Исследование и разработка программной среды системы управления автономного необитаемого подводного аппарата

• Автор: Инзарцев, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Общие требования к системе управления АНПА
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОГРАММНОЙ АРХИТЕКТУРЫ АНПА
1.1. Обзор функциональных архитектур систем управлений зарубежных аппаратов
1.1.1. Программно-аппаратное обеспечение систем управления
Обобщение обзора
1.1.2 Составление заданий для АНПА
Обобщение обзора
1.1.3 Типичный состав СУ АНПА
1.2. Анализ программных архитектур систем управления АНПА
1.2.1 Иерархическая архитектура с эталонной моделью
Анализ архитектуры
1.2.2 Расслоенная архитектура
1. Слои управления
2. Таблица статической конфигурации
Анализ архитектуры
1.2.3 Модель целесообразного поведения
1. Стратегический уровень
2. Тактический уровень
3. Исполнительный уровень
Анализ архитектуры
1.2.4 Гибридная архитектура
Анализ архитектуры
1.2.5. Обобщение результатов анализа архитектур
Выводы к главе
ГЛАВА 2. АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АППАРАТОВ ИПМТ ДВО РАН
2.1 Особенности построения систем управления АНПА ИПМТ
2.2 Функциональные требования к архитектуре СУ
2.3 Общий подход к организации СУ в рамках вычислительной сети АНПА
2.4 Выбор архитектуры
2.5 Организация управляющей системы
2.5.1 Исполнительный уровень
1. Организация исполнительного уровня
2. Функционирование исполнительного уровня

2.5.2 Координирующий уровень
1. Планирование выполнения запросов
|* 2. Продвижение запросов
2.5.3 Стратегический уровень
2.6 Типичный состав управляющей системы. Функции и организация отдельных модулей
2.6.1 Исполнительный уровень
1. База данных
2. Контрольно-аварийная система и предстартовая проверка АНПА
3. Бортовой архиватор данных
4. Управление движением
5. Коррекция движения
6. Навигация
2.6.2 Координирующий уровень
1. Поддержка сложных навигационных ситуаций
2. Сложные контрольно-аварийные функции
3. Поддержка телеуправления
Выводы к главе
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ И ПРОВЕРКА ПРОГРАММ-ЗАДАНИЙ ДЛЯ АНПА
3.1 Базовая система программирования робота
3.2 Язык программирования
3.3 Асинхронные события при выполнении миссии
3.4 Методика составления заданий для АНПА с использованием языка программирования
3.5 Графический редактор подготовки программы-задания как надстройка над языком программирования
3.6 Верификация составленной программы-задания
3.6.1 Симуляция в режиме off-line с использованием модели внешней среды
1. Состав интегрированной системы
2. Подсистема симуляции программ-заданий АНПА
3. База данных
3.6.2 Использование сетей Петри для верификации программы-задания
1. Транслятор в язык программирования АНПА
2. Верификатор
3. Графическая среда для формирования программы-задания
4. Графический язык программирования АНПА
Выводы к главе
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ СУ АНПА
4.1 Двухуровневая архитектура АНПА МТ
4.2 Модифицированная двухуровневая архитектура АНПА МТ-ГЕО
4.3 Особенности программного обеспечения TSL

4.4 Система управления АНПА С11-01 на основе промышленных процессоров
* 4.5 Трехуровневая система управления АНПА ОКРО-бООО
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

высотой движения и “подбрасывать” аппарат в случае критического расстояния до препятствия. Каждый слой переходит в активное состояние, когда контролируемые им параметры превышают определенный порог или выполняется какое-либо условие.
Такая система устойчива - если один из верхних уровней сбивается, нижние продолжают выполнять свои функции, но аппарат деградирует в своих способностях.
Наиболее серьезный недостаток расслоенного управления заключается в том, что интегрированную архитектуру можно отладить только путем проб и ошибок, т.е. невозможно доказать правильность полученной СУ. “Правильность” предполагает динамическую стабильность, а расслоенное управление не имеет внутреннего механизма стабилизации.
2. Таблица статической конфигурации
При большом количестве слоев, необходимых для реальной работы, трудно гарантировать правильность получаемого окончательного управления. По этой причине количество одновременно задействованных слоев должно быть минимизировано. Этого можно добиться введением так называемой “таблицы статической конфигурации” [57]. Таблица позволяет из всей совокупности слоев задействовать только необходимые для выполнения текущей операции. От операции к операции необходимый набор слоев меняется. Данный способ применен в реализации СУ АНПА Odyssey. По сути, наличие такой таблицы означает введение следующего над расслоенным уровня иерархии.
Анализ архитектуры
• Вычислительные ресурсы. Характерной чертой расслоенного управления являются низкие затраты на время выполнения и оперативную память. Связано это с тем, что в мобильных роботах с иерархической структурой системы управления сенсорная информация используется для построения модели внешней среды, которая затем применяется при планировании действий робота. На поддержание и обновление модели уходит основное процессорное время. Ошибки модели накапливаются со временем и пропорциональны сложности среды. Накопившиеся ошибки приводят к неадекватной реакции робота. В расслоенном управлении этот недостаток
Запрет

Входы
Конечный автомат
Выходы
Замещение
Рис. 1.2.7. Элемент для построения слоя.