RU2531864C1 - Moving object control device - Google Patents

Moving object control device Download PDF

Info

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
Application number
RU2013127341/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Хасанович Пшихопов
Михаил Юрьевич Медведев
Игорь Георгиевич Дорух
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет)
Priority to RU2013127341/08A priority Critical patent/RU2531864C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2531864C1 publication Critical patent/RU2531864C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, control.
SUBSTANCE: invention relates to control systems and can be used at development of the systems of control of moving objects providing their travel along the preset trajectory at a preset speed in uncertain mediums. The moving object control unit contains the trajectory scheduler, three evaluators of matrix coefficients, control signal evaluator, two matrix transposition units, information sensor unit, sensor support unit, unit for creation of vector of nonlinear elements, unit for creation of matrix of control coefficients, unit for creation of the matrix - derivative of the column vector of external velocities by the row-vector of internal coordinates, unit for creation of the matrix - derivative of the column vector of external velocities by the row-vector of world coordinates, unit of creation of the vector of external velocities, threshold device, device for measuring of the range of variation of angle of sight of an obstacle and distance to it, unit for calculation of the allowance of the control signal, summator, actuating device and mechanical system.
EFFECT: decrease of deviation of actual trajectory of the controlled object from preset one, and decrease of time for execution of preset trajectory.
5 dwg

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 r r д о п ,

Figure 00000001
где r д о п
Figure 00000002
- минимально допустимая дистанция сближения объекта управления с препятствием, изменяется знак одного из элементов матриц на противоположный.In the prototype device, the distance g between the controlled object and the nearest obstacle in the way of its movement is constantly measured and when the condition r r d about P ,
Figure 00000001
Where r d about P
Figure 00000002
- the minimum allowable distance of approach of the control object with an obstacle, the sign of one of the elements of the matrices changes to the opposite.

При этом объект управления переходит в режим неустойчивого по расстоянию до препятствия движения до выполнения условия r > r д о п ,

Figure 00000003
то есть до выхода в зону, свободную от препятствий. После выхода в эту зону планировщик траекторий системы управления рассчитывает новую траекторию. В результате устройство формирует новый сигнал управления, обеспечивающий разворот (доворот) объекта управления до направления на целевую точку и движение его по вновь спланированной траектории.In this case, the control object enters the mode of motion unstable in distance to the obstacle until the condition r > r d about P ,
Figure 00000003
that is, before entering an area free of obstacles. After entering this zone, the trajectory planner of the control system calculates a new trajectory. As a result, the device generates a new control signal, providing a turn (turnaround) of the control object to the direction to the target point and its movement along the newly planned path.

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 r д о п ,

Figure 00000004
а затем совершается новая попытка обойти препятствие стороной с определенным радиусом разворота. Эти обстоятельства вызывают существенные отклонения траектории объекта управления от заданной траектории и значительные затраты времени на реализацию объектом управления заданной траектории.The reason that impedes the achievement in the prototype device of a technical result provided by the claimed device is the error in the implementation of a given trajectory of the control object in the event of an unexpected obstacle along its route. The fact is that in this case, in the prototype device, the obstacle, in principle, is overcome, but at the same time the control object, in fact, collides with the obstacle, then it again returns to a distance exceeding the value r d about P ,
Figure 00000004
and then a new attempt is made to bypass the obstacle with a certain turning radius. These circumstances cause significant deviations of the trajectory of the control object from the given trajectory and a significant investment of time on the implementation by the control object of the given trajectory.

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 trajectory scheduler 1, a first 2, a second 3 and a third 4 matrix coefficient calculators, a control signal calculator 5, a first 6 and a second 7 matrix transpose blocks, an information sensor unit 8, a sensor support unit 9, a nonlinear vector generating unit 10 elements, a block 11 forming a matrix of control coefficients, a block 12 forming a matrix - a derivative of a column vector of external speeds with respect to a vector row of internal coordinates, a block 13 forming a matrix - column vector of external velocities according to the vector line of external coordinates, block 14 for generating the vector of external velocities, threshold device 15, meter 16 for the range of variation of the angle of sight of the obstacle and the distance to it, block 17 for calculating the correction of the control signal, adder 18, actuator 19, and mechanical system 20.

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 scheduler 1 are connected respectively to the first, second, third and fourth inputs of the calculator 4. The fifth output of the scheduler 1 is connected to the third inputs of the calculators 2 and 3. The first and second inputs of the calculator 3 are connected respectively to the second and third outputs scheduler 1, the first input of which is connected to the output of block 8 and the first inputs of blocks 10, 11, 12, 13 and 14, and the second to the first output of block 9, the input of block 6, the second inputs of blocks 12, 13 and 14 and the fifth input of the calculator 4. The output of block 6 is connected to the sixth stroke calculator 4 and the fifth calculating 3. Sign input unit 7 is connected to the second output unit 9, and an output - a sixth input of the calculator 3 and the second input of the calculator 2, the first and fifth inputs of which are connected respectively to the second and third outputs of the calculator 3.

Вход порогового устройства 15 соединен с третьим выходом измерителя 16.The input of the threshold device 15 is connected to the third output of the meter 16.

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 meter 16 are connected respectively to the first and second signal inputs of block 17, the third signal input of which is connected to the first output of block 9, and the control input is connected to the output of the threshold device 15.

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 adder 18 is connected to the output of the calculator 5 of the control signal, the second is connected to the output of the block 17, and the output is connected to the input of the actuating device included in the controlled object 19. The output of which is connected to the input of block 8 and the input of the mechanical system 20 that is part of the controlled object , which through the external environment 21 is connected to the input of block 9.

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 calculator 2, the second output of the calculator 3 and the output of the calculator 4 are connected respectively to the first, second and third inputs of the calculator 5, the fourth, fifth, sixth, seventh and eighth inputs of which are connected to the outputs of blocks 10, 11, 12, 13 and 14, respectively.

