RU2531864C1 - Moving object control device - Google Patents
Moving object control device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531864C1 RU2531864C1 RU2013127341/08A RU2013127341A RU2531864C1 RU 2531864 C1 RU2531864 C1 RU 2531864C1 RU 2013127341/08 A RU2013127341/08 A RU 2013127341/08A RU 2013127341 A RU2013127341 A RU 2013127341A RU 2531864 C1 RU2531864 C1 RU 2531864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- calculator
- matrix
- multiplier
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к системам управления и может быть использовано при разработке систем управления подвижными объектами, обеспечивающими их перемещение вдоль заданной траектории с заданной траекторией скоростью, или в заданную точку вдоль заданной траектории без предъявления требований к траекторией скорости, или в заданную точку с нулевой конечной скоростью.The invention relates to control systems and can be used in the development of control systems for moving objects, ensuring their movement along a given path with a given speed path, or to a given point along a given path without presenting requirements for the speed path, or to a given point with zero final speed.
Известно устройство траекторного управления [П.Д. Крутько. Управление исполнительными системами роботов. - М.: «Наука», главная редакция физ.-мат. литературы, 1977, 336 с. - с.308-313], содержащее планировщик траекторий, блок решения обратной задачи кинематики, блок аппроксимации, блок интерполяции, блок регуляторов, блок датчиков информации, вычислительные блоки, перемножители и сумматоры. Это устройство позволяет обеспечить асимптотическую устойчивость объекта управления при отработке планируемых траекторий.A device for trajectory control [P.D. Cool. Management of executive systems of robots. - M.: “Science”, the main edition of the phys.-mat. literature, 1977, 336 p. - p. 308-313], containing a path planner, a block for solving the inverse kinematics problem, an approximation block, an interpolation block, a regulator block, an information sensor block, computational blocks, multipliers and adders. This device allows to provide the asymptotic stability of the control object during the development of the planned trajectories.
Признаками этого аналога, общими с заявляемым устройством, являются планировщик траекторий, блок датчиков информации, вычислители, перемножители и сумматоры.The signs of this analogue, common with the claimed device, are a trajectory planner, a block of information sensors, calculators, multipliers and adders.
Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является низкая точность отработки траекторий. Она обусловлена тем обстоятельством, что процедура локальной аппроксимации сложных траекторий вносит существенные погрешности в планирование и, следовательно, в отработку этих траекторий и не позволяет стабилизировать заданное значение траекторией скорости.The reason that impedes the achievement in this analogue of the technical result provided by the invention is the low accuracy of trajectory refinement. It is due to the fact that the procedure of local approximation of complex trajectories introduces significant errors in planning and, therefore, in the development of these trajectories and does not allow to stabilize a given value by the velocity trajectory.
Более точным и более близким к предлагаемому является устройство управления подвижным объектом, защищенное патентом РФ №2393522, кл. G05D 1/00, 2009 г. Это устройство содержит планировщик траектории, первый, второй и третий вычислители матричных коэффициентов, вычислитель сигнала управления, первый и второй блоки транспонирования матриц, блок датчиков информации, блок сенсорного обеспечения, блок формирования матрицы коэффициентов управления, блок формирования матрицы - производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, блок формирования вектора внешних скоростей и входящие в состав объекта управления исполнительное устройство и механическую систему.More accurate and closer to the proposed device is the control of a moving object, protected by RF patent No. 2393522, cl. G05D 1/00, 2009. This device includes a path planner, first, second, and third matrix coefficient calculators, a control signal calculator, first and second matrix transpose blocks, an information sensor block, a sensor support unit, a control coefficient matrix generation unit, a generating unit matrices - the derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of external coordinates, the unit for forming the vector of external velocities and the actuator and mechanical part of the control object my system.
Признаками этого устройства, совпадающего с существенными признаками заявляемого устройства, являются все перечисленные элементы.The signs of this device, which coincides with the essential features of the claimed device, are all of the above elements.
Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, являются ограниченные функциональные возможности устройства. Дело в том, что в этом устройстве движение управляемого объекта ограничивается маршрутами, не содержащими препятствий, либо содержащими только неподвижные и заранее известные препятствия. Это обусловлено тем, что устройство требует предварительного картографирования области функционирования подвижного объекта и расчета такой траектории движения управляемого объекта в заданную точку пространства, которая обеспечивала бы обход препятствия и достижение управляемым объектом заданной точки позиционирования.The reason that impedes the achievement in this analogue of the technical result provided by the invention is the limited functionality of the device. The fact is that in this device the movement of a controlled object is limited to routes that do not contain obstacles, or contain only fixed and previously known obstacles. This is due to the fact that the device requires preliminary mapping of the area of functioning of the moving object and the calculation of such a trajectory of the controlled object at a given point in space, which would ensure that the obstacle is bypassed and the managed object reaches a predetermined positioning point.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является устройство управления подвижным объектом, защищенный патентом РФ №2450308, кл. G05D 1/00, G05B 19/19, 2008 г. Это устройство содержит все элементы, входящие в состав устройства, защищенного патентом РФ №2393522. Кроме того, в его состав дополнительно входят электронный переключатель, инвертор знака определения матрицы и пороговое устройство.The closest in technical essence to the claimed (prototype) is a device for controlling a movable object, protected by RF patent No. 2450308, class. G05D 1/00, G05B 19/19, 2008. This device contains all the elements that make up the device, protected by RF patent No. 2393522. In addition, it additionally includes an electronic switch, an inverter of a sign for determining the matrix and a threshold device.
