Диссертация (1143270), страница 18
Текст из файла (страница 18)
5-15. Изображение с видеокамеры оптического диапазона одновременноподаетсявкросс-ЭВМив исследуемыйМК.Установкапозволяетразрабатывать и анализировать на ЭВМ нечеткие системы выявления иклассификации объектов, переносить их на МК, определять их точность искоростные характеристики.Рис. 5-15. Структура комплекса исследования СТЗ оптического диапазона.Исследовательскаяустановка«радарныеСТЗинфракрасного(ИК)диапазона» [180] показана на рис. 5-16.
Установка использует закрепленные насервоприводах ИК-датчики. Обзор объекта осуществляется посредствомповорота ИК-датчиков сервоприводами, а также самого объекта – посредствомповоротного стола. Анализ сцены для определения контура объекта и его166пространственной ориентации возможен посредством совместной обработкиданных измерений по обоим каналам, выполняемой на микропроцессорномнечетком вычислителе.Рис. 5-16.
Структура и внешний вид комплекса СТЗ радарного типа.Исследовательская установка «управление локомоциями многозвенныхманипуляторов» [182-185] (рис. 5-17) позволяет выполнять проектирование ианализ программ движений шагающих робототехнических систем. Моделипрограммдвижений,отлаженныенакросс-ЭВМ,автоматическиконвертируются в исполнимый код для микропроцессорной системы, иотлаживаются на физической модели двухзвенного шагающего механизма.167Рис.
5-17. Комплекс исследования подсистем управления локомоциями.168Исследовательская установка «управление мобильными роботами снаблюдателем-супервизором» [145, 186] показана на рис. 5-18. На поворотномстоле расположен макет транспортного средства и произвольно задаваемаяконфигурация препятствий. Информация о текущей сцене поступает с камеры вкросс-ЭВМ, где определяются координаты всех объектов сцены, после чегоданные передаются в микропроцессорную систему с нечетким управлением.Рис. 5-18. Структура и внешний вид комплекса с супервизорным наблюдением.Координаты робота и препятствий используются нечеткой системойуправления для вычисления управляющих воздействий на сервопривод,перемещающий (посредством связи «магнит-магнит») макет робота по диску сцелью предотвращения столкновения объекта и препятствий.169Исследовательская установка «нечеткое микропроцессорное управлениемультиагентными системами» [145, 187] приведена на рис.
5-19. На сценерасположены два мобильных робота, управляемых посредством радиосигналовот микроконтроллера, и целевой объект. Состояние сцены фиксируетсяпосредством видеокамеры и анализируется с помощью ЭВМ на предметвзаимногорасположенияцелевогообъектаироботов,атакжепространственной ориентации роботов. Поведение каждого из роботовопределяется его персональным нечетким контроллером тактического уровня.КоординаторТактикаробота АМодель сценыПодсистемаприемаизображения ианализа сценыСистема Fuzzy51Тактикаробота БСистема Shell51МикроконтроллерКамераПередатчикиАиБРис. 5-19. Структура комплекса для исследования мультиагентных ВИСУ.В связи с наличием у каждого из роботов своего управляющего нечеткогоконтроллера, для исследователя открывается широкое поле деятельности:роботы могут работать кооперативно (например, производить совместныедействия над объектом), или антагонистично (например, предотвращая доступконкурента к объекту).170В заключение рассмотрим пример применения микропроцессорнойсистемы с нечеткой обработкой информации для управления медицинскимаппаратом – увлажнителем медицинских газов (УМГ) [188-191].
Припроведениидлительнойискусственнойвентиляциилегких(ИВЛ)вдыхательные пути пациента должен подаваться газ комфортной температуры икомфортной влажности (так как этот газ подается в обход естественныхучастков дыхательного тракта, увлажняющих и согревающих его дофизиологически приемлемых уровней температуры и влажности). Основнымизадачами аппарата УМГ являются: расчет количества воды, испаряемой в единицу времени для увлажнениягазового потока определенной скорости и температуры; испарение рассчитанного количества воды; поддержание заданной температуры газового потока.Конструкция увлажнителя и его внешний вид показана на рис.
5-20 и 5-21,а структурно-функциональная схема – на рис. 5-22 [192-195].В связи со сложной функцией определения количества испаряемой вединицу времени жидкости (что зависит от температуры газовой смеси навходе устройства, заданной температуры газовой смеси на входе в дыхательныепути пациента, степени увлажненности газовой смеси и скорости поступлениягазовогопотокавдыхательныепутипациента),валгоритмическомобеспечении микропроцессорной системы управления аппаратом УМГ-1 былоприменено определение количества испаряемой жидкости на основе нечеткихсоотношений [196].Факты внедрения описанных методов, средств и прикладных разработок вдеятельность промышленных предприятий и учебный процесс подтвержденысоответствующими актами; их актуальность и перспективность – наградамиконкурсных комиссий международных выставок.171Рис. 5-20.