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 calculator 2 contains a register 22, a two-multiplier block 23, a multiplier 24, an adder 25, a register 26 and a multiplier 27. The output of the register 22 is connected to the first input of the multiplier 24, the second input of which is connected to the output of the block 23 connected to its input with the second input of the calculator 2. The first input of the adder 25 is connected to the output of the multiplier 24, the second input to the fifth input of the calculator 2, and the output to the second input of the register 26, the first input of which is connected to the first input of the calculator 2, and the output to the first input of the multiplier 27. The second and the third inputs lane the multiplier 27 is connected respectively with the third and fourth inputs of the calculator 2, and the output is with its output.

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.Calculator 3 contains blocks 28 and 29 of multiplication by two, multipliers 30, 31, 32 and 33, register 34 and adders 35, 36 and 37. The first input of calculator 3 is connected to the first inputs of multipliers 30 and 31, the second inputs of which are connected to the outputs of the blocks 28 and 29, respectively, connected by their inputs to the sixth and fifth inputs of the calculator 3, respectively. The first input of the register 34 is connected to the output of the multiplier 30, the second is grounded, and the output is connected to the third input of the multiplier 32, the first input of which is connected to the first input of the adder 36 and the fourth input of the calculator 3, and the output to the second input of the adder 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 adder 35 is connected to the second input and the third output of the calculator 3, the second to the output of the multiplier 31, and the output to the second output of the calculator 3 and the first input of the multiplier 33, the second input of which is connected to the output of the adder 36. The first input of the adder 37 is connected with the output of the multiplier 33, and the output with the first output of the transmitter 3.

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 calculator 4 contains multipliers 38, 39, 40 and 41, an adder 42, an inverter 43, a register 44, and a matrix transpose unit 45. The first, second and third inputs of the multiplier 38 are connected respectively to the second, fifth and sixth inputs of the calculator 4, and the output to the first input of the adder 42. The first input of the multiplier 39 is connected to the fifth input of the calculator 4, the second to the third input of the calculator 4, and the output - with the second input of the adder 42. The inputs of the multiplier 40 are connected to the first input of the calculator 4, and the output is connected to the input of the inverter 43. The output of the inverter 43 is connected to the second input of the register 44, the first input of which is grounded, and the output is connected to the input of the matrix transpose unit 45. The first and second inputs of the multiplier 41 are connected respectively to the output of block 45 and the seventh input of the calculator 4, and the output is connected to the fourth input of the adder 42, the third input of which is connected to the fourth input of the calculator 4, and the output is the output of the calculator 4.

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 calculator 5 contains multipliers 46, 47, 48, 49 and 50, adders 51 and 52, and a matrix inversion unit 53. The first input of the calculator is connected to the first inputs of the multipliers 46, 47 and 48. The second input of the multiplier 46 is connected to the second input of the multiplier 47 and the sixth input of the calculator 5, the third input is connected to the fifth input of the calculator 5, and the output is connected to the input of block 53. The third input of the multiplier 47 is connected to the fourth input of the calculator 5, and the output is connected to the first inverse input of the adder 52. The second input of the multiplier 48 is connected to the seventh input of the calculator 5, and the output is connected to the first input of the adder 51, the second input of which is connected to the second input of the calculator 5, and the output - from the first the input of the multiplier 50. The second input of the multiplier 50 is connected to the eighth input of the calculator 5, and the output is connected to the second inverse input of the adder 52, the third inverse input of which is connected to the third input of the calculator 5. The first input of the multiplier 49 is connected to the output of block 53, the second to the output of the adder 52, and the output is the output of the transmitter 5.

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 adder 18 is fed to the control input of the device 19.

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 adder 18 from the output of block 17 receives a zero correction signal.

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 n m 6

Figure 00000005
. На втором выходе блока 9 формируется вектор Y ˙ *
Figure 00000006
производной вектора Y, причем только для тех значений Y ˙ *
Figure 00000007
вектора Y, которые являются координатами центра тяжести управляемого объекта. Координаты вектора Y с первого выхода блока 9 поступают на второй вход планировщика 1 и на вход блока 6, а те из значений Y*, которые являются координатами центра тяжести управляемого объекта, поступают кроме того на входы блоков 12, 13, 14 и на пятый вход вычислителя 4.The device 19 and the mechanical system 20 and the sensor unit 8 connected to its output process this signal. Block 8 measures the internal coordinates of the controlled object (steering angle, steering wheels, etc.). At its outputs, a vector Z of internal coordinates of dimension “n” is formed, which is fed to the first input of the trajectory 1 of the trajectories and the inputs of blocks 10, 11, 12, 13 and 14. From the output of the mechanical system 20 through the external environment 21, the results of mining are fed to the input of block 9 sensory support. This unit measures the external coordinates of the controlled object - the coordinates of its center of gravity and the orientation of the body. At the first output of block 9, a vector Y of external coordinates of the managed object of dimension "m" is formed. The dimension m satisfies the condition n m 6
Figure 00000005
. At the second output of block 9, a vector is formed Y ˙ *
Figure 00000006
derivative of the vector Y, and only for those values Y ˙ *
Figure 00000007
vector Y, which are the coordinates of the center of gravity of the controlled object. The coordinates of the vector Y from the first output of block 9 go to the second input of the scheduler 1 and to the input of block 6, and those of the values Y * , which are the coordinates of the center of gravity of the controlled object, also go to the inputs of blocks 12, 13, 14 and the fifth input calculator 4.

Планировщик 1, представляющий собой управляющую вычислительную машину, под действием управляющих сигналов Z и Y формирует на своих выходах следующие управляющие сигналы:Scheduler 1, which is a control computer, under the influence of control signals Z and Y generates the following control signals at its outputs:

- 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 j = 1, n ¯ ;

Figure 00000008
- matrices N 1j , N 2j and N 3j of quadratic forms from external coordinates, where j = one, n ¯ ;
Figure 00000008

- 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 scheduler 1 and comes from there to the first input of the calculator 4. The signal N 1j is generated at the second output of the scheduler 1 and comes from there to the first input of the calculator 3 and to the second input of the calculator 4. The signal N 2j is generated at the third output of the scheduler 1 and fed from there to a second input of the calculator 3 and the third input of the calculator 4. The signal N 3j is formed on the fourth output scheduler 1 and fed from there to a fourth input of the calculator 4. C matrix is formed at the fifth output scheduler 1 and supplied therefrom n third inputs calculators 2 and 3. The matrix A is formed on the sixth output scheduler 1 and supplied therefrom to the fourth calculators inputs 2 and 3 and input 4 seventh calculator.

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 block 10, a vector F of non-linear transformation of internal coordinates Z is formed. This vector, a non-linear function, is unique for each specific control object. From the output of block 10, the vector F enters the fourth input of the calculator 5.

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 block 11, a matrix B of non-linear transformation of internal coordinates Z is formed. It is a matrix of control coefficients and, like the vector F, is specific for each specific control object. From the output of block 11, the matrix B goes to the fifth input of the calculator 5.

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 block 12, the matrix R is formed - the derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of internal coordinates. It is formed as a nonlinear function of not only internal Z, but also external Y coordinates and is also specific for each specific control object. From the output of block 12, the matrix R goes to the sixth input of the calculator 5.

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 block 13, the matrix L is similarly formed - the derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of external coordinates. It, like the matrix R, is formed as a nonlinear function of the Z and Y coordinates and is specific for each specific control object. From the output of block 13, the matrix L goes to the seventh input of the calculator 5.

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 block 14, a vector M of external speeds is formed, which is also a nonlinear function of the coordinates Z and Y, specific for each control object. From the output of block 14, the vector M goes to the eighth input of the calculator 5. In addition, at the output of block 15, a signal φ 3 corresponding to the angle of inclination of the speed vector of the control object is generated.

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.Block 6 transposes the vector Y of external coordinates received at its input. The transposition result Y T from the output of block 6 goes to the fifth input of the calculator 3. A part of the elements of this vector Y * , which is the coordinates of the center of gravity of the controlled object, also goes to the sixth input of the calculator 4.

Аналогично блок 7 осуществляет транспонирование поступившего на его вход вектора Y ˙ *

Figure 00000009
- производной вектора внешних координат, являющихся координатами Центра тяжести управляемого объекта. Результат Y ˙ * T
Figure 00000010
транспонирования с выхода блока 7 поступает на второй вход вычислителя 2 и шестой вход вычислителя 3.Similarly, block 7 transposes the vector received at its input Y ˙ *
Figure 00000009
- the derivative of the vector of external coordinates, which are the coordinates of the Center of gravity of the controlled object. Result Y ˙ * T
Figure 00000010
transposition from the output of block 7 goes to the second input of the calculator 2 and the sixth input of the calculator 3.

Пороговое устройство 15 определяет выполнение условия:The threshold device 15 determines the fulfillment of the condition:

r r д о п ,              ( 1 )

Figure 00000011
r r d about P , ( one )
Figure 00000011

где r д о п

Figure 00000012
- минимально допустимая дистанция сближения управляемого объекта с препятствиями.Where r d about P
Figure 00000012
- the minimum allowable distance of approach of a controlled object with obstacles.

Рассмотрим сначала работу устройства управления в случае, если r > r д о п .

Figure 00000013
Let us first consider the operation of the control device if r > r d about P .
Figure 00000013

В вычислителе 3 рассчитывается вспомогательная матрица Dj и формируется второй матричный коэффициент K2.In the calculator 3, an auxiliary matrix D j is calculated and a second matrix coefficient K 2 is formed .

Матрица Dj рассчитывается по формуле:The matrix D j is calculated by the formula:

D j = 2 Y T N 1 j + N 2 j .         ( 2 )

Figure 00000014
D j = 2 Y T N one j + N 2 j . ( 2 )
Figure 00000014

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 block 29 multiplication by two, the multiplier 31 and the adder 35.

Матрица N 1 j

Figure 00000015
с первого входа вычислителя поступает на первые входы перемножителей 30 и 31, а матрица N 2 j
Figure 00000016
со второго входа вычислителя поступает на первый вход сумматора 35, кроме того, ее составляющая N 2 n
Figure 00000017
поступает на третий выход вычислителя. Вектор YT с пятого входа вычислителя поступает на вход блока 29.Matrix N one j
Figure 00000015
from the first input of the calculator goes to the first inputs of the multipliers 30 and 31, and the matrix N 2 j
Figure 00000016
from the second input of the calculator goes to the first input of the adder 35, in addition, its component N 2 n
Figure 00000017
goes to the third output of the calculator. Vector Y T from the fifth input of the calculator is fed to the input of block 29.

В блоке 29 поступивший на его вход вектор YT удваивается, и результат 2 Y T

Figure 00000018
удвоения поступает на второй вход перемножителя 31. На выходе последнего формируется произведение 2 Y T N 1 i ,
Figure 00000019
где i = j 1,
Figure 00000020
которое поступает на второй вход сумматора 35, где оно суммируется с матрицей N 2 j ,
Figure 00000021
поступившей на его первый вход. В результате на выходе сумматора 35 формируется матрица Dj в соответствии с уравнением (2). С выхода сумматора 35 матрица Dj поступает на первый вход перемножителя 33 и на второй выход вычислителя, откуда затем поступает на первый вход вычислителя 2.In block 29, the vector Y T arriving at its input is doubled, and the result 2 Y T
Figure 00000018
doubling goes to the second input of the multiplier 31. At the output of the last product is formed 2 Y T N one i ,
Figure 00000019
Where i = j - one,
Figure 00000020
which goes to the second input of the adder 35, where it is summed with the matrix N 2 j ,
Figure 00000021
received at his first entrance. As a result, at the output of the adder 35, a matrix D j is formed in accordance with equation (2). From the output of the adder 35, the matrix D j goes to the first input of the multiplier 33 and to the second output of the calculator, from where it then goes to the first input of the calculator 2.

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 block 28 multiplication by two, multipliers 30, 32 and 33, register 34 and adders 36 and 37.