При этом все перечисленные элементы прототипа, кроме электронного переключателя и инвертора знака определения матрицы, входят и в состав заявляемого устройства.Moreover, all of the listed elements of the prototype, except for the electronic switch and inverter of the sign for determining the matrix, are also included in the inventive device.
В устройстве-прототипе постоянно измеряется расстояние г между управляемым объектом и ближайшим препятствием на пути его движения и при выполнении условия
При этом объект управления переходит в режим неустойчивого по расстоянию до препятствия движения до выполнения условия
Причиной, препятствующей достижению в устройстве-прототипе технического результата, обеспечиваемого заявляемым устройством, является погрешность реализации заданной траектории объекта управления в случае неожиданного возникшего препятствия на пути его следования. Дело в том, что в этом случае в устройстве-прототипе препятствие в принципе хотя и преодолевается, однако при этом объект управления, по сути, сталкивается с препятствием, затем он вновь возвращается на дальность, превышающую величину
Задачей, на решение которой направлено создание изобретения, является уменьшение отклонения фактической траектории объекта управления от заданной, а значит, и сокращение затрат времени на реализацию заданной траектории.The task to which the invention is directed is to reduce the deviation of the actual trajectory of the control object from the given one, and therefore, reduce the time spent on the implementation of the given trajectory.
Технический результат достигается тем, что в известное устройство управления подвижным объектом, защищенное патентом РФ №2450308, дополнительно введены измеритель диапазона изменения угла визирования препятствия, блок расчета поправки сигнала управления и сумматор, при этом шестой выход планировщика траекторий соединен с седьмым входом третьего вычислителя матричного коэффициента и четвертыми входами первого и второго вычислителей матричного коэффициента, первый и второй выходы измерителя диапазона изменения угла визирования препятствия соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока расчета поправки сигнала управления, второй выход блока сенсорного обеспечения соединен с третьим информационным входом блока расчета поправки сигнала управления, выход порогового устройства соединен с управляющим входом блока расчета поправки сигнала управления, первый и второй входы сумматора соединены соответственно с выходом вычислителя сигнала управления и выходом блока расчета поправки сигнала управления, а выход - с управляющим входом исполнительного устройства управляемого объекта.The technical result is achieved by the fact that in the known device for controlling a movable object, protected by RF patent No. 2450308, an additional meter for changing the range of the angle of sight of the obstacle, a block for calculating the correction of the control signal and an adder are added, and the sixth output of the path planner is connected to the seventh input of the third matrix coefficient calculator and the fourth inputs of the first and second calculators of the matrix coefficient, the first and second outputs of the meter range of the angle of sight of obstacles The actions are connected respectively to the first and second information inputs of the control signal correction calculation block, the second output of the touch support block is connected to the third information input of the control signal correction calculation block, the output of the threshold device is connected to the control input of the control signal correction calculation block, the first and second adder inputs are connected accordingly, with the output of the control signal calculator and the output of the control signal correction calculation unit, and the output with the control input of the executor Nogo device managed object.
