WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

«ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА БОРТОВЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ДВИЖУЩИХ ОБЪЕКТОВ ...»

На правах рукописи

АУНГ СО ЛВИН

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА БОРТОВЫХ

ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРАМИ ДВИЖУЩИХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами

(в приборостроении)



АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2013

Работа выполнена на кафедре «Системы автоматического управления и контроля в микроэлектронике» Национального иследовательского унивеситета «МИЭТ»

Научные руководители: Анатолий Васильевич Щагин Зав. кафедрой, доктор технических наук, профессор САУ и К.

Официальные оппоненты: Гагарина Лариса Геннадьевна Зав. кафедрой, доктор технических наук, профессор ИПОВС.

Возьмилов Павел Никандрович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заместитель генерального директора «Инженерный центр по микроэлектронике».

Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский институт точного машиностроения»

Защита диссертации состоится «30» мая 2013г. в 14:30 часов ауд. 3103 нна заседании диссертационного совета “Д 212.134.04” по адресу: 124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ.

Автореферат разослан «16» апреля 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета:

доктор технических наук, профессор А.И.Погалов

Общая характеристика работы

.

Диссертация посвящена созданию бортовых информационновычислительных систем управления, использующих для определения координат и маршрутов движения навигационные спутниковые системы и системы сотовой связи, результаты математического моделирования с использованием бортовых систем мониторинга и управления движением объекта с учетом его параметров и дорожной обстановки в режиме реального времени, решению задач управления движением транспортных средств, исследованию эффективности методов достижения цели и разработке алгоритмов управления параметрами движущихся объектов.

Актуальность проблемы.

В настоящее время значимость теории навигации определяется высокими требованиями, предъявляемыми к характеристикам современных объектов, движущихся по земле, по воздуху, по воде и под водой, по баллистическим траекториям между двумя точками на земной поверхности, по околоземным орбитам и в межпланетном пространстве. Во всех случаях, в том числе и при малых скоростях, требуется знать параметры движения и местоположения объекта с большой точностью. При этом постоянно растущая интенсивность транспортных потоков на улицах городов, в воздушном пространстве и акваториях портов обуславливает непрерывное повышение требований к точности определения навигационных параметров.

В наше время наука об управлении движущимися объектами имеет особую значимость. Определение положения объекта в пространстве позволяет повышать экономичность и эффективность управления сложными комплексами движущихся объектов. Навигационная система автоматического управления движением позволяет достаточно точно определять местоположение объектов.

При помощи информации, получаемой от спутниковой системы, можно осуществлять позиционирование и управлять объектами. Недостатком такой системы является отсутствие канала обратной связи, реализация которого с использованием спутниковой системы имеет весьма высокую стоимость.

В последнее время все больший интерес разработчиков стали привлекать автономные мобильные объекты. Вместе с тем, большинство разработок испытывают дефицит алгоритмов и программ для решения наиболее трудной проблемы – автоматического управления траекторией достижения цели с присутствием большого числа заранее неизвестных помех движению объекта, а также ограниченность возможностей существующих бортовых аппаратнопрограммных средств. Перечисленные обстоятельства обосновывают актуальность решаемой в диссертации задачи разработки методов и алгоритмов управления и создания бортовых информационно-вычислительных систем для автоматического или полуавтоматического управления движением объекта (транспортного средства ТС).





Таким образом, необходимость и актуальность разработки новых подходов к синтезу алгоритмов управления подвижными объектами, с одной стороны, определяется восстребованностью автономных, в смысле управления, транспортных систем на их базе, с другой – сложностью реализации систем управления, обеспечивающих требуемые качественные свойства замкнутых систем в рамках существующих подходов.

К наиболее распространенным теоретическим подходам к синтезу законов управления динамическими объектами следует отнести: метод обратных задач динамики, разработанный школой A.C. Галиуллина и П.Д. Крутько, метод структурного синтеза координирующих систем управления JI.M. Бойчука, метод построения систем управления программным движением A.B.

Тимофеева, метод согласованного управления И.В. Мирошника, синергетический метод синтеза A.A. Колесникова, метод потенциальных полей О. Хатиба, адаптивный подход к синтезу систем управления динамическими объектами, оптимизационный подход к синтезу систем управления динамическими объектами, метод аналитического конструирования оптимальных регуляторов, метод неклассических функционалов A.A.

Красовского, включая самоорганизующиеся оптимальные регуляторы с экстраполяцией, интеллектуальный подход на базе нейросетей и нечеткой логики и основанные на перечисленных методах подходы и методики.

В диссертации рассматривается синтез бортовых систем управления ТС и подходы к алгоритмической и программной реализации методов маршрутизации, контроля и диагностики с использованием информации навигационных систем, внешних параметров среды и параметров ТС.