Вектор Y ˙ * T

Figure 00000022
с шестого входа вычислителя поступает на вход блока 28. Матрица C с третьего входа вычислителя поступает на вторые входы перемножителя 32 и сумматора 36, а матрица A - с четвертого входа вычислителя поступает на первые входы перемножителя 32 и сумматора 36.Vector Y ˙ * T
Figure 00000022
from the sixth input of the calculator enters the input of block 28. Matrix C from the third input of the calculator enters the second inputs of the multiplier 32 and adder 36, and the matrix A from the fourth input of the calculator enters the first inputs of the multiplier 32 and adder 36.

В блоке 28 поступивший на его вход вектор Y ˙ * T

Figure 00000023
удваивается, и результат 2 Y ˙ * T
Figure 00000024
удвоения поступает на второй вход перемножителя 30. На выходе перемножителя 30 формируется произведение 2 Y ˙ * T N 1 i ,
Figure 00000025
которое поступает на первый вход регистра 34. Поскольку второй вход регистра 34 заземлен, на его выходе формируется матрица [ 2 Y ˙ * T N 1 i        0 1 ] ,
Figure 00000026
которая поступает на третий вход перемножителя 32.In block 28, the vector received at its input Y ˙ * T
Figure 00000023
doubles and the result 2 Y ˙ * T
Figure 00000024
doubling enters the second input of the multiplier 30. At the output of the multiplier 30, the product is formed 2 Y ˙ * T N one i ,
Figure 00000025
which goes to the first input of the register 34. Since the second input of the register 34 is grounded, a matrix is formed at its output [ 2 Y ˙ * T N one i 0 one ] ,
Figure 00000026
which goes to the third input of the multiplier 32.

В сумматоре 36 поступившие на его входы матрицы A и C суммируются, и результат [ C + A ]

Figure 00000027
суммирования с выхода сумматора 36 поступает на второй вход перемножителя 33, где он умножается на матрицу Dj, поступившую на его первый вход. Результат [ C + A ] [ D j ]
Figure 00000028
умножения, представляющий собой первое слагаемое матричного коэффициента K2, поступает на первый вход сумматора 37.In adder 36, the matrices A and C received at its inputs are summed, and the result [ C + A ]
Figure 00000027
summation from the output of the adder 36 is fed to the second input of the multiplier 33, where it is multiplied by the matrix D j received at its first input. Result [ C + A ] [ D j ]
Figure 00000028
multiplication, which is the first term of the matrix coefficient K 2 , is fed to the first input of the adder 37.

В перемножителе 32 поступившие на его вход матрицы перемножаются, и результат C A [ 2 Y ˙ * T N 1 i        0 1 ]

Figure 00000029
перемножения, представляющий собой второе слагаемое матричного коэффициента K2, поступает на второй вход сумматора 37.In the multiplier 32, the matrices received at its input are multiplied, and the result C A [ 2 Y ˙ * T N one i 0 one ]
Figure 00000029
multiplication, which is the second term of the matrix coefficient K 2 , is fed to the second input of the adder 37.

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 adder 37, the matrices received at its inputs are summed, and the summation result is formed at its output — the matrix coefficient K 2 in accordance with the equation:

K 2 = [ C + A ] [ D j ] + C A [ 2 Y ˙ * T N 1 i        0 1 ] .            ( 3 )

Figure 00000030
K 2 = [ C + A ] [ D j ] + C A [ 2 Y ˙ * T N one i 0 one ] . ( 3 )
Figure 00000030

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 calculator 3 are formed:

- 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 N 2 n

Figure 00000031
- с третьего выхода вычислителя 3 на пятый вход вычислителя 2.The matrix coefficient K 2 comes from the first output of the calculator 3 to the second input of the calculator 5, the matrix D i comes from the second output of the calculator 3 to the first input of the calculator 2, and the matrix N 2 n
Figure 00000031
- from the third output of the calculator 3 to the fifth input of the calculator 2.

В вычислителе 2 формируется первый матричный коэффициент K1.In the calculator 2, the first matrix coefficient K 1 is formed .

Вектор Y ˙ * T

Figure 00000032
со второго входа вычислителя поступает на вход блока 23 умножения на два. В блоке 23 он удваивается, и результат 2 Y ˙ * T
Figure 00000033
удвоения поступает на второй вход перемножителя 24. Регистр 22 представляет собой единичную матрицу E размерностью m×m. Его содержимое поступает на первый вход перемножителя 25. На выходе перемножителя 24 формируется произведение 2 Y ˙ * T E
Figure 00000034
, которое поступает на первый вход сумматора 25, на второй вход которого поступает матрица N 2 n
Figure 00000035
с пятого входа вычислителя. На выходе сумматора 25 формируется сумма матриц на его входах, равная [ 2 Y ˙ * T E + N 2 n ] .
Figure 00000036
С выхода сумматора 25 она поступает на второй вход регистра 26, на первый вход которого поступает матрица Di с первого входа вычислителя. В результате в регистре 26 формируется матрица [            D i N 2 n + 2 Y ˙ * T E ] ,
Figure 00000037
которая с его выхода поступает на первый вход перемножителя 27. На второй и третий входы перемножителя 27 поступают матрицы C и A соответственно с третьего и четвертого входов вычислителя. На выходе перемножителя 27 и выходе вычислителя формируется результат перемножения - матричный коэффициент K1 в соответствии с уравнением:Vector Y ˙ * T
Figure 00000032
 from the second input of the calculator enters the input of the block 23 multiplication by two. In block 23, it doubles, and the result 2 Y ˙ * T
Figure 00000033
 doubling arrives at the second input of the multiplier 24. Register 22 is a unit matrix E of dimension m × m. Its content goes to the first input of the multiplier 25. At the output of the multiplier 24, the product is formed 2 Y ˙ * T E
Figure 00000034
, which is fed to the first input of adder 25, to the second input of which the matrix N 2 n
Figure 00000035
 from the fifth input of the calculator. The output of the adder 25 is formed by the sum of the matrices at its inputs, equal to [ 2 Y ˙ * T E + N 2 n ] .
Figure 00000036
 From the output of the adder 25, it enters the second input of the register 26, the first input of which receives the matrix Di from the first input of the calculator. As a result, a matrix is formed in register 26 [ D i N 2 n + 2 Y ˙ * T E ] ,
Figure 00000037
 which, from its output, goes to the first input of the multiplier 27. Matrices C and A, respectively, from the third and fourth inputs of the calculator, go to the second and third inputs of the multiplier 27. At the output of the multiplier 27 and the output of the calculator, the result of multiplication is formed - the matrix coefficient Kone according to the equation:

K 1 = C A [            D i N 2 n + 2 Y ˙ * T E ] .               (4)

Figure 00000038
K one = C A [ D i N 2 n + 2 Y ˙ * T E ] . (four)
Figure 00000038

С выхода вычислителя 2 матричный коэффициент K1 поступает на первый вход вычислителя 5.From the output of the calculator 2, the matrix coefficient K 1 is supplied to the first input of the calculator 5.

В вычислителе 4 формируется третий матричный коэффициент K3.In the calculator 4, a third matrix coefficient K 3 is formed .

На первый вход перемножителя 38 поступает матрица N 1 j

Figure 00000039
со второго входа вычислителя, на второй - вектор Y с пятого входа вычислителя, а на третий - результат Y * T
Figure 00000040
транспонирования этого вектора с шестого входа вычислителя. На выходе перемножителя 38 формируется матрица Y ˙ * T N 1 j Y *
Figure 00000041
- результат перемножения матриц на его входах. Сформированная матрица с выхода перемножителя 38 поступает на первый вход сумматора 42. На первый вход перемножителя 39 поступает вектор Y ˙ *
Figure 00000042
с пятого входа вычислителя, а на второй - матрица N 2 j
Figure 00000043
его третьего входа. На выходе перемножителя 39 формируется матрица N 2 j Y *
Figure 00000044
- результат перемножения матриц на его входах. Сформированная матрица с выхода перемножителя 39 поступает на второй вход сумматора 42, на третий вход которого поступает матрица N 3 j
Figure 00000045
квадратичных форм с четвертого входа вычислителя. На оба входа перемножителя 40 с первого входа вычислителя поступает заданное значение Vк траекторией скорости. Перемножитель 40 возводит его в квадрат, результат V к 2
Figure 00000046
инвертируется инвертором 43, и результат ( V к 2 )
Figure 00000047
инвертирования поступает на второй вход регистра 44. Поскольку первый вход регистра 44 заземлен, на его выходе формируется матрица вида [ 0 1 V к 2 ] ,
Figure 00000048
которая поступает на вход блока 45 транспонирования матриц. На выходе блока 45 формируется матрица [ 0 1 V к 2 ] T ,
Figure 00000049
которая поступает на первый вход перемножителя 41. На второй вход этого перемножителя поступает матрица A с седьмого входа вычислителя. На выходе перемножителя 41 и на четвертом входе сумматора 42 формируется матрица A [ 0 1 V к 2 ] T ,
Figure 00000050
равная произведению матриц на его входах. На выходе сумматора 39 и выходе вычислителя формируется матрица, равная сумме матриц на его четырех входах. Она представляет собой третий матричный коэффициент K3 и определяется уравнением:At the first input of the multiplier 38 receives the matrix N one j
Figure 00000039
from the second input of the calculator, on the second - the vector Y from the fifth input of the calculator, and on the third - the result Y * T
Figure 00000040
transpose this vector from the sixth input of the calculator. At the output of the multiplier 38, a matrix is formed Y ˙ * T N one j Y *
Figure 00000041
- the result of the multiplication of matrices at its inputs. The formed matrix from the output of the multiplier 38 goes to the first input of the adder 42. At the first input of the multiplier 39 the vector Y ˙ *
Figure 00000042
from the fifth input of the calculator, and at the second - the matrix N 2 j
Figure 00000043
his third entrance. At the output of the multiplier 39, a matrix is formed N 2 j Y *
Figure 00000044
- the result of the multiplication of matrices at its inputs. The formed matrix from the output of the multiplier 39 enters the second input of the adder 42, the third input of which receives the matrix N 3 j
Figure 00000045
quadratic forms with the fourth input of the calculator. Both inputs of the multiplier 40 from the first input of the calculator receives the specified value of V to the velocity path. Multiplier 40 squares it, the result V to 2
Figure 00000046
inverted by inverter 43 and the result ( - V to 2 )
Figure 00000047
inversion is fed to the second input of the register 44. Since the first input of the register 44 is grounded, a matrix of the form is formed at its output [ 0 one - V to 2 ] ,
Figure 00000048
which is fed to the input of the matrix transpose unit 45. At the output of block 45, a matrix is formed [ 0 one - V to 2 ] T ,
Figure 00000049
which goes to the first input of the multiplier 41. The second input of this multiplier receives the matrix A from the seventh input of the calculator. At the output of the multiplier 41 and at the fourth input of the adder 42, a matrix is formed A [ 0 one - V to 2 ] T ,
Figure 00000050
equal to the product of the matrices at its inputs. At the output of the adder 39 and the output of the calculator, a matrix is formed equal to the sum of the matrices at its four inputs. It represents the third matrix coefficient K 3 and is determined by the equation:

K 3 = [ Y * T N 1 j Y * + N 2 j Y * + N 3 j ] + A [ 0 1 V к 2 ] T .        ( 5 )

Figure 00000051
K 3 = [ Y * T N one j Y * + N 2 j Y * + N 3 j ] + A [ 0 one - V to 2 ] T . ( 5 )
Figure 00000051

С выхода вычислителя 4 матричный коэффициент K3 поступает на третий вход вычислителя 5.From the output of the calculator 4, the matrix coefficient K 3 is supplied to the third input of the calculator 5.

В вычислителе 5 формируется вектор управления U.In the calculator 5, a control vector U is formed.