Для достижения технического результата в известное устройство управления подвижным объектом, содержащее планировщик траектории, первый, второй и третий вычислители матричных коэффициентов, вычислитель сигнала управления, первый и второй блоки транспонирования матриц, блок формирования вектора нелинейных элементов, блок формирования вектора нелинейных элементов, блок формирования матрицы коэффициентов управления, блок-датчиков информации, блок сенсорного обеспечения, блок формирования матрицы - производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, блок формирования матрицы - производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке, внешних координат, блок формирования вектора внешних скоростей, пороговое устройство, исполнительное устройство и механическую систему управляемого объекта, в котором первый, второй, третий и четвертый выходы планировщика траектории соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами третьего вычислителя матричных коэффициентов, пятый выход планировщика траектории соединен с третьими входами первого и второго вычислителей матричных коэффициентов, первый вход второго вычислителя матричного коэффициента соединен со вторым выходом планировщика траектории, второй вход первого вычислителя матричного коэффициента соединен с шестым входом второго вычислителя матричного коэффициента, вход первого блока транспонирования матриц соединен с пятым входом третьего вычислителя матричного коэффициента, а выход - с его шестым входом и пятым входом второго вычислителя матричного коэффициента, седьмой вход третьего вычислителя матричного коэффициента соединен с четвертыми входами первого и второго вычислителей матричных коэффициентов, первый, второй и третий входы вычислителя сигнала управления соединены соответственно с выходом первого, первым выходом второго и выходом третьего вычислителей матричных коэффициентов, четвертый и пятый входы - с выходами соответственно блока формирования вектора нелинейных элементов и блока формирования матрицы коэффициентов управления, первый и пятый входы первого вычислителя матричного коэффициента соединены соответственно со вторым и третьим выходами второго вычислителя матричного коэффициента, вход блока датчиков информации соединен с выходом исполнительного устройства управляемого объекта, механическая система управляемого объекта соединена непосредственно со входом блока датчиков информации, а через внешнюю среду - со входом блока сенсорного обеспечения, выход блока датчиков информации соединен с первым входом планировщика траекторий и первыми входами блоков формирования вектора нелинейных элементов и матрицы коэффициентов управления, матриц производных вектор-столбца внешних скоростей и вектора внешних скоростей, первый выход блока сенсорного обеспечения соединен со вторыми входами блоков формирования матриц - производных вектор-столбца внешних скоростей и вектора внешних скоростей, входом первого блока транспонирования матриц и вторым входом планировщика траектории, второй выход блока сенсорного обеспечения соединен со входом второго блока транспонирования матриц, выход которого соединен со вторым входом первого вычислителя матричного коэффициента, дополнительно введены измеритель диапазона изменения угла визирования препятствия и расстояния до него, блок расчета поправки сигнала управления и сумматор, при этом шестой выход планировщика траекторий соединен с седьмым входом третьего вычислителя матричного коэффициента и четвертыми входами первого и второго вычислителей матричного коэффициента, первый и второй выходы измерителя диапазона изменения угла визирования препятствия и расстояния до него соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока расчета поправки сигнала управления, второй выход блока формирования вектора внешних скоростей соединен с третьим информационным входом блока расчета поправки сигнала управления, выход порогового устройства соединен с управляющим входом блока расчета поправки сигнала управления, первый и второй входы сумматора соединены соответственно с выходом вычислителя сигнала управления и выходом блока расчета поправки сигнала управления, а выход - с управляющим входом исполнительного устройства управляемого объекта.To achieve a technical result, a known moving object control device comprising a path planner, first, second and third matrix coefficient calculators, a control signal calculator, first and second matrix transpose blocks, a nonlinear element vector generating unit, a nonlinear element vector generating unit, a matrix generating unit control coefficients, information block sensors, sensor support unit, matrix forming unit - derivative of the column vector of external bones in a row vector of internal coordinates, a matrix formation unit is a derivative of a column vector of external velocities in a row vector, external coordinates, a block of external velocity vector formation, a threshold device, an actuator, and a mechanical system of a controlled object, in which the first, second, third and the fourth outputs of the trajectory scheduler are connected respectively to the first, second, third and fourth inputs of the third matrix coefficient calculator, the fifth output of the trajectory scheduler is connected to by the inputs of the first and second matrix coefficient calculators, the first input of the second matrix coefficient calculator is connected to the second output of the path planner, the second input of the first matrix coefficient calculator is connected to the sixth input of the second matrix coefficient calculator, the input of the first matrix transpose block is connected to the fifth input of the third matrix coefficient calculator , and the output - with its sixth input and fifth input of the second matrix coefficient calculator, the seventh input of the third subtract the matrix coefficient spreader is connected to the fourth inputs of the first and second matrix coefficient calculators, the first, second and third inputs of the control signal calculator are connected respectively to the output of the first, first output of the second and the output of the third matrix coefficient calculators, the fourth and fifth inputs to the outputs of the vector forming unit, respectively nonlinear elements and a block for generating a matrix of control coefficients, the first and fifth inputs of the first calculator of the matrix coefficient are connected to responsibly, with the second and third outputs of the second matrix coefficient calculator, the input of the information sensor block is connected to the output of the actuator of the managed object, the mechanical system of the controlled object is connected directly to the input of the information sensor block, and through the external environment, to the input of the sensor support block, the output of the information sensor block connected to the first input of the trajectory planner and the first inputs of the blocks for forming the vector of nonlinear elements and matrix of control coefficients of matrices of derivatives of the vector column of external velocities and the vector of external velocities, the first output of the sensor support unit is connected to the second inputs of the matrix forming units - derivatives of the vector column of external velocities and the vector of external velocities, the input of the first transpose matrix unit and the second input of the path planner, the second the output of the sensor support unit is connected to the input of the second matrix transpose unit, the output of which is connected to the second input of the first matrix coefficient calculator, the meter of the range of variation of the angle of sight of the obstacle and the distance to it, the block for calculating the correction of the control signal and the adder, the sixth output of the path planner is connected to the seventh input of the third matrix coefficient calculator and the fourth inputs of the first and second matrix coefficient calculators, the first and second outputs of the meter the range of changes in the angle of sight of the obstacle and the distance to it are connected respectively to the first and second information inputs of the pop calculation block control signal avki, the second output of the external velocity vector generation unit is connected to the third information input of the control signal correction calculation unit, the output of the threshold device is connected to the control input of the control signal correction calculation unit, the first and second adder inputs are connected respectively to the output of the control signal calculator and the output of the block calculating the correction of the control signal, and the output with the control input of the actuator of the managed object.
