Автореферат (Оптимизация алгоритмов управления автоматическим погрузочно-разгрузочным устройством)

На правах рукописиУДК: 629.197.005,629.7.05НГУЕН НЫЫ МАНОПТИМИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИМПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМСпециальность 05.13.01Системный анализ, управление и обработка информации(информатика, управление и вычислительная техника)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква — 2013 г.Работа выполнена на кафедре 303 «Приборы и измерительно-вычислительныекомплексы» ФГБОУ ВПО «Московский авиационный институт (национальныйисследовательский университет)» (МАИ).Научный руководитель:доктор технических наук, профессорКостюков Вячеслав МихайловичОфициальные оппоненты:Рыбников Сергей Игоревич,доктор технических наук, профессор,профессор кафедры 301 «Системыавтоматическогои интеллектуальногоуправления» МАИНекрасов Александр Витальевич,кандидат технических наук, научныйсотрудникЗАО«Инерциальныетехнологии "Технокомплекса"», доценткафедры ИУ-2 «Приборы и системыориентации, стабилизации, навигации»МГТУ им.

БауманаВедущая организация:ОАО «Центральный научно-исследовательскийинститут автоматики и гидравлики» (ЦНИИ АГ)Защита состоится « 25 » марта2013 года в 10 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.125.11 в ФГБОУ ВПО «Московский авиационныйинститут (национальный исследовательский университет)» (МАИ) по адресу:125993, Москва, Волоколамское шоссе, дом 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ.Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, просьба направлятьпо адресу: 125993, Москва, Волоколамское шоссе, дом 4.Автореферат разослан «»2013 года.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат технических наук, доцентГорбачев Ю.

В.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Для подготовки летательного аппарата (ЛА),осуществляющего перевозку груза, необходимо перемещать большое количествопредметов от склада к месту загрузки ЛА и обратно. Использование человеческойсилы для этой цели морально устаревшая технология и неэффективная, потому чтонужно на ограниченной площадке перемещать много грузов и постоянно имеетсяриск травмы из-за «человеческого фактора» и угроза задержек в обслуживании ЛА.Погрузочно-разгрузочное устройство (ПРУ) на базе тележки повышеннойманевренности, автоматически переводящееся груз по некоторой программнойоптимальной траектории, сформированной и реализуемой по измерениямизмерительно-вычислительным комплексом (ИВК) и рассчитанной в цифровойвычислительной машине (ЦВМ) тележки, позволяет преодолеть указанныенедостатки.Кроме того, поскольку пространство обслуживания ЛА являетсяограниченным, включающим в себя много препятствий, главным требованием кПРУ является всенаправленное и точное управляемое движение.

Тележка ПРУ,оснащенная всенаправленными колесами типа «омни» (омни-колесами), имеет рядхарактеристик, обеспечивающих всенаправленное движение. В отличие от обычныхколес, имеющих движение вперед или назад в плоскости диска, омни-колеса могутодновременно совершить два перпендикулярных движения с помощью роликов,расположенных на периферии диска колеса и свободно вращающихся вокруг своихосей, касательных к окружности диска.

С этими особенностями маневра омниколеса, тележка может достигать определенной точки пространства с заданнойориентацией без необходимости уточняющего движения назад и вперед (как вслучае использования обыкновенного колеса), что позволяет уменьшить размертребуемого пространства зоны погрузки и сократить время обслуживания ЛА.Обход препятствий является не менее важной и актуальной задачей приуправлении движением тележки ПРУ. В ограниченном пространстве загрузки ЛА,на рассчитанной траектории движения тележки могут быть расположены и другиеобъекты.

Во избежание столкновения с этими препятствиями, что может приводитьк опасной ситуации, нужно осуществлять обход тележки препятствий потраектории, полученной как решение задачи минимизации критерия эффективности,обеспечивающего движения тележки вне запретной зоны, что требует разработкиавтономной системы измерения и оптимизации траекторий в бортовой ЦВМ.Погрешности существующих автономных систем управления движениемтележки ПРУ могут выводить тележку не в место, где производится установка грузана ЛА, а в место, смещенное на некоторое расстояние относительно планируемогоместа.

Определение этого смещения, что весьма актуально для точногопозиционирования ПРУ в месте установки груза на ЛА, требуются более точныеметоды измерения, чем позиционирование с помощью инерциальной системы.Кроме того, на конечном этапе необходим, очевидно, переход к системе координат,связанной с ЛА. Это в настоящее время можно реализовать с помощью оптическойсистемы распознания элементов ЛА, участвующих в фиксации грузов на ЛА.3Указанные обстоятельства определяют актуальность разработки структуры,алгоритмов и программного обеспечения (ПО) ИВК подвижной тележки ПРУповышенной маневренности (с омни-колесами), позволяющие производить доставкугрузов со склада до места фиксации груза на ЛА и решающие поставленную задачув автономном автоматическом режиме в условиях наличия препятствий натраектории движения.Целью работы являются разработка и оптимизация алгоритмов ИВКуправления движением ПРУ на базе тележки с тремя омни-колесами, построенныхна основе информации о векторе состояния тележки, полученной отбесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) и оптическойсистемы позиционирования ПРУ на основе распознавания изображений элементовустановки груза в целях доставки ПРУ от склада к точке установки груза в местеобслуживания ЛА с заданной точностью.Достижение поставленной цели потребовало выполнение следующих этаповисследования:1.Построение математической модели (ММ) движения тележки ПРУ стремя омни-колесами по неровной опорной поверхности.2.Разработка алгоритмов идентификации параметров тележки ПРУ.3.Разработка алгоритма управления движением ПРУ.4.Разработка оптимального алгоритма обхода ПРУ препятствий.5.Разработка ПО реализации алгоритмов ИВК.6.Реализация алгоритма обработки изображения с автономной камерыПРУдля определения местоположения ПРУ относительно базовых точекзагружаемого ЛА.7.Разработка комплекса сквозного математического моделированияуправления движением ПРУ от склада до точки загрузки ЛА с анализом точностиреализуемых траекторий.Объектом исследований является контур управления ПРУ на базе тележки стремя омни-колесами.Предметом исследований являются алгоритмы и ПО бортового комплексаизмерения и управления, обеспечивающие необходимую точность решения задачидоставки грузов.Методы исследования базируются на теории измерения, управления,оптимизации, инерциальной навигации, распознании оптических изображений иимитационном моделировании.Научная новизна.

В диссертационной работе получены следующие новыенаучные результаты:1.Построена наиболее полная динамическая ММ движения тележки ПРУ стремя омни-колесами, учитывающая не только движение ПРУ на опорнойповерхности, но и пространственное движение подпружиненной платформытележки ПРУ, соединенной с колесами амортизаторами, что позволяет исследоватьточность работы БИНС, расположенной на платформе.2.Реализованы алгоритмы идентификации параметров тележки ПРУметодом адаптивного управления движением ПРУ, обеспечивающем допустимыйхарактер движения ПРУ.43.Разработан алгоритм и ПО оптимального обхода препятствий,полученный из решения градиентным методом задачи оптимизации заданногокритерия качества траектории с модифицированным алгоритмом настройки шагаприращения вектора управления.4.Реализованы бортовые «одношаговый» и «интервальный» алгоритмы иПО работы БИНС, входящей в ИВК ПРУ.5.Применены методы определения относительных координат ПРУ иэлементов фиксации груза на ЛА с помощью оптико-электронной системы (ОЭС).Научные результаты, выносимые на защиту:1.Полная ММ движения тележки ПРУ с тремя омни-колесами по неровнойопорной поверхности.2.Реализация алгоритмов идентификации параметров тележки ПРУ вконтуре адаптивного управления движением ПРУ.3.Модификация градиентного алгоритма решения задачи оптимальногообхода ПРУ препятствий.4.Реализация алгоритма обработки изображения для определениятекущего местоположения тележки ПРУ относительно заданных элементов ЛА сиспользованием трехмерного эталона элементов фиксации грузов на ЛА.5.Реализация бортового «одношагового» алгоритма работы БИНС.6.Реализация бортового «интервального» алгоритма работы БИНС.7.Комплексимитационногомоделирования,реализующийвсевышеуказанные алгоритмы на языке С++ (моделирования работы системы «Опорнаяповерхность – ПРУ – ИВК – САУ»).Практическая ценность результатов работы определяется следующим:1.Построены наиболее общая математическая модель движения тележкиПРУ с тремя омни-колесами и алгоритмы управления работой ПРУ на ограниченномпространстве.2.Реализованные алгоритмы ИВК для данного ПРУ имеют универсальныйхарактер и могут использоваться для любых подвижных объектов.3.Получены требования к характеристикам датчиков гироинерциальногоблока (ГИБ) БИНС и точности калибровки, обеспечивающие точность управленияПРУ, реализующей последующую коррекцию положения ПРУ по анализуоптического изображения точки загрузки ЛА.Внедрение и реализация.