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 K 1 R B

Figure 00000052
- результат перемножения матриц на его входах. С выхода перемножителя 46 результат перемножения поступает на вход блока 53 обращения матриц. На выходе блока 53 формируется обращенная матрица [ K 1 R B ] 1 ,
Figure 00000053
которая поступает на первый вход перемножителя 49. На выходе перемножителя 47 формируется матрица K 1 R F
Figure 00000054
- результат перемножения матриц на его входах, которая поступает на первый инверсный вход сумматора 52. На выходе перемножителя 48 и первом входе сумматора 51 формируется матрица K 1 L
Figure 00000055
- результат перемножения матриц на его входах. Второй матричный коэффициент K2 со второго входа вычислителя поступает на второй вход сумматора 51, где он суммируется с матрицей K 1 L ,
Figure 00000056
а результат [ K 1 L + K 2 ]
Figure 00000057
суммирования поступает на первый вход перемножителя 50. На второй вход этого перемножителя поступает вектор M внешних скоростей с восьмого входа вычислителя. На выходе перемножителя 50 формируется матрица [ K 1 L + K 2 ] M ]
Figure 00000058
- результат перемножения матриц на его входах, которая поступает на второй инверсный вход сумматора 52. На третий вход этого сумматора с третьего входа вычислителя поступает третий матричный коэффициент K3. На выходе сумматора 52 и на втором входе перемножителя 49 формируется матрица [ K 3 K 1 R F [ K 1 L + K 2 ] M ]
Figure 00000059
- проинвертированная сумма матриц на входах сумматора 52. На выходе перемножителя 49 и выходе вычислителя формируется результат перемножения U - вектор управления в соответствии с уравнением:The first inputs of the multipliers 46, 47 and 48 from the first input of the calculator receive the first matrix coefficient K 1 , the second inputs of the multipliers 46 and 47 receive the matrix R from the sixth input of the calculator, the second input of the multiplier 48 is the matrix L from the seventh input of the calculator, and the third inputs of the multipliers 46 and 47 are the matrix B and the vector F from the fifth and fourth inputs of the calculator, respectively. At the output of the multiplier 46, a matrix is formed K one R B
Figure 00000052
- the result of the multiplication of matrices at its inputs. From the output of the multiplier 46, the result of the multiplication is fed to the input of the matrix inversion block 53. At the output of block 53, an inverse matrix is formed [ K one R B ] - one ,
Figure 00000053
which is fed to the first input of the multiplier 49. At the output of the multiplier 47, a matrix is formed K one R F
Figure 00000054
- the result of the multiplication of matrices at its inputs, which is fed to the first inverse input of the adder 52. At the output of the multiplier 48 and the first input of the adder 51, a matrix is formed K one L
Figure 00000055
- the result of the multiplication of matrices at its inputs. The second matrix coefficient K 2 from the second input of the calculator is fed to the second input of the adder 51, where it is summed with the matrix K one L ,
Figure 00000056
and the result [ K one L + K 2 ]
Figure 00000057
summation is fed to the first input of the multiplier 50. At the second input of this multiplier, a vector M of external velocities is received from the eighth input of the calculator. At the output of the multiplier 50, a matrix is formed [ K one L + K 2 ] M ]
Figure 00000058
- the result of the multiplication of matrices at its inputs, which is fed to the second inverse input of the adder 52. The third matrix coefficient K 3 is supplied to the third input of this adder from the third input of the calculator. At the output of the adder 52 and at the second input of the multiplier 49, a matrix is formed [ - K 3 - K one R F - [ K one L + K 2 ] M ]
Figure 00000059
- the inverted sum of the matrices at the inputs of the adder 52. At the output of the multiplier 49 and the output of the calculator, the result of the multiplication U is formed - the control vector in accordance with the equation:

U = [ K 1 L + K 2 ] 1 [ K 1 R F + [ K 1 L + K 2 ] M + K 3 ] .        ( 6 )

Figure 00000060
U = - [ K one L + K 2 ] - one [ K one R F + [ K one L + K 2 ] M + K 3 ] . ( 6 )
Figure 00000060

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 actuator 19.

Таким образом, при выполнении условия r > r д о п

Figure 00000061
заявляемое устройство реализует следующий алгоритм формирования управляющего сигнала U:Thus, under the condition r > r d about P
Figure 00000061
The claimed device implements the following algorithm for generating a control signal U:

- измерение внутренних координат Z управляемого объекта;- measurement of the internal coordinates Z of the managed object;

- измерение его внешние координат Y и их производных Y ˙ ;

Figure 00000062
- measurement of its external coordinates Y and their derivatives Y ˙ ;
Figure 00000062

- формирование матриц N 1 j , N 2 j , N 3 j

Figure 00000063
квадратичных форм, первой A и второй C диагональных матриц постоянных коэффициентов и вспомогательной матрицы D в соответствии с уравнением:- matrix formation N one j , N 2 j , N 3 j
Figure 00000063
quadratic forms, the first A and second C diagonal matrices of constant coefficients and an auxiliary matrix D in accordance with the equation:

D j = 2 Y T N 1 j + N 2 j .

Figure 00000064
D j = 2 Y T N one j + N 2 j .
Figure 00000064

- 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 Δ U

Figure 00000065
поправки к сигналу управления. Этот сигнал, суммируясь в сумматоре 18 с сигналом U управления, поступает в качестве управляющего на вход управления устройства 19.In the event that one or more obstacles appear on the route of the managed object near this object, condition (1) starts to be satisfied, the threshold device 15 generates a signal at its output and at the control input of block 17, under which block 17 generates a signal Δ U
Figure 00000065
corrections to the control signal. This signal, summing up in the adder 18 with the control signal U, enters as a control to the control input of the device 19.