Исследования заявленного технического решения по патентной и научно-технической литературе показали, что совокупность вновь введенных измерителя диапазона изменения угла визирования препятствия, блока расчета поправки сигнала управления, сумматора и их связей в совокупности с остальными элементами и связями устройства-прототипа не поддается самостоятельной классификации. В то же время она не следует явным образом из уровня техники. Поэтому предлагаемое устройство следует считать удовлетворяющим критерию "новизна" и имеющим изобретательский уровень.Studies of the claimed technical solution in the patent and scientific and technical literature showed that the totality of the newly introduced meter for changing the range of the angle of sight of the obstacle, the block for calculating the correction of the control signal, the adder and their connections in combination with the other elements and connections of the prototype device cannot be independently classified. At the same time, it does not follow explicitly from the prior art. Therefore, the proposed device should be considered as satisfying the criterion of "novelty" and having an inventive step.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведены:The invention is illustrated in the drawing, which shows:
- на фиг.1 - структурная схема предлагаемого устройства в совокупности с входящими в состав объекта управления исполнительным устройством и механической системой;- figure 1 is a structural diagram of the proposed device in conjunction with those included in the control object of the actuator and the mechanical system;
- на фиг.2 - структурная схема первого вычислителя матричного коэффициента;- figure 2 is a structural diagram of a first calculator matrix coefficient;
- на фиг.3 - структурная схема второго вычислителя матричного коэффициента;- figure 3 is a structural diagram of a second calculator matrix coefficient;
- на фиг.4 - структурная схема третьего вычислителя матричного коэффициента;- figure 4 is a structural diagram of a third calculator matrix coefficient;
- на фиг.5 - структурная схема вычислителя сигнала управления.- figure 5 is a structural diagram of a computer signal control.
Устройство управления подвижным объектом содержит планировщик 1 траектории, первый 2, второй 3 и третий 4 вычислители матричных коэффициентов, вычислитель 5 сигнала управления, первый 6 и второй 7 блоки транспонирования матриц, блок 8 датчиков информации, блок 9 сенсорного обеспечения, блок 10 формирования вектора нелинейных элементов, блок 11 формирования матрицы коэффициентов управления, блок 12 формирования матрицы - производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат, блок 13 формирования матрицы - производной вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат, блок 14 формирования вектора внешних скоростей, пороговое устройство 15, измеритель 16 диапазона изменения угла визирования препятствия и расстояния до него, блок 17 расчета поправки сигнала управления, сумматор 18, исполнительное устройство 19 и механическую систему 20.The moving object control device comprises a
Первый, второй, третий и четвертый выходы планировщика 1 соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами вычислителя 4. Пятый выход планировщика 1 соединен с третьими входами вычислителей 2 и 3. Первый и второй входы вычислителя 3 соединены соответственно со вторым и третьим выходами планировщика 1, первый вход которого соединен с выходом блока 8 и первыми входами блоков 10, 11, 12, 13 и 14, а второй - с первым выходом блока 9, входом блока 6, вторыми входами блоков 12, 13 и 14 и пятым входом вычислителя 4. Выход блока 6 соединен с шестым входом вычислителя 4 и пятым входом вычислителя 3. Вход блока 7 соединен со вторым выходом блока 9, а выход - с шестым входом вычислителя 3 и вторым входом вычислителя 2, первый и пятый входы которого соединены соответственно со вторым и третьим выходами вычислителя 3.The first, second, third and fourth outputs of the
Вход порогового устройства 15 соединен с третьим выходом измерителя 16.The input of the
Первый и второй выходы измерителя 16 соединены соответственно с первым и вторым сигнальными входами блока 17, третий сигнальный вход которого соединен с первым выходом блока 9, а управляющий вход - с выходом порогового устройства 15.The first and second outputs of the
Первый вход сумматора 18 соединен с выходом вычислителя 5 сигнала управления, второй - с выходом блока 17, а выход - со входом входящего в состав управляемого объекта исполнительного устройства 19. Выход которого соединен со входом блока 8 и входом входящей в состав управляемого объекта механической системы 20, которая через внешнюю среду 21 соединена со входом блока 9.The first input of the
Выход вычислителя 2, второй выход вычислителя 3 и выход вычислителя 4 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами вычислителя 5, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой входы которого соединены с выходами блоков 10, 11, 12, 13 и 14 соответственно.The output of the
Вычислитель 2 содержит регистр 22, блок 23 умножения на два, перемножитель 24, сумматор 25, регистр 26 и перемножитель 27. Выход регистра 22 соединен с первым входом перемножителя 24, второй вход которого соединен с выходом блока 23, соединенного своим входом со вторым входом вычислителя 2. Первый вход сумматора 25 соединен с выходом перемножителя 24, второй вход - с пятым входом вычислителя 2, а выход - со вторым входом регистра 26, первый вход которого соединен с первым входом вычислителя 2, а выход - с первым входом перемножителя 27. Второй и третий входы перемножителя 27 соединены соответственно с третьим и четвертым входами вычислителя 2, а выход - с его выходом.The
Вычислитель 3 содержит блоки 28 и 29 умножения на два, перемножители 30, 31, 32 и 33, регистр 34 и сумматоры 35, 36 и 37. Первый вход вычислителя 3 соединен с первыми входами перемножителей 30 и 31, вторые входы которых соединены с выходами блоков 28 и 29 соответственно, соединенных своими входами с шестым и пятым входами вычислителя 3 соответственно. Первый вход регистра 34 соединен с выходом перемножителя 30, второй заземлен, а выход соединен с третьим входом перемножителя 32, первый вход которого соединен с первым входом сумматора 36 и четвертым входом вычислителя 3, а выход - со вторым входом сумматора 37.