Цель работы и задачи исследования. Работа посвящена повышению эффективности функционирования бортовых информационно-вычислительных средств за счет создания новых моделей, применения новых методов, алгоритмов и реализации на их основе системы навигации, мониторинга и управления движением объекта (ТС), с учетом внешних параметров, параметров систем объекта, результатов математического моделирования и обеспечения безопасности движения.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

1. Исследование и разработка методов формирования и управления маршрутами движения.

2. Анализ методов информационного обеспечения управления движением объекта.

3. Разработка бортовой информационно-вычислительной системы управления движущимся объектом.

4. Разработка методов и алгоритмов управления параметрами движущихся объектов и формирования вектора управления.

5. Разработка методов и средств верификации сложных алгоритмов автоматического управления движением автономного мобильного объекта при наличии препятствий.

6. Сравнение навигационных систем определения точного местоположения транспортных средств.

7. Определение требований к навигационным системам и системам автоматического управления движением объектов;

8. Исследование методов определения оптимальной траектории движения;

9. Математическое моделирование задач навигации и управления с использованием методов движения к оптимальному результату;

Методы исследования. Теоретическую и методологическую базу исследования составили элементы общей теории систем, методы системного и кластерного анализа методы компьютерного моделирования.

Научная новизна: Диссертационная работа представляет собой совокупность научно-обоснованных технических разработок, направленных на создание бортовых информационно-вычислительных систем, методов и алгоритмов повышения эффективности систем навигации и управления движением.

В процессе исследований и разработок получены следующие новые научные результаты:

- предложена концептуальная модель системы навигации, мониторинга и управления движением объекта (ТС) с учетом внешних параметров, параметров систем объекта, результатов математического моделирования и обеспечения безопасности движения;

- предложены способы определения наилучшей траектории движения с использованием методов стремления к оптимальному;

- проведен анализ характеристик спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, Галилео, Beidou, IRNSS, DORIS, QZSS и NAVSTAR GPS, их особенностей и методов повышения точности местоопределения движущихся объектов;

- предложена структурная схема бортовой информационновычислительной системы управления;

- предложены алгоритмы работы бортовой информационновычислительной системы управления;

- проведено математическое моделирование задач навигации и управления движением;

- разработаны программы управления маршрутом движения трёхколёсного полноприводного робота;

- результаты исследования свойств специального типа движения полноприводного робота;

На защиту выносятся:

- модель системы навигации, мониторинга и управления движением объекта (ТС), с учетом внешних параметров, параметров систем объекта, результатов математического моделирования и обеспечения безопасности движения;

- предложенные способы определения наилучшей траектории движения с использованием методов стремления к оптимальному;

- результаты анализа характеристик спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, Галилео, Beidou, IRNSS, DORIS, QZSS и NAVSTAR GPS, их особенностей и методов повышения точности местоопределения движущихся объектов;

- предложенная структурная схема бортовой информационновычислительной системы управления;

- предложенные алгоритмы работы бортовой информационновычислительной системы управления;

- результаты математического моделирования задач навигации и управления движением;

- разработанные программы управления маршрутом движения трёхколёсного полноприводного робота;

- результаты исследования свойств специального типа движения полноприводного робота;

Практическую значимость имеют:

- предложенные способы определения наилучшей траектории движения с использованием методов стремления к оптимальному;

- предложенная структурная схема бортовой информационновычислительной системы управления;

- предложенные алгоритмы работы бортовой информационновычислительной системы управления;

- результаты математического моделирования методов решения задач навигации и управления движением;

- разработанные программы управления маршрутом движения трёхколёсного полноприводного робота;

- разработанные методы навигации и управления движением трехколесного объекта;

Разработанные структурные схемы системы управления движения ТС, алгоритмы управления и результаты математического и физического моделирования используются в учебном процессе.

Достоверность результатов работы обусловлена соответствием свойств исходных данных решаемой задачи постановке научной задачи и используемыми методами ее решения.

Достоверность результатов работы подтверждается также результатами математического и физического моделирования и их высокой степенью соответствия.

Личный вклад автора Все основные результаты получены автором лично.

Главными из них являются:

- предложенные способы определения наилучшей траектории движения с использованием методов стремления к оптимальному;

- предложенная структурная схема бортовой информационновычислительной системы управления;

- предложенные алгоритмы работы бортовой информационновычислительной системы управления;

- результаты математического моделирования методов решения задач навигации и управления движением;

- разработанные программы управления маршрутом движения трёхколёсного полноприводного робота;

- разработанные методы навигации и управления движением трехколесного объекта;

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на следующих Международных и

Всероссийских конференциях:

- Микроэлектроника и информатика-2009. 16-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов.

