Автоматизированное проектирование системы управления роботизированной платформы с применением Adams и Matlab

Цель исследования. Целью данного исследования является оценка возможности разработки и моделирования оптимальной системы управления продольным перемещением робокара по критерию максимального быстродействия путем применения системы виртуального моделирования MSC.Adams и пакета математического моделирования MATLAB.
Методы. Одним из подходов исследования является моделирование систем, при этом в качестве программного средства синтеза виртуальной физической модели робота используется система виртуального моделирования, а для моделирования системы управления применяется пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений MATLAB и графическая среда имитационного моделирования Simulink. В качестве метода синтеза системы управления продольным перемещением применяется принцип максимум Понтрягина, а в качестве критерия оптимальности выступает максимальное быстродействие.
Результаты. Представлена структура системы управления роботизированной платформой, разработан оптимальный алгоритм управления и реализован в среде Simulink. Разработана структура системы управления физической моделью с передачей данных в Adams. Приведены и проанализированы кривые разгона и фазовый портрет системы управления моделью при продольном перемещении роботизированной платформы.
Заключение. Как видно из приведенных результатов моделирования, оптимальный позиционный закон управления, реализующий принцип максимума, отрабатывает задание с требуемыми показателями качества. В связи с этим, предложенный алгоритм можно использовать при разработке систем управления продольным перемещением мобильных роботов. Совместное моделирование функционирования виртуального прототипа и системы управления объектом в среде Matlab и Adams позволяет избежать изготовления натурной модели и дает возможность принять во внимание физические свойства объекта без создания аналитической модели.

1. Viger I. Features of virtual prototyping technology at all stages of the product lifecycle //CAD/CAM/CAE Observer. 2016. № 8 (108). Р. 48–53.

2. AGV Trajectory Control Based on Laser Sensor Navigation / T. L. Bui , Doan P.T., S.S. Park, H. K. Kim, S. B. Kim // International Journal of Science and Engineering. 2013. Vol. 4(1): 16-20. P. 39–43.

3. Ivanjko E., Petrinić T., Petrović I. Modelling of Mobile Robot Dynamics // EUROSIM 2010, 7th EUROSIM Congress on Modelling and Simulation, Prague, Czech Republic, 06-10.09.2010. Prague, 2010. Vol. 2. 9 p. URL: http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CCcQFjAA&url=http%3A%2F%2F www.researchgate.net%2Fpublication%2F228561343_ Modelling_of_Mobile_Robot_Dynamics%2Ffile%2F504635256b78692e72.pdf&ei=V7lbU7HuAuGfyQPI8YG4DA&usg=AFQjCNHkX15eujeaVwSrM8F1ueQByAgHJQ&sig2=mx3Ba0ecN3b-6WsJqVJWbQ&bvm=bv.65397613,d.bGE.

4. Dynamic Models of an AGV Based on Experimental Results / J. I. Suárez , B.M. Vinagre, F. Gutierrez, J. E. Naranjo, Y. Q. Chen // 5th Symposium Intelligent autonomous vehicles. Oxford, 2005. Vol. 1. P. 275-280.

5. Рыбин И. А., Рубанов В. Г., Апаршев С. А. Гибридная модель динамики мобильного робота // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-25: сб. трудов XXV Междунар. науч. конф.: в 10 т. / под общ. ред. А. А. Большакова. Волгоград; Харьков, 2012. Т. 10. С. 6–8.

6. Шеховцов Ю. А., Рыбин И. А., Рубанов В. Г. Гибридное моделирование транспортно-складских процессов при использовании робокаров // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-23: сб. трудов XXIII Междунар. науч. конф.: в 12 т. / под общ. ред. В. С. Балакирева. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. Т. 5. С. 238–248.

7. Герасимов В.Н., Михайлов Б.Б. Решение задачи управления движением мобильного робота при наличии динамических препятствий // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Приборостроение. Спецвыпуск "Робототехнические системы". 2012. № 6. С.83 – 92.

8. Рыбин И.А., Рубанов В.Г., Дуюн Т.А. Способ исследования движения мобильного робота на стационарной установке удаленного доступа // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2014. № 11. 2014. С.14-21.

9. Зенкевич С.Л., Назарова А.В. Система управления мобильного колесного робота // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Приборостроение". 2006. № 3. С.31 – 51.

10. Laumond J.-P., ed. Robot motion planning and control (Lectures Notes in Control and Information Sciences, vol. 229). Berlin, Springer, 1998. 343 p.

11. Human-friendly interaction for learning and cooperation / S. Kristensen, S. Horstmann, J. Klandt, F. Lohner, A. Stopp // Proceedings of the 2001 IEEE International Conference on Robotics and Automation. Seoul, Korea, 2001. P.2590 - 2595.

12. Ulas C., Temeltas H. Multi-Layered Normal Distribution Transform for Fast and Long Range Matching // Journal of Intelligrnt & Robotic Systems. 2013. Vol. 71 (1). P. 85 – 108.

13. Бобырь М.В., Титов В.С. Мягкий нейронечеткий алгоритм управления мобильным роботом // Известия ЮФУ. Технические науки. 2015. №10 (171). С.144 – 157.

14. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Физматиздат, 1969. 384 с.

15. Sethi S.P., Thompson G.L. Optimal control theory: applications to management science and economics. Berlin, Springer, 2005. 521 p.

16. Черноусько Ф.Л., Болотник Н.Н., Градецкий В.Г. Мобильные роботы: проблемы управления и оптимизации движений // сб. трудов. науч. конф. ВСПУ-2014 / Инст. пробл. управ. им. В.А. Трапезникова РАН. Москва, 2014. С. 67–78.

17. Порхало В.А., Рубанов В.Г., Костин С.В. Повышение живучести роботизированных транспортных средств на автоматизированном складе // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. междунар. науч. конф.: в 12 т. / под общ. ред. А.А. Большакова. СПб.: Изд-во политехн. ун-та, 2017. Т.4. 140 с.

18. Рубанов В.Г., Луакурва Дж.П., Порхало В.А. Моделирование динамики движения мобильного робота в среде Matlab // Известия ТулГУ. 2006. № 1. С. 126–134.

19. Bushuev D.A., Kiseleva T. Y., Rubanov V.G. Virtual prototype for co-simulation of hub-motor dynamics with brushless DC motor and elements of fault-tolerant control // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering (Proceedings of International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems MEACS 2018). 560. 012103. 2019: 7 p.

20. Порхало В.А., Бажанов А.Г., Магергут В.З. Информационные представления адаптивного трехпозиционного алгоритма для его аппаратных и программных реализаций // Научные ведомости БГУ. 2011. № 1(96). Вып. 17/1. С. 161–168.