Математическое моделирование системы управления движения беспилотного объекта в среде SimInTech
Автор: В. А. Мызникова, В. В. Устименко, А. В. Чубарь, И. В. Солопко
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Инновации космической отрасли
Статья в выпуске: 1, 2022 года.
Бесплатный доступ
В современном мире все чаще в помощь людям приходят роботизированные устройства. Они решают как бытовые проблемы, так и производственные. При проектировании любого объекта неизбежно приходится сталкиваться с проведением испытаний в различных условиях. Для этого можно построить тестовую модель, но, если объект является достаточно сложным и моделей нужно построить сразу несколько, сэкономить трудовые и материальные ресурсы может помочь математическое моделирование. В статье представлено математическое моделирование процессов на основе типовых функциональных блоков в виде систем дифференциально-алгебраических уравнений. Рассмотрено математическое моделирование и алгоритм управления как совокупность взаимосвязанных структур. Смоделировано движение робота при прямом направлении вращения колес, оборотном направлении вращения и обратных направлениях вращения. Построена модель устройства управления, которая по величине отклонения текущей ориентации колесного робота от заданной формирует управляющие воздействия на двигатель колес. Эти воздействия позволяют привести ориентацию робота к желаемой ориентации. Получены характеристики качества для разных значений скорости поворота робота. Несмотря на то, что эта модель игнорирует влияние многих сил, возникающих во время движения, она позволяет выявить влияние таких факторов, как радиус колес, расстояние между ними, величина напряжения, прилагаемого к двигателям во время вращения, на движение и траекторию движения робота.
Мобильный робот, моделирование, траектория движения, алгоритм управления
Короткий адрес: https://sciup.org/14121731
IDR: 14121731 | УДК: 629.3.01 | DOI: 10.26732/j.st.2022.1.06
Mathematical modeling of an unmanned object motion control system in SimInTech environment
In today's world robotic devices are more and more often used to help people. They solve both domestic and industrial problems. When designing any object inevitably have to deal with testing under different conditions. To do this can build a test model, but if the object is quite complex and several models need to be built at once, to save labor and material resources can help mathematical modeling. This article presents mathematical modeling of processes based on typical functional blocks in the form of systems of differential-algebraic equations. Mathematical modeling and control algorithm as a set of interrelated structures are considered. The robot motion is simulated for the forward direction of rotation of wheels, the reverse direction of rotation, and the opposite directions of rotation. A model of the control device, which forms the control actions on the wheel motor according to the value of the deviation of the current orientation of the wheeled robot from the preset one, is constructed. These influences allow you to bring the orientation of the robot to the desired orientation. Quality metrics are obtained for various values of the rotational speed of the work. Although this model neglects the action of many forces that arise during the motion, it allows us to identify the influence on the motion and trajectory of the robot of such factors as the radius of the wheels, the distance between them, the magnitude of the voltage applied to the motors during the turn.
Список литературы Математическое моделирование системы управления движения беспилотного объекта в среде SimInTech
- Звонарев Д. А. Управление мобильным роботом с электрическим двигателем // Известия Тульского государственного университета. 2011. № 2. С. 368–372.
- Бартенев В. В., Яцун С. Ф., Аль-Еззи А. С. Математическая модель движения мобильного робота с двумя независимыми ведущими колесами по горизонтальной плоскости // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. № 4. С. 288–293.
- Андрианова О. Г. Моделирование движения колесного робота по заданному пути // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2011. № 10. С. 1–15.
- Грищенко И. А., Чубарь А. В. Создание математической модели робота с дифференциальным приводом // Материалы II Междунар. науч.-практ. конф. «Научно-технический прогресс: актуальные и перспективные направления будущего». Кемерово. 2016. Т. 2. С. 35–37.
- Карташов Б. А., Шабаев Е. А., Козлов О. С. Среда динамического моделирования технических систем SimInTech: практикум по моделированию систем автоматического регулирования. М. : ДМК Пресс, 2017. 424 с.
- Гилимьянов Р. Ф., Пестерев А. В., Рапопорт Л. Б. Управление движением колесного робота в задаче следования вдоль криволинейного пути // Известия РАН. Теория и системы управления. 2008. Т. 47. № 6. С. 158–165.
- Мызникова В. А., Толстенков Е. Д., Чубарь А. В. Моделирование и диагностика системы управления движением автономного объекта в среде SimInTech // Сборник материалов региональной научно-практической конференции «Испытания, диагностика, надежность. Теория и практика». Красноярск. 2020. № 1. С. 63–70.
- Козлов О. С., Кондаков Д. Б., Скворцов Л. М., Тимофеев К. А., Ходаковский В. В. Программный комплекс для исследования динамики и проектирования технических систем // Информационные технологии. 2005. № 9. С. 20–25.
- Мызникова В. А., Михайленко Л. А., Чубарь А. В. Создание визуализации движения автономного объекта по задаваемой траектории // Материалы XI Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием «Робототехника и искусственный интеллект». Красноярск. 2021. С. 219–223.
- Мызникова В. А., Толстенков Е. Д., Чубарь А. В. Построение системы управления движением автономного объекта в среде SimInTech // Материалы XI Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием «Робототехника и искусственный интеллект». Красноярск. 2019. С. 326–332.