- Научная сессия НИЯУ МИФИ-2010. 13-Международная конференция студентов и молодых ученых.

- Микроэлектроника и информатика. 17-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов – 2010 год.

- Микроэлектронные информационно-управляющие системы и комплексы.

Международная научная школа для молодежи – 2010 год.

- Научная сессия НИЯУ МИФИ-2011. 14-Международная конференция студентов и молодых ученых.

- Микроэлектроника и информатика. 18-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов – 2011 год.

- Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике – 2011.

- Научная сессия НИЯУ МИФИ-2012. 15-Международная конференция студентов и молодых ученых.

- Микроэлектроника и информатика. 19-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов – 2012 год.

Публикации.

Основные результаты диссертационной работы отражены в 16 работах, в том числе в 3 статьях в ведущих научных журналах, утвержденных ВАК. Без соавторов опубликовано 13 работ.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 169 наименований и приложений. Общий объем диссертации 152 страницы (122 страницы основного текста), содержит 56 рисунков и 10 таблиц. В приложениях приведены документы о внедрении результатов диссертационной работы, результаты физического моделирования, а также фрагменты листингов разработанного программного обеспечения.

Содержание диссертации.

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, определена цель работы, приведена структура и краткое содержание диссертации.

В первой главе проводится анализ характеристик навигационных систем управления движением объектов Рассматриваются системы управления движением транспортных средств и предъявляемые ими требования к навигационным системам.

Показано, что наибольший интерес на сегодняшний день в мире вызывают информационно-навигационные системы, обеспечивающие решение следующих задач:

- определение пространственной координаты данного ТС в дорожной сети в данный момент времени;

- определение маршрута движения ТС от его местонахождения до места назначения и отображение результата водителю;

- обеспечение передачи/приема различной цифро-буквенной информации в/из ТС с отображением ее на дисплее и/или регистрацией.

Основой системы управления движением автотранспорта является применяемый метод определения местоположения (ОМП), средства передачи данных (СПД) между ТС, пунктом управления(если таковой имеется) и функциональные возможности бортовой информационно-вычислительной системы.

Целью ОМП является получение абсолютных (географических) или относительных (привязанных к заранее известным опорным точкам) координат ТС, соответственно. Различают абсолютные и относительные методы ОМП.

Показано, что область использования и назначение систем ОМП обусловлена спецификой организации транспортного процесса и потребностью в них на различных уровнях управления.

Для обеспечения максимальной автономности ТС в процессе движения к цели и выбора оптимального маршрута при соблюдении внешних требований среды и внутренних требований к работе узлов и агрегатов важным моментом является выбор аппаратно-программных средств и тактико-технических характеристик бортовой информационно-вычислительной системы. Степень автономности определяется объемом необходимой управляющей информации от центра управления для выбора маршрута движения, режимов движения и т.д.

Прогресс в области микроэлектроники и микропроцессорной техники позволяет по-новому подходить к вопросам проектирования навигационных систем ТС, перекладывая задачи определения маршрута и формирования вектора движения на бортовые информационно-вычислительные системы, используя только навигационную исходную информацию о параметрах местоположения, параметрах трафика и реальной дорожной ситуации. Наличие в составе ТС мощной бортовой информационно-вычислительной системы, включающей в свой состав навигационную аппаратуру, модем сотовой связи, датчиковую аппаратуру связи с внешней средой, устройство обработки внутренних параметров узлов и агрегатов ТС, центральное вычислительное устройство с оперативной и постоянной электрически перепрограммируемой памятью, а также устройство отображения, позволяет минимизировать количество обменов с центром управления и ограничить или даже исключить их совсем. Снижение загрузки каналов сотовой связи при построении навигационных систем управления ТС является важной проблемой в условиях роста числа абонентов в сети и развития парка ТС, оснащенных навигационной аппаратурой. Снижаются риски отказа в обслуживании, сокращается время задержки принятия решений, исключаются проблемы связанные с отсутствием или пропаданием связи на определенном пути движения или зонах «непрозрачности». При создании информационно-вычислительных устройств ТС нового поколения уже сегодня могут быть достигнуты желаемые массогабаритные и приемлемые стоимостные характеристики. Задача навигации транспортных средств может быть решена применением бортовой информационно-вычислительной системы в составе траспортного средства.

В ряде стран проводятся работы по разработке систем, указывающих водителю оптимальный маршрут следования к месту назначения. Ряд разработанных систем в настоящее время успешно эксплуатируются. На всех узлах магистрали, где можно изменить направление движения, эти системы дают водителю однозначный ответ на вопрос, какое направление движения ему следует выбрать, чтобы кратчайшим путем прибыть к месту назначения. В конце прошлого столетия появились разработки автономных систем определения текущего местоположения автомашины при поездках в пределах городской черты. В такой системе обмен данными между автомашиной и "внешним миром" отсутствует, а все необходимое электронное оборудование размещается непосредственно в транспортном средстве.