Конструкция увлажнителя медицинских газов УМГ-1.Рис. 5-21. Внешний вид аппарата УМГ-1 (слева) и его применение в составекомплекса аппаратуры искусственной вентиляции легких (справа).172ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯМодуль вводаЗадание tt+ t–Заданиепотока V'V'+ V'–Модуль вывода"Нагрев""Датчик""Перегрев""Вода"VЗвук.сигн.Блокировказвук.сигнализ.tЗаданиепотока(апп. ИВЛ)Задатчиктемпературы возд.Задатчикскоростипотока№кодзнакоместа знакоместаПодсистемаиндикацииПодсистемааварийногоуправленияКонстантыРегул.частотыШДРегул.нагревавоздухаШИМИзмерительТ возд.Коммутатор фазШДусилительусилительусилительнагреввозд.датчикt возд.приводШДконтур нагревавоздухаРис.
5-22.Регул.нагреваиспарит.КОНТРОЛЛЕРИзмерительур. водыМОДУЛЬСОПРЯЖЕНИЯдатчикур. водысубконтур насосаиспарителяИзмерительТ испар.ШИМусилительусилительдатчикt испар.нагревиспар.субконтур нагреваиспарителяСтруктурно-функциональная схема системыуправления УМГ [194].173ЗАКЛЮЧЕНИЕПредложенные в диссертационном исследовании модели, методы исредства направлены на решение существенной по значимости для экономикигосударства научно-технической проблемы создания и развития отечественнойэлектронной компонентной базы встраиваемых интеллектуальных системуправления на основе приложений теории нечетких множеств.Предлагаемые в диссертационном исследовании подходы обеспечиваюткомплексноеулучшениемикропроцессорныхипоказателейкачествамикроконтроллерныхфункционированияустройстввычислительнойтехники и систем управления с нечеткой обработкой информации.Значениерезультатовдиссертационногоисследованиядлятеориизаключается в создании совокупности подходов, моделей, структур данных,алгоритмов и структурно-функциональных схем, обеспечивающих повышениестепени автоматизации анализа и синтеза аппаратных реализаций подсистемнечеткой обработки информации во встраиваемых микропроцессорных имикроконтроллерных системах интеллектуального управления, и повышениеуровня качества их анализа и синтеза.Значение результатов диссертационного исследования для практикизаключается: в повышении точности и быстродействия аппаратных встраиваемыхреализацийнечеткихпреобразователейинформации,создаваемыхсприменением предложенных подходов; в разработке инструментальных комплексов автоматизированной генерацииаппаратных внутрикристальных нечетких преобразователей информации; в решении задачи импортозамещения электронной компонентной базысистем управления..174К основным защищаемым в диссертационном исследовании положениямотносятся:1.
Принцип организации аппаратных вычислений нечетких зависимостей,основанный на применении сетей элементарных нечетких вычислителей.2. Модель элементарного нечеткого вычислителя.3. Модель выполнения операции дефаззификации.4. Алгоритм функционирования сети элементарных нечетких вычислителей исопутствующие структуры данных.5. Аппаратная микросхемотехническая реализация нечеткого вычислителя наоснове сети элементарных нечетких вычислителей.6. Аппаратнаямикросхемотехническаяреализациямикропроцессорасовстроенным аппаратным вычислителем нечетких зависимостей на основе сетейэлементарных вычислителей как вычислительного узла системы управления.7.
Инструментальные средства поддержки разработки микропроцессорныхсистем управления на основе сетей ЭНВ.Основные публикации автора по теме диссертационного исследования.1. В изданиях Перечня ВАК и приравненных к ним:1.1. Васильев А.Е., Васильянов Г.С., Кабесас Тапиа Д.Ф., Переверзев А.Е.,НгуенБ.Х.Аппаратнаяреализациявысокопроизводительныхнечеткихвычислений на программируемых логических интегральных схемах //Радиотехника и электроника, 2017.– Т.
62, № 12.– С. 1243-1256. (ПереченьВАК. Переводная версия: Vassiliev A.E. , Vasil'yanov G. S., Cabezas Tapia D.F., Pereverzev A. E., Nguyen Boi Hue. Hardware Implementation of HighPerformance Fuzzy Computations Based on Programmable Logic Integrated Circuits// Journal of Communications Technology and Electronics, 2017.– Vol.
62, Issue12.– Pp. 1414-1426 индексируется Scopus)1.2. Vassiliev A.E., Ivanova T.Y., Cabezas Tapia D.F.., Luong Q.T. Microcontrollerbased embedded system equipment development for research and educational support175// Proceedings of 2016 International Conference on Information Management andTechnology, 2016.– Pp. 219-223. (Индексируется Scopus)1.3.
Vasilev A.E., Ivanova T.Yu., Cabezas Tapia D.F., Sadin Ya.D. Design offunction-oriented microcontrollers on equipment of programmable logic integratedcircuits for embedded systems // Automatic Control and Computer Sciences, 2015.–Vol. 49, Issue 6.– Pp. 404-411. (Индексируется Scopus)1.4. Vasilev A.E., Cabezas D., Pyshkin E. Assisted lung ventilation control system asa human centered application: the project and its educational impact on the course ofembedded systems // Lecture Notes in Electrical Engineering, 2015.– Vol.
331.– Pp.421-427. (Индексируется Scopus)1.5. Vasil‟ev A.E., Kolodeznikov I.V. The development and use of data acquisitionand control systems based on ARM-microcontrollers. // Measurement Techniques,2015.– Vol. 58, Issue 3.– Pp. 245-249. (Индексируется Scopus)1.6. Васильев А.Е., Гиганова В.И. Применение сетей элементарных нечеткихвычислителей для синтеза и анализа систем нечеткой обработки информации иуправления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
