Аналитический синтез позиционно-траекторных систем управления подвижными объектами

• Автор: Пшихопов, Вячеслав Хасанович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 361 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ПОДХОДОВ К ПОСТРОЕНИЮ МОДЕЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ И СИНТЕЗУ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Анализ задач в области систем управления движением

1.2 Математические модели движения

1.2.1 Математическая модель подвижного объекта на базе модели твердого тела.

1.2.2 Математические модели подвижного объекта на базе колесных тележек.

1.2.3 Математические модели манипуляционных модулей ПО

1.3 Обзор существующих теоретических подходов к синтезу законов управления движением .

1.3.1 Оптимизационный подход к решению задач управления.

1.3.2 Адаптивный подход к синтезу систем автоматического

управления динамическими объектами
1.3.3 Синтез систем управления на базе интеллектуальных технологий
1.3.4 Метод обратных задач динамики в системах управления движением.
1.3.5 Метод структурного синтеза Л.М. Бойчука.
1.3.6 Метод согласованного управления И.В. Мирошника
1.3.7 Метод аналитического конструирования агрегированных регуляторов Колесникова
1.3.8 Метод потенциалов в задаче выбора пути.
1.3.9 Некоторые прикладные методы синтеза систем управления
подвижными объектами
Выводы по главе 1.
Глава 2. АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И СИНТЕЗ
ОБОБЩЕННЫХ ПОЗИЦИОННОТРАЕКТОРНБ1Х СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПО.
2.1 Исследование управляемости ПО.
2.2 Динамика манипуляционных модулей на многообразиях.
2.3 Формирование траекторий движения
2.3.1 Способы планирования движений.
2.3.2 Формирование траекторий движения.
2.3.3 Пример формирования траекторий на плоскости с
использованием нейросетевых структур 4.
2.4 Постановка задачи и синтез обобщенных позициоииотраекторных законов управления.
2.4.1 Постановка задачи синтеза.
2.4.2 Синтез обобщенных позиционнотраекторных законов
управления для различных моделей динамики НО .
2.5 Применение динамических моделей для оценивания требований к
потребной мощности и сенсорному обеспечению ПО 4.
Выводы по главе 2
Глава 3. УПРАВЛЕНИЕ ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ В ФОРМАЛИЗОВАННЫХ СРЕДАХ.
3.1. Позиционное управление.
3.2. Траекторное управление.
3.2.1. Анализ вырожденных состояний фазовых траекторий.
3.2.2. Синтез траекторных законов управления.
3.2.3. Субоптимальное по быстродействию, траекторное управление мобильными роботами 2.
3.3. Позиционнотраекторное управление.
3.4. Движение в среде с препятствиями
3.5. Групповое и согласованное управление
Выводы по главе 3.
Глава 4. УПРАВЛЕНИЕ ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ В АПРИОРИ НЕФОРМАЛИЗОВА1ШЫХ СРЕДАХ.
4.1 Неформализованные среды с точечными препятствиями
4.2 Неформализованные среды со сложными препятствиями
4.3. Оптимальное по быстродействию, траекториое управление
манипуляционными модулями.
Выводы по главе 4.
Глава 5. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМИ
МОБИЛЬНЫМИ РОБОТАМИ.
5. 1 Автономный мобильный робот на базе дирижабля.
5.1.1 Математическая модель дирижабля.
5.1.2 Уточнение алгоритмов управления.
5.1.3 Моделирование.
5.1.4 Функциональная схема системы управления.
5.1.5 Автономный мобильный робот на базе минидирижабля Стерх
5.1.6 Интегрированная система управления роботизированным
воздухоплавательным комплексом на базе дирижабля
5.2 Колесный автономный мобильный робот для складских хозяйств
5.2.1 Математическая модель робота.
5.2.2 Задачи планирования траекторий движения.
5.2.3 Моделирование.
5.2.4 Структурноалгоритмическая реализация системы управления
Выводы по главе 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


М ллматрица массоинерционных параметров, элементами которой являются масса, моменты инерции, присоединенные массы ПО Еих,У,,1 твектор управляющих сил и моментов, здесь вектор конструктивных параметров Рс1х,,1 лвектор нелинейных элементов динамики ПО , лвектор измеряемых и неизмеряемых внешних возмущений 6 лвектор управляемых координат углы отклонения рулей, рычагов управления тягой двигателя и т. Ки,
1. Ц0, х вектор кинематических связей Р0, х вектор линейных скоростей связанной системы координат относительно базовой 0, х вектор угловых скоростей связанной системы координат относительно базовой. Здесь и в дальнейшем набор координат, однозначно описывающий положение ПО в пространстве внешних базовых, инерциальных, абсолютных координат положение центра тяжести ПО в системе внешних координат, ориентация осей связанной с ним системы координат относительно осей внешней системы, будем называть вектором внешних координат У и предполагать измеряемость всех его элементов, а набор непосредственно управляемых координат скорость вращения ведущих колес, угол поворота ведомого колеса, линейные и угловые скорости робота и т. Структура математической модели ПО на базе уравнений движения твердого тела в трехмерном пространстве 1. Рисунок 1. Зачастую динамикой приводов, описываемой уравнением 1. ПО в рамках уравнений 1. Следует отметить, что модели динамики ПО вида 1. Г, а также структурой и характером внешних возмущений. Модель 1. Для построения систем управления движением обычно упрощают указанную модель. Например, в работах , , , , , , , , 7, 9, 2, 8 используется распространенный прием разделения движений. Данный прием позволяет устранить существенную многосвязность объекта, однако не может применяться в некоторых режимах летательных аппаратов. В частности, в работе 1 приводится сравнительный пример систем управления, одна из которых синтезирована при разделении модели летательного аппарата на локальные регуляторы. На рисунке 1. Как видно из приведенных траекторий, при малых углах крена совокупность локальных регуляторов позволяет решать задачу выхода на заданную траекторию с заданным качеством. Однако с ростом угла крена наблюдается ухудшение качества системы вплоть до потери устойчивости. Данный пример наглядно показывает, что разделение движений ограничивает режимы функционирования подвижных объектов, что в условиях повышения требований к скоростям, маневренности и задачам, выполняемым летательными аппаратами, является недопустимым. При этом следует отметить, что физическая компенсация связей в летательном аппарате нецелесообразна как по причине существенных энергозатрат, так и по причине снижения системного эффекта при совместном использовании нескольких каналов управления. Рисунок 1. Нели динамика исполнительных механизмов намного выше, чем динамика самого подвижного объекта, то систему управления строят по принципу сервомеханизма. В большинстве случаев это является допустимым. При небольших скоростях движения возможно использовать только кинематические соотношения, как, например, в работах , , , 0, что позволяет упростить решение задачи управления, однако существенно ограничивает режимы работы системы управления. Еще одним существенным, часто применяемым упрощением является линеаризация моделидвижения , , , , 6,9, 2. Данное упрощение допустимо в небольшой области отклонений от требуемого режима функционирования. В связи с этим в автопилот необходимо закладывать различные наборы линеаризованных моделей для каждого режима работы подвижного объекта. При синтезе системы управления ПО зачастую полагается, что имеется аналитическое или численное решение кинематических уравнений. В этом случае система управления строится на основе только динамических уравнений , , , 4, 4. Такой подход может приводить к ухудшению точности системы в условиях действия возмущений. Частным случаем движения ПО является его. Тип кинематической схемы шасси мобильного робота определяет его маневренность и во многом управляемость, внося тем самым некоторую специфику как в процедуры планирования траекторий движения робота, так и в процедуры синтеза управляющих алгоритмов.