Последние достижения в спутниковой навигации, микроэлектронике и методах цифровой обработки сигналов обеспечили широкому кругу пользователей возможность определять параметры местонахождения с высокой точностью при доступной цене. Спутниковые системы являются независимыми (автономными) и беззапросными (пользовательская аппаратура только принимает сигнал, не посылая запрос на спутник) и используют сигналы на основе «псевдошумовых последовательностей», применение которых придаёт им высокую помехозащищённость и надёжность при невысокой мощности излучения передатчиков. Навигационные спутниковые системы предназначены для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени морских, воздушных, сухопутных и других видов потребителей. NAVSTAR и ГЛОНАСС — системы двойного назначения, изначально разработанные по заказу и под контролем военных для нужд Министерств обороны и поэтому первое, и основное, назначение у систем-стратегическое, второе назначение указанных систем-гражданское. Исходя из этого, все действующие ныне спутники передают два вида сигналов: стандартной точности для гражданских пользователей и высокой точности для военных пользователей (этот сигнал закодирован и доступен только при предоставлении соответствующего уровня доступа ).

Загрузка...

На сегодня в различной степени готовности существуют 6 типов спутниковых систем навигации:

NAVSTAR GPS - глобальная система позиционирования;

ГЛОНАСС – глобальная навигационная спутниковая система России;

Галилео – европейский проект спутниковой системы навигации;

IRNSS - индийская региональная навигационная спутниковая система;

Beidou – спутниковая система навигации, созданная Китаем;

QZSS – квази - зенит спутниковая система.

При определении местоположения с использованием информации спутниковых систем возникают ошибки.

Выделяют три категории ошибок:

Ошибки, связанные с распространением навигационного сигнала; ошибки приемной аппаратуры; ошибки системы, связанные с точностью атомных часов спутников и соответствием реальной траектории спутников заданной орбите.

Корректирующие поправки позволяют повысить точность позиционирования до нескольких метров.

На точность определения координат существенное влияние оказывают ошибки, возникающие при выполнении процедуры измерений: неточное определение времени; ошибки вычисления орбит; инструментальная ошибка приемника; многолучевость распространения сигнала; ионосферные задержки сигнала; тропосферные задержки сигнала; ошибка, вызванная несовпадением фазового центра антенны с фактическим; геометрическое расположение спутников.

Предложено по результатам измерений путем цифровой обработки восстанавливать истинную траекторию движения транспортного средства.

Многие компании, разрабатывающие системы местоопределения подвижных объектов, идут по пути интеграции сотовой связи с глобальной системой спутниковой радионавигации – GPS. Для этого GPS-приемники встраиваются в мобильные телефоны, а при реализации централизованной диспетчерской системы контроля за подвижными объектами информация о местоположении абонентов передается по каналам сотовых систем в виде специальных или стандартных коротких сообщений.

Рассмотрена типовая схема системы позиционирования подвижных объектов в сетях сотовой связи. В состав системы управления входят подсистемы обмена информацией с объектами контроля по радиоканалу, анализа и обработки данных, отображения местоположения объектов и их поиска, планирования маршрутов, информационно-справочная и др. Важной проблемой внедрения услуг позиционирования является вопрос о стандартизации технологии.

Вторая глава посвящена математическому моделированию систем управления движением. Проводится анализ задач в области моделирования систем управления движением.

В настоящее время в мире остаются актуальными задачи управления движением, связанные с повышением точности систем управления, расширением режимов функционирования путем применения многосвязных нелинейных моделей движения, повышения автономности существующих подвижных объектов, придания системам управления интеллектуальных свойств и согласованности различных уровней этих систем. При этом интеллектуальные технологии применяются для решения задач постановки и корректировки целей управления и программы действий по реализации этих целей, а также для формирования алгоритма управления в условиях неопределенности, обусловленной различными факторами в исполнительных элементах, подсистеме управления движением и подсистеме моделирования.

Уравнения динамики подвижных объектов можно рассматривать в форме

Коши, с дополнением их решением прямой задачи кинематики:

x2i 1 x2i, x2i F x2i 1, x2i Bx2i 1, P x2i 1, i 1, n, n 1 -векторы где x2i 1, x2i – координат состояния, соответствующие обобщенным координатам и скоростям; F A1 (q)Hq C – n 1 -вектор n n -матрица управления, B A1 ; P – нелинейных элементов; B – m 1 -векторвнешних координат, элементы которого являются гладкими решениями прямой задачи кинематики, здесь n – число степеней подвижности.

