Учебное пособие Харьков 014 удк

218 
системы в целом. При такой организации управления изменение 
отдельных характеристик мехатронной системы приведет к измене-
нию только некоторой части алгоритмов управления определенного 
уровня. При этом алгоритмическое обеспечение других уровней 
остается без изменений.
Рассмотрим иерархию управления, характерную для мехат-
ронных (в частности, робототехнических) систем (рис. 7.3). В данной 
структуре выделяются четыре уровня управления: интеллекту-
альный, стратегический, тактический и исполнительный. 
Рис. 7.3. Иерархия управления в мехатронных системах 
Интеллектуальный уровень – высший уровень управления. Наз-
начение этого уровня – принятие решений о движении механической 
системы в условиях неполной информации о внешней среде и 
объекте. Цель управления задается в крупном плане (например, взять 
заготовку со склада, передать ее на станок, обработать и проверить 
качество, передать на другой станок). Функции интеллектуального 
уровня в современных мехатронных системах обычно выполняет 
человек-оператор либо мощный компьютер верхнего уровня управ-

219
ления. ЭВМ на интеллектуальном уровне анализирует сложную 
изменяющуюся внешнюю обстановку, принимает решение о дейст-
виях, формирует последовательность выполнения элементарных 
задач и передает их на стратегический уровень управления. Таким 
образом, ЭВМ сама планирует свои действия на основе анализа 
внешней обстановки. 
Система управления на интеллектуальном уровне решает задачи 
восприятия и распознавания обстановки, автоматического принятия 
решений в условиях изменяющейся обстановки, а также накопления 
опыта работы и самообучения (рис. 7.4). 
Рис. 7.4. Структура системы управления интеллектуального уровня 
Стратегический уровень управления предназначен для плани-
рования движений мехатронной системы. Планирование движений 
предполагает разбиение задачи движения, поставленной интеллек-
туальным уровнем, на последовательность согласованных во време-
ни элементарных действий и формализацию целей управления для 
каждого из этих действий. 
Примерами элементарных действий мобильного робота может 
служить: 
– вывод рабочего органа в заданную позицию; 
– захват предмета; 
– тестовое движение для определения сил реакции со стороны 
объекта; 
– перемещение объекта и возвращение робота в исходную 
позицию. 

220 
Формализация целей управления означает, что для каждого из 
элементарных действий должны быть записаны математические 
соотношения, выполнение которых обеспечивает успешное выпол-
нение действия. Для технологических роботов на стратегическом 
уровне решается задача геометрического планирования движения 
рабочего органа. 
При формализации целей управления для мехатронных систем 
необходимо учитывать: 
– цель управления может быть формализована неоднозначно; 
– форма модели может быть различна (алгебраические и диф-
ференциальные векторные уравнения, система неравенств); 
– выбор способа формализации субъективен и зависит от опыта 
разработчика и его видения постановки задачи. 
Сенсоры интеллектуального и стратегического уровней (сис-
тема очувствления) должны соответствовать органам чувств чело-
века (для интеллектуальных роботов это техническое зрение, такти-
льное и силомоментное очувствление, устройства анализа звуковых и 
ультразвуковых сигналов). 
Стратегический уровень выдает информацию о плане движения 
и целях управления в форме команд управления движением. Важно 
подчеркнуть, что структура и синтаксис проблемно-ориентирован-
ных языков управления движением существенно отличаются от 
универсальных языков программирования, хотя некоторые опера-
торы могут совпадать. 
Тактический уровень выполняет преобразование команд управ-
ления движением, поступающих со стратегического уровня управле-
ния, в программу управления, которая определяет законы согласован-
ного движения во времени всех звеньев механического устройства с 
учетом технических характеристик блока приводов (в первую очередь 
ограничений на обобщенные скорости, ускорения и силы). 
Например, для выполнения команды позиционного управления 
движением манипулятора на тактическом уровне необходимо опре-
делить обобщенные координаты манипулятора, которые соответст-
вуют желаемым декартовым координатам характеристической точки 
схвата. Для этого должна быть решена обратная задача о положении 
манипулятора в заданной точке траектории движения. 
Соответственно, для управления скоростью движения прог-
рамма управления строится как результат решения обратной задачи о 
скорости рабочего органа. Для реализации данных алгоритмов 

221
устройство компьютерного управления должно выполнять в реаль-
ном времени следующие основные функции: 
– прием информации от стратегического уровня в форме команд 
управления движением; 
– прием и обработку информации от датчиков положения мани-
пулятора о текущей конфигурации; 
– расчет значений обобщенных координат и их производных; 
– выдача управляющей программы на исполнительный уровень. 
На решение обратной задачи расходуется значительная часть 
машинного времени, поэтому обычно она решается только в опорных 
точках траектории движения. При этом на тактический уровень ло-
жится задача интерполяции траектории движения между опорными 
точками. 
Исполнительный уровень управления предназначен для расчета 
и выдачи управляющих сигналов на блок приводов мехатронной 
системы в соответствии с программой управления и с учетом 
технических характеристик силовых преобразователей.
Для иерархических систем управления в мехатронике справе-
длив следующий принцип: по мере продвижения от высших уровней 
управления к более низким понижается интеллектуальность системы, 
но повышается ее точность. При этом под «интеллектуальностью» 
понимается способность системы приобретать специальные знания, 
позволяющие уточнить поставленную задачу и определить пути ее 
решения.

жүктеу/скачать 23,07 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: