Автореферат (Оптимизация алгоритмов управления автоматическим погрузочно-разгрузочным устройством), страница 5

Соответственно в БЦВМполучены: X B  36.6м , Z B  6.9м , рB  6.7 o , VXB  0.99м/с , VZB  0.09м/с .k5  10k5  103k4  10k5  1042k4  103k4  5  103k4  104k4  3  104Угол рысканияа)б)17k5  105N 1N 5N  10N  15N  20N  25г)в)Рис. 13. Оптимальное управление обходом препятствия: а) зависимость полученнойтраектории от коэффициента k 4 ; б) зависимость изменения угла курса от коэффициента k5 ;в) зависимость полученной траектории от числа итераций; г) изменение значения критерийоптимизации по числу итерацийНа рис.

13 а,б показаны влияния коэффициентов критерия k 4 и k5 ,учитывающих в критерии возможность одновременного совершения двух движенийПРУ – поступательного движения центра масс и вращательного движения вокругвертикальной оси, что является особенностью маневренности тележки с омниколесами, а на рис.

13,в,г – влияние числа итераций, на решение задачиоптимального обхода препятствия. При этом остальные коэффициенты критерияравны k1  13000 , k2  2020 , k3  10 .Приемлемое решение (по терминальной точке) получено приk4  30000, k5  10000 после 20 итераций: X g (t f )  36.54м , Z g (t f )  7.09м , (t f )  6.710 , VXg (t f )  0.99м/с , VZg (t f )  0.11м/с .Результаты моделирования алгоритма коррекции положения ПРУ поанализу изображения показали, что для обеспечения возможности уточнениякоординат ПРУ по анализу изображения, смещение ПРУ в конце второго этапа(автономного по БИНС) от точки загрузки ЛА должно быть не больше 0.8м покаждой оси Земной СК: RX max  RZ max  0.8м .

Тогда погрешность определенияположения ПРУ относительно точки загрузки ЛА с помощью ОЭС не будет больше0.1м.Поскольку расстояние от склада до точки загрузки ЛА принято 104м, амаксимальная скорость движения тележки равна 1м/с, вполне возможно считать, чтовремя движения тележки, с учетом затрат для обхода препятствия, не больше 150с.То есть, датчики ГИБ должны обеспечить, чтобы в течение 150с погрешностьнавигации была не больше 0.8м по той или иной оси Земной СК.На рис.

14 показаны результаты моделирования работы БИНС за 150с,причем характеристики датчиков ГИБ ИВК показаны в таблице 2:ПараметрыДатчик линейных ускоренийСмещениеМасштабныйНеортогонуля,коэффициент, %нальность10-3gдатчиков, радДатчик угловых скоростейСмещениеМасштабныйНеортогонуля, град/чкоэффициент, %нальностьдатчиков, радОсиOx1Oy1Oz11110.10.10.10.00050.00050.0005Табл.

2. Характеристики датчиков ГИБ ИВК181110.10.10.10.00050.00050.0005Шумы измерения линейных ускорений  arand - белые шумы с СКО   a =0.0003м/с2 (~30мкg), а шумы измерения угловых скоростей rand -   =0,003 град/ч. При этом в«интервальном» алгоритме навигации было принято Nl  4 .87ΔR (м)5432ΔR (м)a0kafiaw0kwfiw6100 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5η (%)∆R(м)a0kafiaw0kwfiw0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5η (%)а)98765432109876543210б)Рис.

14. Зависимости погрешности навигацииR (м) от неточности калибровки η (%):а) по отдельному параметру при«одношаговом» алгоритме навигации; б) поотдельному параметру при «интервальном»алгоритме навигации; в) по всем параметрамодновременно (один и тот же η)(a0 – смещение нуля ДЛУ, ka – масштабныйкоэффициент ДЛУ, fia – неортогональностьосей ДЛУ; w0 – смещение нуля ДУС, kw –масштабный коэффициент ДУС, fiw –неортогональность осей ДУС)ИнтервальныйалгоритмОдношаговыйалгоритм0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5η (%)в)Из рис.

14 видно, что наиболее сильное влияние на точность работы БИНСоказывает неточность калибровки по смещению нуля и неортогональности ДЛУ.Как показано на рис. 14, в), погрешность «интервального» алгоритма навигациидаже при неточности калибровке, равной 0.5%, больше допустимой, требуемой длясрабатывания алгоритма обработки изображения. Следовательно, необходим ГИБ,смешение нуля и неортогональности осей ДЛУ которого меньше тех, указанных втаблице 2 (т.к. они наиболее сильно влияют на точность БИНС).Из рис. 15 получено, что для обеспечения погрешности навигации небольше 0.8м по каждой оси ЗСК необходимо использовать ГИБ, смещение нуля инеортогональность осей ДЛУ которого не больше 0.05 мg и 0.0003 рад,соответственно (остальные параметры ДЛУ и ДУС такие же, как в таблице 2).

Вслучае отсутствия датчиков такой точности необходимо производить коррекцию поОЭС в промежуточных точках маршрута.19∆R(м)5,65,24,84,443,63,22,82,421,61,20,80,40fia=0.0005 радfia=0.0004 радfia=0.0003 радfia=0.00025 рад0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05a0 (мg)Рис.15. Зависимости погрешности «интервального» алгоритма БИНС от паспортныхзначений смешения нуля и неортогональности ДЛУ ГИБ (при погрешности калибровки датчиков3% по всем параметрам).На рис. 16 показаны результаты моделирования «интервального»алгоритма навигации с различными числами Nl .