Первый вход сумматора 35 соединен, со вторым входом и третьим выходом вычислителя 3, второй - с выходом перемножителя 31, а выход - со вторым выходом вычислителя 3 и первым входом перемножителя 33, второй вход которого соединен с выходом сумматора 36. Первый вход сумматора 37 соединен с выходом перемножителя 33, а выход - с первым выходом вычислителя 3.The first input of the
Вычислитель 4 содержит перемножители 38, 39, 40 и 41, сумматор 42, инвертор 43, регистр 44 и блок 45 транспонирования матриц. Первый, второй и третий входы перемножителя 38 соединены соответственно со вторым, пятым и шестым входами вычислителя 4, а выход - с первым входом сумматора 42. Первый вход перемножителя 39 соединен с пятым входом вычислителя 4, второй - с третьим входом вычислителя 4, а выход - со вторым входом сумматора 42. Входы перемножителя 40 соединены с первым входом вычислителя 4, а выход - со входом инвертора 43. Выход инвертора 43 соединен со вторым входом регистра 44, первый вход которого заземлен, а выход соединен со входом блока 45 транспонирования матриц. Первый и второй входы перемножителя 41 соединены соответственно с выходом блока 45 и седьмым входом вычислителя 4, а выход - с четвертым входом сумматора 42, третий вход которого соединен с четвертым входом вычислителя 4, а выход является выходом вычислителя 4.The
Вычислитель 5 содержит перемножители 46, 47, 48, 49 и 50, сумматоры 51 и 52 и блок 53 обращения матриц. Первый вход вычислителя соединен с первыми входами перемножителей 46, 47 и 48. Второй вход перемножителя 46 соединен со вторым входом перемножителя 47 и шестым входом вычислителя 5, третий вход - с пятым входом вычислителя 5, а выход - со входом блока 53. Третий вход перемножителя 47 соединен с четвертым входом вычислителя 5, а выход - с первым инверсным входом сумматора 52. Второй вход перемножителя 48 соединен с седьмым входом вычислителя 5, а выход - с первым входом сумматора 51, второй вход которого соединен со вторым входом вычислителя 5, а выход - с первым входом перемножителя 50. Второй вход перемножителя 50 соединен с восьмым входом вычислителя 5, а выход - со вторым инверсным входом сумматора 52, третий инверсный вход которого соединен с третьим входом вычислителя 5. Первый вход перемножителя 49 соединен с выходом блока 53, второй - с выходом сумматора 52, а выход является выходом вычислителя 5.The
Функционирование предлагаемого устройства управления заключается в следующем.The operation of the proposed control device is as follows.
Сформированный вычислителем. 5 сигнал управления С/через сумматор 18 поступает на управляющий вход устройства 19.Formed by a computer. 5, the control signal C / through the
Сначала рассмотрим случай. Когда на второй вход сумматора 18 с выхода блока 17 поступает нулевой сигнал поправки.First, consider the case. When the second input of the
Порядок формирования управляющего сигнала U также будет изложен ниже.The procedure for generating the control signal U will also be described below.