Для случая задания в пространстве R mm внешних координат p некоторой вектор-функцией ( p), могут быть получены уравнения, описывающие l динамику движения объекта в пространстве R относительно многообразия ( p).

Методы управления движением разделяют на динамические и нединамические. Для нединамических законов управления отмечаются удовлетворительные результаты при решении задач позиционного управления и отработке медленных траекторий. Для точной отработки быстрых траекторий требуется использовать динамические схемы управления. Среди неадаптивных методов управления роботами выделяются: оптимальное управление;

обратные задачи; декомпозиция управления; силовая обратная связь и децентрализованное управление. Для методов оптимального управления отмечается ряд проблем, связанных с использованием линеаризованной модели, а также низкая робастность. Для метода обратных задач и децентрализованного управления отмечаются проблемы, связанные с вычислением полной динамической модели в реальном времени, робастностью полученных законов и выборов коэффициентов регулятора. Основные проблемы управления движением тесно связаны с проблемами современной теории управления:

нелинейностью, многосвязностью, адаптивностью, автономностью, оптимальностью.

Показана необходимость разработки процедур планирования траектории движения, использующих конечный объем информации в описании генерируемых траекторий, и следовательно, предполагающих более простое согласование стратегического уровня планирования с тактическим, регуляторным уровнем систем управления ТС.

Рассмотрены возможности оптимизационного подхода к решению задач управления и адаптивного подхода к синтезу систем автоматического управления динамическими объектами. Рассмотрены модели управления ТС с использованием обратной связи. Приведены структурные схемы систем управления различными параметрами движения ТС. На рис.1 и рис 2 приведены структурные схемы управления направлением движения и скоростью.

–  –  –

Показано, что синтез приведенных систем управления ТС, математические модели систем управления в виде передаточных функций связывающих вход и выход системы, могут проводиться методами теории автоматического управления. С помощью матричных методов могут быть исследованы переходные процессы и качество систем управления. С помощью алгебраических и частотных критериев может быть исследована устойчивость системы. С помощью метода корневого годографа могут быть исследованы траектории движения корней на s-плоскости и определены запасы устойчивости.

В системе управления ТС функции регулятора или корректирующего устройства может выполнять микроконтроллер или микропроцессор. Цифровая система оперирует с данными, получаемыми в определенные моменты времени.

Получаемая последовательность может быть преобразована в область комплексной z-переменной и для анализа устойчивости и качества цифровой системы можно использовать Z-преобразование передаточной функции. Таким образом все классические методы анализа и синтеза систем управления теории автоматического управления могут быть использованы при создании систем управления ТС.

Предложена математическая модель системы управления. При этом в качестве критериев оптимальности предложено рассматривать: время достижения цели, расстояние до цели, расход топлива, интегральные критерии переходного процесса и т. д.

Рассматривая систему управления движением как систему с полной информацией об объекте и возмущениях, можно описать математически объект управления и сформулировать ограничения на управляющие воздействия и фазовые координаты в виде неравенств:

Mi(U) = Mi (Ui…,Ur) 0) (i=1,… r).

–  –  –

yk d k 1 ; (j=1..,n) y N j ( y ) N j ( y,... y ) 0, 1 n d или условий Ує Г(у) (2) То есть, управление и фазовые координаты, удовлетворяющие условиям (1) и (2), являются допустимыми. Наиболее важным при создании оптимального управляющего воздействия является задание критерия оптимальности. В случае решения прикладных задач навигации в качестве критерия оптимальности может быть расчёт программы минимизации времени достижения цели при минимальном расходе топлива с учётом изменяющейся оперативной обстановки.

Таким образом, для оптимальной системы управления необходимо выполнение условия:

Q[U,Y,t] = optimumприUє (U), УєГ (3) А задачей оптимального управления является отыскание допустимого управления, доставляющего оптимум критерию Q при соблюдении ограничений на фазовые координаты. Критерий оптимальности представляет собой функционал Q[Y(t), U(t)], а задача оптимального управления заключается в нахождении экстремалей при соблюдении ограничений U є (U) и У є Г(у).

Определение оптимальных процессов U(t) и соответственно Y(t) в функции времени при заданных граничных условиях: y(0) и y(т).