Сигнал Δ U

Figure 00000065
поправки формируется с помощью измерителя 16 диапазона изменения угла визирования препятствия и блока 17 формирования сигнала поправки к сигналу управления. Измеритель 16 формирует на своих первом и втором выходах сигналы ϕ 1
Figure 00000066
и ϕ 2
Figure 00000067
, соответствующие максимальному и минимальному углам визирования препятствия с управляемого объекта. Эти сигналы поступают соответственно на первый и второй информационные входы блока 17. На его третий информационный вход с выхода блока 14 поступает сигнал ϕ 3 ,
Figure 00000068
соответствующий углу наклона вектора скорости объекта управления. Сигнал Δ U
Figure 00000069
поправки формируется блоком 17 по команде, поступающей из порогового устройства 15 на управляющий вход, в соответствии с уравнением:Signal Δ U
Figure 00000065
correction is formed using the meter 16 of the range of variation of the angle of sight of the obstacle and the block 17 of the formation of the correction signal to the control signal. The meter 16 generates at its first and second outputs signals ϕ one
Figure 00000066
and ϕ 2
Figure 00000067
corresponding to the maximum and minimum angles of sight of an obstacle from a managed object. These signals are received respectively at the first and second information inputs of block 17. At its third information input from the output of block 14, a signal ϕ 3 ,
Figure 00000068
corresponding to the slope of the velocity vector of the control object. Signal Δ U
Figure 00000069
the correction is generated by block 17 by a command coming from the threshold device 15 to the control input, in accordance with the equation:

Δ U = { 0,   е с л и   ϕ 3 > ϕ 1   и л и   ϕ 3 < ϕ 2 δ ,   е с л и | ϕ 3 ϕ 2 | < | ϕ 1 ϕ 3 | δ ,   е с л и | ϕ 3 ϕ 2 | > | ϕ 1 ϕ 3 | ,

Figure 00000070
Δ U = { 0 e from l and ϕ 3 > ϕ one and l and ϕ 3 < ϕ 2 δ , e from l and | | | ϕ 3 - ϕ 2 | | | < | | | ϕ one - ϕ 3 | | | - δ , e from l and | | | ϕ 3 - ϕ 2 | | | > | | | ϕ one - ϕ 3 | | | ,
Figure 00000070

где δ

Figure 00000071
- сигнал фиксированного уровня положительной полярности, обеспечивающий максимальную скорость «отворота» объекта управления от столкновения с препятствием.Where δ
Figure 00000071
- a signal of a fixed level of positive polarity, providing the maximum speed of the “lapel” of the control object from a collision with an obstacle.

В результате «отработки» сигнала поправки начинает выполняться условие ϕ 3 > ϕ 1

Figure 00000072
или   ϕ 3 < ϕ 2 ,
Figure 00000073
что исключает встречу объекта управления с препятствием и обеспечивает его дальнейшее движение с минимальным отклонением от заданной траектории.As a result of “processing” the correction signal, the condition ϕ 3 > ϕ one
Figure 00000072
or ϕ 3 < ϕ 2 ,
Figure 00000073
which eliminates the meeting of the control object with an obstacle and ensures its further movement with minimal deviation from a given trajectory.

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. F41G 7/22, 2006, realizing high resolution of targets and the accuracy of determining their range and angular coordinates.

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)