Устройство 19 и подключенные к его выходу механическая система 20 и блок 8 датчиков отрабатывают этот сигнал. Блок 8 осуществляет измерение внутренних координат управляемого объекта (углов поворота руля, ведущих колес и т.д.). На его выходах формируется вектор Z внутренних координат размерностью "n", который поступает на первый вход планировщика 1 траекторий и входы блоков 10, 11, 12, 13 и 14. С выхода механической системы 20 через внешнюю среду 21 результаты отработки поступают на вход блока 9 сенсорного обеспечения. Этот блок осуществляет измерение внешних координат управляемого объекта - координат его центра тяжести и ориентации корпуса. На первом выходе блока 9 формируется вектор Y внешних координат управляемого объекта размерностью "m". Размерность m удовлетворяет условию
Планировщик 1, представляющий собой управляющую вычислительную машину, под действием управляющих сигналов Z и Y формирует на своих выходах следующие управляющие сигналы:
- траекторную (контурную) скорость VK объекта управления;- trajectory (contour) speed V K of the control object;
- матрицы N1j, N2j и N3j квадратичных форм от внешних координат, где
- диагональные матрицы C и A постоянных коэффициентов размерностью n×n. - diagonal matrices C and A of constant coefficients of dimension n × n.
Сигнал VK формируется на первом выходе планировщика 1 и поступает оттуда на первый вход вычислителя 4. Сигнал N1j формируется на втором выходе планировщика 1 и поступает оттуда на первый вход вычислителя 3 и на второй вход вычислителя 4. Сигнал N2j формируется на третьем выходе планировщика 1 и поступает оттуда на второй вход вычислителя 3 и третий вход вычислителя 4. Сигнал N3j формируется на четвертом выходе планировщика 1 и поступает оттуда на четвертый вход вычислителя 4. Матрица C формируется на пятом выходе планировщика 1 и поступает оттуда на третьи входы вычислителей 2 и 3. Матрица A формируется на шестом выходе планировщика 1 и поступает оттуда на четвертые входы вычислителей 2 и 3 и седьмой вход вычислителя 4.The signal V K is generated at the first output of the
В блоке 10 формируется вектор F нелинейного преобразования внутренних координат Z. Этот вектор - нелинейная функция - своя для каждого конкретного объекта управления. С выхода блока 10 вектор F поступает на четвертый вход вычислителя 5.In
Аналогично в блоке 11 формируется матрица B нелинейного преобразования внутренних координат Z. Она представляет собой матрицу коэффициентов управления и так же, как и вектор F, является специфичной для каждого конкретного объекта управления. С выхода блока 11 матрица B поступает на пятый вход вычислителя 5.Similarly, in
В блоке 12 формируется матрица R - производная вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внутренних координат. Она формируется как нелинейная функция не только внутренних Z, а и внешних Y координат и также является специфичной для каждого конкретного объекта управления. С выхода блока 12 матрица R поступает на шестой вход вычислителя 5.In
В блоке 13 аналогично формируется матрица L - производная вектор-столбца внешних скоростей по вектор-строке внешних координат. Она так же, как и матрица R, формируется как нелинейная функция координат Z и Y и является специфичной для каждого конкретного объекта управления. С выхода блока 13 матрица L поступает на седьмой вход вычислителя 5.In
В блоке 14 формируется вектор M внешних скоростей, также являющийся нелинейной функцией координат Z и У, специфичной для каждого объекта управления. С выхода блока 14 вектор M поступает на восьмой вход вычислителя 5. Кроме того, на выходе блока 15 формируется сигнал φ3, соответствующий углу - наклона вектору скорости объекта управления.In
Блок 6 осуществляет транспонирование поступившего на его вход вектора Y внешних координат. Результат YT транспонирования с выхода блока 6 поступает на пятый вход вычислителя 3. Часть элементов этого вектора Y*, представляющая собой координаты центра тяжести управляемого объекта, поступает кроме того на шестой вход вычислителя 4.
Аналогично блок 7 осуществляет транспонирование поступившего на его вход вектора
Пороговое устройство 15 определяет выполнение условия:The
где
Рассмотрим сначала работу устройства управления в случае, если
В вычислителе 3 рассчитывается вспомогательная матрица Dj и формируется второй матричный коэффициент K2.In the
Матрица Dj рассчитывается по формуле:The matrix D j is calculated by the formula:
Расчет матрицы Dj осуществляется с помощью блока 29 умножения на два, перемножителя 31 и сумматора 35.The calculation of the matrix D j is carried out using the
Матрица
В блоке 29 поступивший на его вход вектор YT удваивается, и результат
Второй матричный коэффициент K2 формируется с помощью блока 28 умножения на два, перемножителей 30, 32 и 33, регистра 34 и сумматоров 36 и 37.The second matrix coefficient K 2 is formed using the
Вектор
В блоке 28 поступивший на его вход вектор
В сумматоре 36 поступившие на его входы матрицы A и C суммируются, и результат
В перемножителе 32 поступившие на его вход матрицы перемножаются, и результат
В сумматоре 37 поступившие на его входы матрицы суммируются, и на его выходе формируется результат суммирования - матричный коэффициент K2 в соответствии с уравнением:In the
Этот результат поступает на первый выход вычислителя.This result goes to the first output of the calculator.