Задача формирования управляющего воздействия усложняется тем, что статические и динамические харатеристики параметров процессов в зависимости от ситуации могут изменяться в широких пределах, непредвиденным заранее образом. Решение подобных задач возможно при использовании адаптивных систем, в которых параметры управляющих воздействий или алгоритмы управления автоматически изменяются для осуществления наилучшего управления объектом. Адаптивные системы разделяются на системы дуального управления, обучающие системы, системы с моделью самонастраивающихся поисковых систем. Для решения навигационных эадач управления движением наибольший интерес представляют два последних типа адаптивных систем. Как правило, управляющее воздействие представляет собой вектор, так как объект управления имеет несколько управляющих входов. На область изменения управляющих параметров накладываются ограничения, которые в общем виде

–  –  –

y. Для выполнения условия (4) необходимо определять определена функция функции y и осуществлять управляющее движение в градиент целевой сооветствии с изменённым градиентом в сторону экстремума. При определении градиента координатное разделение реакции объекта, вызванное пробными воздействиями, может осуществляться за счёт разделения пробных воздействий по времени или частоте. Для решения задач управления движением наибольший интерес пркдставляют методы оценки градиентом с разделением по времени пробных воздействий.

В системах такого типа изучающие воздействия формируются в виде пробных шагов, подаваемых поочередно по каждой из входных переменных. В каждый момент времени все производные управляющих переменных, кроме одной, равны нулю. А производная, отличная от нуля имеет определенное значение. Измеряя производную показателя оптимальности по времени, легко найти соотвествующую частную производную. Вопросы, связанные с затратой времени на поиск, а также необходимые вычисления производных, решаются использованием современных микропроцессоров, что позволяет использовать простоту реализации метода для решения пратических задач.

Решение задачи формирования вектора управления движением ТС может проводиться с использованием математической модели, реализованной с использованием бортовой вычислительной системы, включающей устройство формирования параметров моделирования, систему моделирования, систему управления параметрами ТС, устройство сравнения. Структурная схема системы формирования вектора управления приведена на рис.3. Здесь параметры управления ТС (Х- контролируемые возмущения, U – управление) подачи на вход системы моделирования.

Выходные сигналы системы моделирования сравниваются с выходными Ym сигналами ТС и формируют разностные сигналы Ei Y i Y mi, которые поступают в устройство формирования параметров модели, формирующее вектор параметров модели. Выходные сигналы модели и возмущение Ym V поступают в систему управления параметрами ТС для выработки X управляющих сигналов.

U Рис.3. Структурная схема системы формирования вектора управления.

–  –  –

Из таблицы видно, что минимум функции z равен -7 (при х1=3, х2=2).

Рассмотрен (рис.5) Венгерский алгоритм — алгоритм оптимизации, решающий задачу о назначениях за полиномиальное время.

Процедура заключается в построении простого графа по нулям матрицы.

Простой граф: два множества вершин (X и Y) и отображение G.

–  –  –

В работе предложена структура подсистемы поддержки принятия решений для систем управления, основанная на визуализации результатов моделирования. Модель предлагает выбрать один из возможных вариантов решения задачи, для чего необходимо проанализировать значительный по объему цифровой массив. Подсистема визуализации позволяет отобразить в графическом виде территорию с расположенными на ней обслуживающими и обслуживаемыми объектами, а также вариант их распределения с выделением критических значений.

Система визуализации используется в системе моделирования распределенных системам обслуживания (РСО). Одной из важнейших функций систем управления распределенными системами обслуживания является задача распределения нагрузки между исполнительными устройствами или подсистемами.

Рассмотрено решение задач навигации и управления движением в пакете Matlab (рис.6).

Метод коммивояжера описан циклической перестановкой t=(j1,j2,..,jn,j1), причём все j1..jn – разные номера повторяющиеся в начале и в конце j1, показывают, что города перенумерованы числами jТ=(1,2,3..n). Расстояния между парами вершин Сij образуют матрицу С. Задача состоит в том, чтобы найти такой тур t, чтобы минимизировать функционал L = L n

–  –  –

расстояние между i и j. Напишем рекурсивную программу-функцию нахождения одного решения задачи коммивояжера методом перебора с возвратом, если вояж начинается из пункта с номером k{0,1,…,n}.

Пусть матрица расстояний U определена вне программы, то есть искомые функции могут рассматривать её как глобальный параметр. Числа Ui,j и Uj,i, вообще говоря, не обязательно должны совпадать. При отсутствии дороги между пунктами i и j будем считать, что она есть, но бесконечной длины: Ui,j=.

Решением задачи могут служить пара функций commi (n, ne, po, ot, j) и macom(n, k) (рис.7).

Рис.6. Решение задачи коммивояжера с использованием пакета Matlab.

–  –  –

Таким образом можно сформулировать следующие рекомендации по эффективному применению различных методов: метод «Коммивояжера»

используется, когда транспортное средство имеет много целевых направлении;

венгерский алгоритм применим при необходимости управления движением многих транспортных средств, имеющих разные целевые направления из единого центра; симплекс-метод используется, когда транспортному средству известно место назначения, но не известно точное направление, когда у транспортного средства нет точной карты маршрутов и транспортное средство не всегда может получить точную навигационную информацию;метод конфигурации и другие методы используются в случае, когда транспортное средство направлено к одной цели.