Как видно, чем меньше Nl , темточнее алгоритм навигации. Платой за это является увеличение объема вычислений.Nl  8N l  16Nl  4ДействительнаятраекторияZg мNl  2Nl  1Траектории, определенные поинтервальному алгоритмунавигацииX g мРис. 16. Влияние числа Nl циклов - l в одном цикле - k на погрешность навигацииАлгоритм стабилизации, отличающийся значениями коэффициентовПИД регулятора, так же оказывает влияние на точность «интервального»алгоритма навигации, как показано на рис.

17. На этом рисунке показанырезультаты моделирования в четырех случаях, соответственно четырем алгоритмамстабилизации (четырем наборам коэффициентов ПИД регулятора). Алгоритмы 1,2,3вызывают высокочастотное возмущенное движение ПРУ относительно требуемого(рис.

17, а, б, в), что приводит к появлению погрешности навигации, обусловленноймедленным (по сравнению с частотой возмущенного движения) обновлениемпараметров навигации в бортовом алгоритме. С уменьшением возмущенногодвижения ПРУ погрешность навигации убывает, как видно из кривых 1,2,3,4 рис. 17,г).20Скорость (м/с)Скорость (м/с)Скорость (м/с)21Требуемаяскорость443Требуемаяскорость4Время (c)Время (c)а)б)ТребуемаяскоростьВремя (c)в)432Zg м1Действительные траекторииТраектории, определенные поинтервальному алгоритмунавигацииX g мг)Рис.

17. Влияние алгоритма управления на точность навигации: а),б),в) скоростидвижения ПРУ при разных алгоритмах; г) действительные траектории (1,2,3,4) движения итраектории, определенные по навигации (числа 1,2,3,4 соответствуют алгоритмам 1,2,3,4)0,50,450,40,350,30,250,20,150,10,0500,80,7a0a00,6kafiaΔR (м)ΔR (м)Результаты моделирования работы БИНС с использованием выбранныхдатчиков с числом кратности l – циклов в k – цикле равным Nl  2 и алгоритмомстабилизации 4 ( kvx  0.02; kvx  4; kx  15; kvz  0.7; kvz  9; kz  47; k  0.045; k  4; k  3 ) ,показаны на рис.

18.w0kwfiwka0,5fia0,4w00,30,2kw0,1fiw00123450η (%)123η(%)а)б)21450,9Рис. 18. Зависимости погрешности навигацииR (м) от неточности калибровки η (%):а) по отдельному параметру при«одношаговом» алгоритме навигации; б) поотдельному параметру при «интервальном»алгоритме навигации; в) по всем параметрамодновременно (один и тот же η)(a0 – смещение нуля ДЛУ, ka – масштабныйкоэффициент ДЛУ, fia – неортогональностьосей ДЛУ; w0 – смещение нуля ДУС, kw –масштабный коэффициент ДУС, fiw –неортогональность осей ДУС)Интервальный алгоритм0,8Одношаговый алгоритм0,7∆R(м)0,60,50,40,30,20,100123η(%)456в)Оттуда следует, что для обеспечения требуемой точности навигациинеобходима калибровка выбранных датчиков ГИБ с остаточной погрешностьюменьше 5%.Результаты моделирования итогового движения ПРУ показаны на рис. 19.При этом неточность калибровки использованных датчиков ГИБ   3 %, а число l –циклов в одном k – цикле Nl  2 , т.е. f нав  f обр / 2  27.8Гц .Погрешность навигации («интервального» алгоритма) на втором этапе равныX нав  0.143м , Zнав  0.501м .

Смещение конечного положения ПРУ относительноточки загрузки ЛА в итоге (после завершения третьего этапа) равно R  0.1м .Третий этапПрепятствиеЗапретная зона3действительнаяпо интервальному алгоритму БИНСO11312Oза) 1 – действительная траектория; 2 – траектория, определенная по «одношаговому» алгоритмуБИНС; 3 – траектория, определенная по «интервальному» алгоритму БИНС22б)в)Рис. 19. Результат моделированиядвижение ПРУ от склада до точки загрузки ЛА:а) траектория движения;б) линейная скорость по оси OX g(требуемая и действительная);в) линейная скорость по оси OZ g(требуемая и действительная);г) угол курса ПРУ (требуемый идействительный)г)В заключении перечислены основные результаты работы, которые сводятся кследующему:1.

Построены математические модели системы «Опорная поверхность – ПРУ –ИВК - САУ», позволяющие исследовать поведение сверхманевренного ПРУ на базетележки с тремя омни-колесами по неровной опорной поверхности при наличии нарассчитанной траектории препятствия. В отличие от разработанных ранее моделеймобильных роботов на базе тележки с омни-колесами, в данной работе предложенанаиболее полная математическая модель тележки ПРУ с учетом пространственногодвижения подпружиненной платформы тележки ПРУ, соединенной с колесамиамортизаторами. Произведен учет неровности опорной поверхности, использованаболее сложная модель электродвигателей и несферическая модель Земли, чтопозволило описать и моделировать более «реальное» движение ПРУ;2.

Разработаны и реализованы алгоритмы идентификации параметров тележкиПРУ с высокой точностью (меньше 0.1%) перед началом движения сиспользованием адаптивного управления вращением ПРУ на месте, что позволяетудержать состояние ПРУ в заданных допусках;3. Разработан и реализован алгоритм решения задачи оптимального обходапрепятствий на основе градиентного метода первого порядка, где предложеныдополнительные алгоритмы, позволяющие подбирать переменные весовыекоэффициенты, определяющие величину приращения управления по направлению23антиградиента и обеспечивающие сходимость значения параметров состояния кзаданным на правом конце интервала управления;4. Реализованы алгоритмы и получено ПО обработки изображения, позволяющееобеспечить необходимую точность для решения задачи коррекции положения ПРУотносительно базовых точек под крылом ЛА (<0.1м);5.