Таким образом, в вычислителе 3 формируются:Thus, in the
- на первом выходе второй матричный коэффициент К2 в соответствии с уравнением (3);- at the first output, the second matrix coefficient K 2 in accordance with equation (3);
- на втором выходе вспомогательная матрица Di в соответствии с уравнением (2);- at the second output, the auxiliary matrix D i in accordance with equation (2);
- на третьем выходе матрица N2n квадратичной формы от внешних координат.- at the third output, a matrix N 2n of a quadratic form from external coordinates.
Матричный коэффициент K2 поступает с первого выхода вычислителя 3 на второй вход вычислителя 5, матрица Di поступает со второго выхода вычислителя 3 на первый вход вычислителя 2, а матрица
В вычислителе 2 формируется первый матричный коэффициент K1.In the
Вектор
С выхода вычислителя 2 матричный коэффициент K1 поступает на первый вход вычислителя 5.From the output of the
В вычислителе 4 формируется третий матричный коэффициент K3.In the
На первый вход перемножителя 38 поступает матрица
С выхода вычислителя 4 матричный коэффициент K3 поступает на третий вход вычислителя 5.From the output of the
В вычислителе 5 формируется вектор управления U.In the
На первые входы перемножителей 46, 47 и 48 с первого входа вычислителя поступает первый матричный коэффициент K1, на вторые входы перемножителей 46 и 47 поступает матрица R с шестого входа вычислителя, на второй вход перемножителя 48 - матрица L с седьмого входа вычислителя, а на третьи входы перемножителей 46 и 47 - матрица B и вектор F с пятого и четвертого входов вычислителя соответственно. На выходе перемножителя 46 формируется матрица
С выхода вычислителя управление (сигнал управления) U поступает на управляющий вход исполнительного устройства 19.From the output of the computer control (control signal) U is supplied to the control input of the
Таким образом, при выполнении условия
- измерение внутренних координат Z управляемого объекта;- measurement of the internal coordinates Z of the managed object;
- измерение его внешние координат Y и их производных
- формирование матриц
- формирование вектора M внешних скоростей, вектора F и матрицы B нелинейного преобразования внутренних координат, матриц - производных R и L вектор-столбца внешних скоростей;- the formation of a vector M of external velocities, a vector F and a matrix B of non-linear transformation of internal coordinates, matrices - derivatives of R and L of a column vector of external velocities;
- формирование матричных коэффициентов K1, K2 и K3 в соответствии с уравнениями (3), (4) и (5) соответственно;- the formation of matrix coefficients K 1 , K 2 and K 3 in accordance with equations (3), (4) and (5), respectively;
- формирование вектора управления U в соответствии с уравнением (6). Описанный алгоритм полностью соответствует алгоритму управления, приведенному в работе [В.Х. Пшихопов "Аналитический синтез синергетических регуляторов для позиционно-траекторных систем управления мобильными роботами". Материалы XI научно-технической конференции "Экстремальная робототехника". Под научной редакцией проф. Е.И. Юревича. СПб., издательство СПбГТУ, 2000]. Он соответствует движению мобильного (подвижного) объекта вдоль заданной траектории.- the formation of the control vector U in accordance with equation (6). The described algorithm is fully consistent with the control algorithm described in [V.Kh. Pshikhopov "Analytical synthesis of synergetic regulators for position-trajectory control systems for mobile robots." Materials of the XI scientific and technical conference "Extreme Robotics". Under the scientific editorship of prof. E.I. Yurevich. SPb., Publishing house SPbSTU, 2000]. It corresponds to the movement of a mobile (moving) object along a given trajectory.
В случае, если на маршруте следования управляемого объекта вблизи этого объекта появляется одно или несколько препятствий, то начинает выполняться условие (1), пороговое устройство 15 формирует на своем выходе и на управляющем входе блока 17 сигнал, под действием которого блок 17 формирует сигнал
Сигнал
где
В результате «отработки» сигнала поправки начинает выполняться условие
Таким образом, предлагаемое устройство управления позволяет в отличие от прототипа полностью исключить столкновение с незапланированным препятствием и существенно уменьшить отклонения фактической траектории объекта управления от заданной, а следовательно, и сокращение затрат времени на ее реализацию.Thus, the proposed control device allows, in contrast to the prototype, to completely eliminate the collision with an unplanned obstacle and significantly reduce the deviation of the actual trajectory of the control object from the given one, and consequently, the reduction of time spent on its implementation.
Предлагаемое устройство достаточно легко реализуемо.The proposed device is quite easy to implement.
В качестве измерителя диапазона углов визирования ближайшего препятствия в горизонтальной и вертикальной плоскостях и расстояния r до него может служить координатор активной радиолокационной доплеровской головки самонаведения, защищенной патентом РФ №2313054, кл. F41G 7/22, 2006 г., реализующий высокое разрешение целей и точность определения их дальности и угловых координат.The coordinator of the active radar Doppler homing head, protected by RF patent No. 2313054, cl., Can serve as a measure of the range of angles of sight of the nearest obstacle in the horizontal and vertical planes and the distance r to it.