Главной целью управления является формирование параметров вектора движения, обеспечивающих сокращение времени достижения конечного пункта, расхода топлива с учётом реальной дорожной обстановки на пути следования. Ограничения связаны с выполнением правил дорожного движения (дорожные знаки, светофоры, переходы и.т.д.), прогнозированием изменений дорожной обстановки.

Четвертая глава посвящена разработке структурной схемы бортовой информационно-вычислительной системы ТС. Рассмотрены основные задачи бортовой информационно-вычислительной системы в части контроля, управления и навигации. Структурная схема предлагаемой бортовой информационно вычислительной системы приведена на рис.9.

БИВС включает три блока обработки информации: блок обработки внешней информации, блок обработки внутренних параметров и блок обработки оперативной информации. Блок обработки внешней информации принимает информацию от GSM антенны и навигационную информацию от спутника. Блок обработки внутренней информации принимает информацию о параметрах движения, о расходе топлива, о состоянии узлов ТС и о параметрах проведения необходимого обслуживания.

Рис.9. Структурная схема бортовой информационно-вычислительной системы (БИВС).

Блок обработки оперативной информации принимает оперативную информацию. Затем эти три блока обработки информации собирают и передают всю информацию в БВС (Бортовую вычислительную систему).

БИВС управляет режимами работы блоков и используя информацию от них, решает навигационную задачу с применением различных алгоритмов определения параметров движения с учётом реально сложившейся транспортной обстановки (рис.10).

–  –  –

Бортовая информационно-вычислительная система исключает необходимость отслеживания водителем параметров машины, а выводит в необходимых случаях на экране дисплея лаконичную и однозначно воспринимаемую рекомендацию или команду. При этом любое сообщение, рекомендация или команда на экране дисплея дублируются специальными цветовыми сигнализаторами, располагаемыми в поле зрения водителя. Весьма эффективно речевое дублирование команд.

Определен состав бортовой информационно-вычислительной системы.

Сформулированы требования, предъявляемые к вычислительному ядру системы и каналам информационного обмена.

Проведено физическое моделирование и апробирование алгоритмов управления траекторией движения на примере трехколесного полноприводного робота. Колесный робот рассматривается как многоканальная нелинейная динамическая система, которая описывается динамической и кинематической моделями. Задача, решаемая системой управления колесного робота, заключается в создании управляющих воздействий, обеспечивающих перемещение центра масс или другой точки (полюса) платформы в рабочем пространстве. В процессе движения на электронной карте определяются координаты целей, которые записываются в память робота-платформы.

Рис 11. Окно задания программы управления движением робота

Исходя из условий задачи формируется вектор управления для решения следующих задач: достижение цели по кратчайшему пути при отсутствии помех движению; достижение цели за минимальное время при наличии помех движению; последовательное достижение нескольких целей по кратчайшему пути при отсутствии помех движению (задача Комивояжера): последовательное достижение нескольких целей за кратчайшее время при наличии помех движению; последовательное достижение нескольких целей при возникновении случайных помех движению; автоматическое соблюдение дистанции между движущимися по траектории роботами; расчет маршрута с использованием симплекс-метода и метода конфигураций (рис 12).

–  –  –

Результаты проведенных исследований на физической модели движения робота, по оптимальному маршруту, с учетом внешних помех движению, позволяют сделать выводы о высокой степени совпадения теоретических и практических результатов исследований.

Заключение

В результате проведенной работы достигнуто следующее:

- разработана концептуальная модель системы управления движением на базе информации спутниковых систем ГЛОНАСС, Галилео, Beidou, IRNSS, DORIS, QZSS, NAVSTAR GPS, и карты местности, внешних параметров и параметров движения;

- предложены принципы мониторинга и управления движением;

- получены результаты математического моделирования навигационных задач с использованием предложенных методов;

- проведена оценка эффективности использования различных методов для решения задач определения оптимального маршрута движения;

- предложены методы и алгоритмы управления параметрами движущихся объектов;

- проведен сравнительный анализ характеристик спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, Галилео, Beidou, IRNSS, DORIS, QZSS и NAVSTAR GPS;

- определены требования к навигационным системам и системам управления движением объектов с помощью разных методов;

- выполнено математическое моделирование задач навигации и управления с использованием методов движения к оптимальному;

- разработана структурная схема и алгоритмы работы бортовой информационно-вычислительной системы;

- проведён выбор аппаратно-программных средств бортовой информационно-вычислительной системы.

- предложен графический редактор, позволяюший оценивать эффективность управления ТС и который может использоваться в различных системах моделирования MATLAB, C#, AVR Studio.

Список публикаций по теме диссертации.

