Ієрархія, невизначеність і міра інтелектуальності систем управління

Структура модулів систем управління припускає багаторівневу організацію і включає стратегічний, тактичний і виконавчий рівні управління, що мають доступ до сенсорної інформації для вирішення завдань управління цього рівня.

Слід підкреслити, що принцип ієрархічної побудови систем управління складними динамічними об'єктами сам по собі не є оригінальним. Він був сформульований ще на рубежі сімдесято-восьмидесятих років стосовно проблем управління багатофункціональними роботами. Нова концепція ієрархічної побудови систем управління визначає необхідність інтелектуалізації кожного з рівнів управління. Розглянемо завдання, що вирішуються на кожному рівні управління.

Стратегічний рівень управління призначений для планування руху мехатронной системи в умовах неповної інформації про зовнішнє середовище і об'єкт управління. Планування рухів припускає розбиття завдання руху на послідовність погоджених в часі дій, оперативну корекцію руху з урахуванням зміни середовища і формалізацію цілей управління для кожної з цих дій.

Формалізація цілей управління означає, що для кожної дії мають бути записані математичні співвідношення, виконання яких забезпечує успішне виконання кожної дії. Сенсори стратегічного рівня повинні відповідати органам чуття людини(технічний зір, тактильний і силомоментное очувствление, облаштування аналізу звукових і ультразвукових сигналів і т. д.).

Тактичний рівень виконує перетворення команд управління рухом, що поступають із стратегічного рівня управління в програму управління, яка визначає закони погодженого руху в часі усіх ланок механічного облаштування мехатронной системи з урахуванням технічних характеристик блоку приводів(в першу чергу обмежень на узагальнені швидкості, прискорення і сили).

На виконавчому рівні виконується розрахунок і видача сигналів, що управляють, на блок приводів мехатронной системи відповідно до програми управління і з урахуванням технічних характеристик силових перетворювачів.

Для ієрархічних систем управління в мехатронике діє принцип, сформульований в 1989 р. проф. Саридисом(Saridis G.N.), згідно з яким у міру просування від вищих до нижчих рівнів управління знижується інтелектуальність системи, але підвищується її точність(цей принцип в англомовній літературі має абревіатуру IPDI - Increasing Precision with Decreasing Intelligence).

При цьому під «інтелектуальністю» розуміється здатність системи придбавати спеціальні знання, що дозволяють уточнити поставлене завдання і визначити шляхи її рішення, а під «неточністю» - невизначеність в операціях за рішенням цього завдання.

Датчики тактичного і виконавчого рівнів повинні забезпечувати достовірну інформацію про стан системи і об'єкту управління, а також адекватність перетворюваної інформації цілям функціонування мехатронной системи.

При управлінні складними динамічними об'єктами в реальних умовах виникає невизначеність, пов'язана з формуванням дій, що управляють, за вимірюваною і апріорною інформацією.

Аналіз джерел невизначеності дозволяє розділити невизначеність на два види: передбачувану і непередбачувану.

Передбачувана невизначеність має місце у тому випадку, коли відома апріорна інформація про характер закону зміни керованих координат. Наприклад, траєкторії руху робочого органу робота, рівняння руху по яких відомі, можна апроксимувати кінцевим набором сплайнів; при цьому невизначеність полягатиме тільки у виборі відповідного сплайна. А непередбачувана невизначеність має місце, коли такої інформації немає.

Так, наприклад, для складальних роботів, які працюють у рамках певного набору технологічних рухів, характерних для складального роботизованого процесу, невизначеність може бути класифікована як передбачувана. Роботи, призначені для екстремальних середовищ, в основному працюють в умовах непередбачуваної невизначеності, оскільки траєкторію їх руху не можна заздалегідь передбачити.

Такий підхід дозволив виділити два класи інтелектуальних систем управління, що принципово відрізняються по архітектурі, принципу дії

і сфери застосування. Інтелектуальні системи управління I роду призначені для роботи в умовах передбачуваної невизначеності, в основному пов'язаної зі взаємним впливом окремих мір рухливості складного багатоланкового об'єкту управління один на одного. Інтелектуальні системи управління II роду орієнтовані на роботу в умовах непередбачуваної невизначеності і функціонують на основі реалізації своїх адаптивних властивостей за рахунок використання технології асоціативної пам'яті.

Системи управління в умовах невизначеності, як правило, будуються за ієрархічним принципом. На Рис. 2.24 представлена ієрархічна схема інтелектуальної системи управління I роду, що забезпечує роботу в умовах передбачуваної невизначеності.

На стратегічному рівні управління формуються траєкторія і динамічні характеристики руху по ній. Функції інтелектуального регулятора розподіляються на тактичному і виконавчому рівнях. На

тактичному рівні управління шляхом рішення зворотної задачі кінематики формуються програмні узагальнені координати. В результаті рішення зворотної задачі динаміки(по відомій моделі об'єкту управління і апріорної інформації про залежність структури і параметрів об'єкту від траєкторії руху) визначаються структура і параметри регулятора, які реалізуються на виконавчому рівні і можуть мінятися в процесі функціонування. Корекція програмної траєкторії проводиться по реальній траєкторії, вичисленій рішенням прямої задачі кінематики для реальних значень узагальнених координат. Оскільки в запропонованому підході в окремих приводах контролюються тільки власні узагальнені координати, то облік зміни динамічних властивостей об'єкту фактично зводиться до розв'язки приводів.