В качестве остальных элементов для реализации предлагаемого устройства могут служить те же элементы, что и соответствующие элементы устройства-прототипа.As the remaining elements for the implementation of the proposed device can serve the same elements as the corresponding elements of the prototype device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013127341/08A RU2531864C1 (en) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | Moving object control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013127341/08A RU2531864C1 (en) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | Moving object control device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2531864C1 true RU2531864C1 (en) | 2014-10-27 |
Family
ID=53382129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013127341/08A RU2531864C1 (en) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | Moving object control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2531864C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2722379C2 (en) * | 2016-05-17 | 2020-05-29 | Комау С.п.А. | Sensor coating for industrial device |
RU2727381C2 (en) * | 2016-05-17 | 2020-07-21 | Комау С.п.А. | Automated device with a movable structure, in particular a robot |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3207698A1 (en) * | 1982-03-04 | 1983-09-08 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Industrial robot with a device for increasing working accuracy |
US5530791A (en) * | 1991-11-08 | 1996-06-25 | Fujitsu Limited | Automatic manipulator-head trajectory producing system |
RU88169U1 (en) * | 2009-05-22 | 2009-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ) | MOBILE OBJECT MANAGEMENT DEVICE |
RU2393522C1 (en) * | 2009-04-14 | 2010-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ) | Device of movable object control |
RU2450308C2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-05-10 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Method of controlling movable object and apparatus for realising said method |
-
2013
- 2013-06-14 RU RU2013127341/08A patent/RU2531864C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3207698A1 (en) * | 1982-03-04 | 1983-09-08 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Industrial robot with a device for increasing working accuracy |
US5530791A (en) * | 1991-11-08 | 1996-06-25 | Fujitsu Limited | Automatic manipulator-head trajectory producing system |
RU2393522C1 (en) * | 2009-04-14 | 2010-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ) | Device of movable object control |
RU88169U1 (en) * | 2009-05-22 | 2009-10-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ЮФУ) | MOBILE OBJECT MANAGEMENT DEVICE |
RU2450308C2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-05-10 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Method of controlling movable object and apparatus for realising said method |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2722379C2 (en) * | 2016-05-17 | 2020-05-29 | Комау С.п.А. | Sensor coating for industrial device |
RU2727381C2 (en) * | 2016-05-17 | 2020-07-21 | Комау С.п.А. | Automated device with a movable structure, in particular a robot |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dierks et al. | Control of nonholonomic mobile robot formations: Backstepping kinematics into dynamics | |
Yang et al. | Comparison of unscented and extended Kalman filters with application in vehicle navigation | |
Park et al. | Magnetic compass fault detection method for GPS/INS/magnetic compass integrated navigation systems | |
Naab et al. | Application of the unscented Kalman filter in position estimation a case study on a robot for precise positioning | |
RU2531864C1 (en) | Moving object control device | |
Zha et al. | Error analysis for SINS with different IMU rotation scheme | |
RU2450308C2 (en) | Method of controlling movable object and apparatus for realising said method | |
Misono et al. | Development of laser rangefinder-based SLAM algorithm for mobile robot navigation | |
Sunkara et al. | Collision avoidance laws for objects with arbitrary shapes | |
Pesterev et al. | Stabilization problem for a wheeled robot following a curvilinear path on uneven terrain | |
Malinowski et al. | Wheel slip prediction for improved rover localization | |
Ko et al. | Attitude estimation and DVL based navigation using low-cost MEMS AHRS for UUVs | |
RU137812U1 (en) | DEVICE CONTROL DEVICE | |
RU2393522C1 (en) | Device of movable object control | |
Dumitrascu et al. | Laser-based obstacle avoidance algorithm for four driving/steering wheels autonomous vehicle | |
RU2538315C1 (en) | Moving object control method | |
Brekke et al. | Suboptimal Kalman filters for target tracking with navigation uncertainty in one dimension | |
La Scala et al. | Differential geometry measures of nonlinearity for filtering with nonlinear dynamic and linear measurement models | |
Judd | Tracking an object with unknown accelerations using a shadowing filter | |
RU88169U1 (en) | MOBILE OBJECT MANAGEMENT DEVICE | |
Han et al. | A novel tracking control method based on LADRC for autonomous mobile robot | |
Radovnikovich et al. | Comparison of optimal path planning algorithms for an autonomous mobile robot | |
Crouse | One can do better than the unscented Kalman filter for multistatic tracking | |
Kuncara et al. | Enhancing accuracy in field mobile robot state estimation with GNSS and encoders | |
Galyaev et al. | On a motion control problem for an object in a conflict environment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180615 |