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, вычислитель первого матричного коэффициента содержит два регистра, два перемножителя, блок умножения на два и сумматор, первый вход первого регистра соединен с первым входом вычислителя, второй - с выходом сумматора, а выход - с первым входом второго перемножителя, вход блока умножения на два соединен со вторым входом вычислителя, а выход - со вторым входом первого перемножителя, соединенного своим первым входом с выходом второго регистра, а выходом - с первым входом сумматора, второй вход которого является пятым входом вычислителя, второй и третий входы второго перемножителя соединены соответственно с третьим и четвертым входами вычислителя, а выход является выходом вычислителя, вычислитель второго матричного коэффициента содержит два блока умножения на два, регистр, четыре перемножителя и три сумматора, первые входы первого и второго перемножителеи соединены с первым входом вычислителя, а вторые - с выходами соответственно первого и второго блоков умножения на два, соединенных своими входами соответственно с шестым и пятым входами вычислителя, первый вход регистра соединен с выходом первого перемножителя, второй заземлен, а выход соединен с третьим входом третьего перемножителя, первый вход которого соединен с первым входом первого сумматора и четвертым входом вычислителя, второй - со вторым входом первого сумматора и третьим входом вычислителя, а выход - со вторым входом третьего сумматора, первый вход второго сумматора соединен со вторым входом и третьим выходом вычислителя, второй - с выходом второго перемножителя, а выход - со вторым выходом вычислителя и первым входом четвертого перемножителя, второй вход четвертого перемножителя соединен с выходом первого сумматора, а выход - с первым входом третьего сумматора, выход которого является первым выходом вычислителя, вычислитель третьего матричного коэффициента содержит четыре перемножителя, сумматор, инвертор, регистр и блок транспонирования матриц, первый и второй входы первого перемножителя соединены с первым входом вычислителя, а выход - со входом инвертора, соединенного своим выходом со вторым входом регистра, первый вход которого заземлен, первый, второй и третий входы второго перемножителя соединены соответственно со вторым, пятым и шестым входами вычислителя, а выход - с первым входом сумматора, первый вход третьего перемножителя соединен с пятым входом вычислителя, второй - с его третьим входом, а выход - со вторым входом сумматора, третий вход которого соединен с четвертым входом вычислителя, вход блока транспонирования матриц соединен с выходом регистра, а выход - с первым входом четвертого перемножителя, второй вход которого соединен с седьмым входом вычислителя, четвертый вход сумматора соединен с выходом четвертого перемножителя, а выход является выходом вычислителя, вычислитель сигнала управления содержит пять перемножителей, два сумматора и блок обращения матриц, первые входы первого, второго и третьего перемножителеи соединены с первым входом вычислителя, второй вход первого перемножителя соединен со вторым входом второго и шестым входом вычислителя, третий вход - с пятым входом вычислителя, а выход - со входом блока обращения матриц, третий вход второго перемножителя соединен с четвертым входом вычислителя, а выход - с первым инверсным входом второго сумматора, второй вход третьего перемножителя соединен с седьмым входом вычислителя, а выход - с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен со вторым входом вычислителя, а выход - с первым входом пятого перемножителя, второй вход пятого перемножителя соединен с восьмым входом вычислителя, а выход - со вторым инверсным входом второго сумматора, третий инверсный вход которого соединен с третьим входом вычислителя, первый вход четвертого перемножителя соединен с выходом блока обращения матриц, второй - с выходом второго сумматора, а выход является выходом вычислителя, отличающееся тем, что в него 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 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. A 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 control coefficient matrix generating unit, an information sensor unit , sensor support unit, matrix forming unit - derivative of the column vector of external velocities with respect to the vector row of internal coordinates, matrix formation — a derivative of the column vector of external velocities with respect to the row vector of external coordinates, a block for generating a vector of external velocities, a threshold device, an actuator, and a mechanical system of a controlled object, in which the first, second, third, and fourth outputs of the path planner are connected respectively to the first, the second, third and fourth inputs of the third matrix coefficients calculator, the fifth output of the path planner is connected to the third inputs of the first and second matrix calculators coefficients, 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 to its the sixth input and the fifth input of the second matrix coefficient calculator, the seventh input of the third matrix coefficient calculator is connected from the fourth and the inputs of the first and second calculators of matrix coefficients, the first, second and third inputs of the calculator of the control signal are connected respectively to the output of the first, first output of the second and the output of the third calculator of matrix coefficients, the fourth and fifth inputs are respectively the outputs of the non-linear element vector generating unit and the generating unit matrices of control coefficients, the first and fifth inputs of the first calculator of the matrix coefficient are connected respectively to the second and third outputs of the second the matrix coefficient numerator, the input of the sensor unit of the information is connected to the output of the actuator of the controlled object, the mechanical system of the controlled object is connected directly to the input of the block of information sensors, and through the external environment to the input of the sensor support block, the output of the block of information sensors is connected to the first input of the trajectory planner and the first inputs of the blocks for the formation of a vector of nonlinear elements and a matrix of control coefficients, matrices of derivatives of the vector column external soon external velocity and vector, the first output of the sensor support unit is connected to the second inputs of the matrix forming units - derivatives of the column vector of external speeds and the vector of external speeds, the input of the first transpose matrix and the second input of the path planner, the second output of the sensor support unit is connected to the input of the second the matrix transpose block, the output of which is connected to the second input of the first matrix coefficient calculator, the first matrix coefficient calculator contains two register, two multipliers, a two-multiplier block and an adder, the first input of the first register is connected to the first input of the calculator, the second to the output of the adder, and the output to the first input of the second multiplier, the input of the two-multiplier block is connected to the second input of the calculator, and the output - with the second input of the first multiplier connected by its first input to the output of the second register, and the output with the first input of the adder, the second input of which is the fifth input of the calculator, the second and third inputs of the second multiplier are connected respectively with the third and fourth inputs of the calculator, and the output is the output of the calculator, the calculator of the second matrix coefficient contains two blocks of multiplication by two, a register, four multipliers and three adders, the first inputs of the first and second multipliers are connected to the first input of the calculator, and the second to the outputs respectively, of the first and second blocks of multiplication by two, connected by their inputs respectively to the sixth and fifth inputs of the calculator, the first input of the register is connected to the output of the first multiplier, the second is grounded, and in the output is connected to the third input of the third multiplier, the first input of which is connected to the first input of the first adder and the fourth input of the calculator, the second to the second input of the first adder and the third input of the calculator, and the output to the second input of the third adder, the first input of the second adder is connected to the second the input and the third output of the calculator, the second with the output of the second multiplier, and the output with the second output of the calculator and the first input of the fourth multiplier, the second input of the fourth multiplier is connected to the output of the first the first adder, and the output with the first input of the third adder, the output of which is the first output of the calculator, the third matrix coefficient calculator contains four multipliers, an adder, an inverter, a register and a matrix transpose block, the first and second inputs of the first multiplier are connected to the first input of the calculator, and output - with the input of the inverter connected to the second input of the register by its output, the first input of which is grounded, the first, second and third inputs of the second multiplier are connected respectively to the second, fifth and sixth inputs of the calculator, and the output with the first input of the adder, the first input of the third multiplier is connected to the fifth input of the calculator, the second is with its third input, and the output is with the second input of the adder, the third input of which is connected to the fourth input of the calculator, the input of the transpose matrix connected to the output of the register, and the output to the first input of the fourth multiplier, the second input of which is connected to the seventh input of the calculator, the fourth input of the adder is connected to the output of the fourth multiplier, and the output is the output of the calculator amplifier, the control signal computer contains five multipliers, two adders and a matrix inversion unit, the first inputs of the first, second and third multipliers are connected to the first input of the calculator, the second input of the first multiplier is connected to the second input of the second and sixth input of the calculator, the third input to the fifth input the calculator, and the output is with the input of the matrix inversion unit, the third input of the second multiplier is connected to the fourth input of the calculator, and the output is with the first inverse input of the second adder, the second input of the third the resident is connected to the seventh input of the calculator, and the output to the first input of the first adder, the second input of which is connected to the second input of the calculator, and the output to the first input of the fifth multiplier, the second input of the fifth multiplier is connected to the eighth input of the calculator, and the output to the second inverse the input of the second adder, the third inverse input of which is connected to the third input of the calculator, the first input of the fourth multiplier is connected to the output of the matrix reversal unit, the second to the output of the second adder, and the output is the output of the calculator alternator, characterized in that it additionally includes a meter for changing the range of the angle of sight of the obstacle and the distance to it, a block for calculating the correction of the control signal and an adder, while 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 matrix coefficient, the first and second outputs of the meter range of the angle of sight of the obstacle and the distance to it are connected respectively with the first and second and the formation inputs of the control signal correction calculation unit, the second output of the external speed generating 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 control signal correction calculation unit, and the output with the control input of the actuator of the controlled object.
RU2013127341/08A 2013-06-14 2013-06-14 Moving object control device RU2531864C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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