Рис. 2.24. Ієрархічна схема інтелектуальної системи управління I роду

Для забезпечення розв'язки приводів в умовах обмеженої потужності обчислювальних засобів пропонується, використовуючи знання про специфіку виконуваного автоматизованого технологічного процесу, кінематичну схему і динамічні характеристики виробничого устаткування, здійснювати рух робочого органу по спеціальних траєкторіях. Ці траєкторії, названі технологічними рухами, вибираються так, щоб, з одного боку, вони забезпечували заданий технологічний процес, а з іншої - задовольняли найбільш простим рівнянням динаміки(що дозволяє вирішувати їх в реальному масштабі часу на основі обчислення швидкостей і прискорень окремих приводів, здійснюючи тим самим розв'язку). При такому підході необхідність в обміні інформацією між окремими приводами повністю відпадає.

Рис. 2.25. Функціональна схема інтелектуальної системи управління I роду

На Рис. 2.25 приведена функціональна схема інтелектуальної системи управління I роду, в якій пристрій, названий лінгвістичною апроксимацією(ЛА), замінює траєкторію руху робочого органу робота набором спеціальних траєкторій(сплайнів). За допомогою лінгвістичної апроксимації з бази моделей і управлінь(БМУ) вибираються відповідні налаштування регулятора, структура і параметри якого визначаються типом апроксимуючого технологічного руху робочого органу і залежать від вимірюваних швидкостей і прискорень тільки цього приводу.

Робота інтелектуальної системи управління I роду здійснюється на основі знань, що містяться в ЛА і БМУ і що базуються на :

– аналізі автоматизованого технологічного процесу;

– аналізі кінематичних схем і рівнянь динаміки виробничого устаткування;

– теорії автоматичного управління і зворотних завданнях динаміки.

Враховуючи складність алгоритмів управління, що реалізовують облік взаємнозв'язності мір рухливості в об'єкті, для забезпечення необхідної швидкодії системи ЛА, БМУ і регулятор будуються на базі асоціативної пам'яті. Адаптація до параметрів, що змінюються, і структури об'єкту по кожній мірі рухливості відбувається на основі прогнозування поведінки інших мір рухливості і їх впливу на цю міру.

На Рис. 2.26 представлена функціональна схема інтелектуальної системи управління II роду, адаптації, що забезпечує режим, в умовах непередбачуваної невизначеності.

Рис. 2.26. Функціональна схема інтелектуальної системи управління для роботи в умовах непередбачуваної невизначеності

Класифікатор стану об'єкту управління і формувач управлінь(в даному випадку йдеться про формування дій, що управляють, безпосередньо на об'єкт управління) реалізуються на асоціативній пам'яті, в якій на підставі інформації про вхідні і вихідні сигнали об'єкту управління :

– робиться класифікація стану об'єкту;

– формується вектор параметрів, що настроюються, і що відповідає йому і вхідному завданню дія, що управляє.

Таким чином, робота в умовах непередбачуваної невизначеності, коли не відомо, як в наступний момент часу поведеться складний динамічний об'єкт, призводить до того, що будувати і аналізувати математичні моделі, що відбивають специфіку взаємодії і взаємного впливу окремих його частин, не має сенсу із-за їх складності і практичної неадекватності реальному об'єкту.

Неадекватність моделей, як правило, викликана погрішностями вимірів і обчислень, спрощенням моделей і відмінністю параметрів реальних систем від модельних. Це призводить до того, що в ієрархічній системі управління (Рис. 2.27), що забезпечує ефективну роботу в умовах непередбачуваної невизначеності, облік динамічних властивостей об'єкту управління повинен відбуватися на виконавчому рівні, який у свою чергу повинен гарантувати виконання завдань тактичного рівня на необхідних швидкостях.

Така побудова системи управління призводить до того, що на приводному рівні складні динамічні об'єкти управління вважаються не розподіленими і взаємозв'язаними по виконавчих осях, а зосередженими і однозв'язними зі змінними динамічними параметрами і обуреннями, приведеними до валів виконавчих двигунів.

На тактичному рівні повинне вирішуватися тільки кінематичне завдання, яке відбиває статичні властивості об'єкту. Відповідно до необхідної траєкторії виконавчого органу, швидкостей і прискорень руху в опорній системі координат на тактичному рівні обчислюються задані швидкості і прискорення узагальнених координат, а на приводному рівні регулятор з адаптивним підстроюванням параметрів забезпечує їх відробіток.

Якість виконання завдань контролюється по вичислених за допомогою рішення прямої задачі кінематики координатам реального стану об'єкту, і при необхідності робиться коригування траєкторії.

Рис. 2.27. Ієрархічна схема інтелектуальної системи управління II роду

Додатково до вищезгаданого потрібно мати на увазі, що кожен рівень управління може мати різну міру інтелектуальності.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|	Міра інтелектуальності систем управління

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.