1. Аунг Со Лвин. Навигационная система автоматического управления движением объектов. (Микроэлектроника и информатика. 16-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. – М.: МИЭТ, 2009 г, с. 188.).

2. Аунг Со Лвин. Системы управления движением на базе спутниковых систем навигации (Научная сессия НИЯУ МИФИ-2010. 13Международная конференция студентов и молодых ученых. - МИФИ.

2010 г.. с. 229.)

3. Аунг Со Лвин. Система управления движением на базе спутниковой системы навигации ГЛОНАСС. (Микроэлектроника и информатика. 17-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. – М.: МИЭТ, 2010 г., с. 190.

4. Аунг Со Лвин. Микроэлектронные информационно-управляющие системы и комплексы. Международная научная школа для молодежи. – М.: МИЭТ, 2010 г., с. 94.

5. Аунг Со Лвин. Техника и технология. № 6 (41) – 2010 Транспортные и транспортно-технологические системы регионов и городов, организация производства на транспорте. – Зеленоград.: Издательство Спутник +, 2010 г., с. 27-31.

6. Аунг Со Лвин. Метод конфигурации для решения задач навигации (Научная сессия НИЯУ МИФИ-2011. 14-Международная конференция студентов и молодых ученых. - МИФИ. 2011 г.. с. 210- 211)

7. Аунг Со Лвин. Симплекс метод для решения задач навигации и управления движением. Микроэлектроника и информатика. 18-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. – М.: МИЭТ, 2011 г., c. 175.

8. Аунг Со Лвин. Венгерский алгоритм для решения задач навигации и управления движением. Аспирант и соискатель ISSN 1608-9014. Журнал актуальной научной информации Издательство Спутник +, – М.: 2011 г., с.

160-162.

9. Аунг Со Лвин. Метод коммивояжера для решения задач навигации и управления движением. II Международная заочная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы науки» – Тамбов.: 2011 г., с. 15-16.

10. Аунг Со Лвин, Щагин.А.В, Research and development of navigation system for automatic traffic control facilities. II Международная заочная научнопрактическая конференция «Актуальные проблемы науки» – Тамбов.: 2011 г., с. 8-10.

11. Аунг Со Лвин. Бортовая система навигации, мониторинга и управления движущимся объектом. Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике – 2011. – М.: МИЭТ, с. 84.

12. Аунг Со Лвин. Концептуальная модель системы навигации, мониторига и управления движением объекта. Научная сессия НИЯУ МИФИ-2012. 15Международная конференция студентов и молодых ученых. – М.:

МИФИ. 2012 г., с. 143-144.

13. Аунг Со Лвин. Методы и алгоритмы управления параметрами движущего объекта. Микроэлектроника и информатика. 19-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. – М.: МИЭТ, 2011 г., c. 160.

14. Аунг Со Лвин., Вэй Ян Лвин, Щагин А.В. Система управления параметрами движущихся объектов. Естественные и технические науки № 3(59), 2012 г., c. 309-310.

15. Аунг Со Лвин, Вэй Ян Лвин. Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами,. Естественные и технические науки, № 6(62), 2012г., с. 480-482.

16. Аунг Со Лвин. Бортовая информационно-вычислительная система управления подвижным объектом, Естественные и технические науки, № 1(63), 2013г., с. 303-305.



Похожие работы:

«Кондрико Андрей Васильевич Система казачьего самоуправления в рамках российской государственности на примере Запорожской Сечи в сер. XVII – кон. XVIII вв. 07.00.02 – Отечественная история Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата исторических наук Москва – 201 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики». доктор исторических наук, доцент Научный руководитель: Захаров Виталий Юрьевич Санин Геннадий...»

«Литманович Андрей Михайлович Исследование и разработка оптико-электронных информационноуправляющих систем на основе метода теневой локации. Специальность: 05.13.06 „„Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в приборостроении) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2012 г. Работа выполнена на кафедре «Системы автоматического управления и контроля» национального исследовательского университета...»

«АЛИМУРАДОВ Алан Казанферович АЛГОРИТМЫ И УЗЛЫ ОБРАБОТКИ РЕЧЕВЫХ КОМАНД ПОДСИСТЕМ ГОЛОСОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ Специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ПЕНЗА 2015 Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная техника и метрология» Федерального государственного бюджетного образовательного...»

«БОЛДЕНКОВ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В АППАРАТУРЕ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ Специальность 05.12.14 — Радиолокация и радионавигация Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва — 2007 Работа выполнена на кафедре радиотехнических систем Московского Энергетического института (ТУ). Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Перов Александр Иванович Официальные оппоненты:...»

«ФРОЛОВ Михаил Алексеевич ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ С ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ И УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ПЕНЗА 2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.