автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Методы, алгоритмы и программное обеспечениепроектирования структуры устройств управления промышленных роботов.

п

Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР

Носковсвнй ордена Трудового Красного Знамени станкоинструментальныя институт

На правах рукописи

Полонский Инхаил Нихаплович

Не'тоды, алгоритмы и програниное обеспечение проектирования структуры устройств управления промышленных роботов.

05.02.05 - Роботы, манипуляторы и

робототехнические системы.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Носква

1991

Работл выполнена в Московском станкоинструман тальиом институте (МОССТАНШО.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Горбачев B.C.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук

Афонин В.Л.

- кандидат технических наук Дмитрии A.A.

Ведущее предприятие - Центральный научно-исследовательскип

технологический институт (ЦНИТИ).

Защита состоится - АМ. __19яСг., в

час._£6__ мин. на. заседании специализированного совет»

Д063.42.03 Московского станкоинструментального института по адресу : 101472, ГСП, Москва, К-55, Вадковскив пер., д.З-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского станкоинструментального института, jj

Автореферат разослан_____3--1991 г.

Ваш отзыв по данной работе в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук Лукинов А.П.

Общая характеристика работы.

Актуальность. Главной социально-экономической проблемой развития страны является перевод экономики на интенсивный путь развития. Значительная роль в достижении этой цели и в ускорении научно-технического прогресса принадлежит машиностроению. Широкое внедрение средств автоматизации, базирующихся на новейших достижениях микроэлектроники и вычислительной техники, в машиностроении не только сокращает дефицит квалифицированной рабочей силы, но и значительно повышает качество выпускаемой продукции. К числу перспективных средств автоматизации следует отнести промышленные роботы (ПР), которые способны автоматически выполнять комплекс действии, предусмотренных программой. Как показывает зарубежный и оте-*ественныи опыт, комплексное применение ПР позволяет повы-:ить производительность труда в сродное а 1.5-2 раза, снен-■юсть работы оборудования в 1.5-1.8 раза, а такге сущест- . зенно улучшить ритмичность и общую культуру производства. 1Р успешно применяются на операциях сборки-разборки-регули-эовки, дуговой и точечной сваркиокраски, зачистки поверх-<остей и кромок деталей, сверления, Фрезеровния, клепки, на-<есения клеев и герметиков, плазменной и лазерной резки, и г.д. В тс хз время широкому внедрении ПР препятствует их шсокая стоимость. Например, в СССР срок окупаемости ПР с :онтурным управлением достигает 10 и более лет. Попытки снижения стоимости ПР и сокращения сроков окупаемости привели : тенденции создания и внедрения технологически ориентирован-1нч ПР. При этом и яанипулятор (11) и устройство управления :УУ> проектируются таким образом, чтобы обеспечить наиболь-:ую экономическую эффективность ПР при автоматизации одного 1ли группы сходных технологических процессов. Очевидно, [то обеспечение технологической ориентации ПР требует опрошенных функциональных возможностей от УУ, а также и от ходящей о состав УУ вычислительной системы (ВС), в кото-юя осуществляется основная обработка информации.

Анализ литературы, посвященной УУ ПР, показал, что доступных автору работах дается только описание конкретных У и рассматриваются особенности их применения. Однако ни в дной работе не приводится методология проектирования УУ ПР.

Отсутствие методологии проектирования 77 ПР приводит к тому,

что проектирование выполняется или методой копирования зарубежным «.налогов, или при проектировании используется инженер ный опыт разработчиков. При первом подходе возможные неоптимальные решения, заложенные ь зарубежные образцы, могут стат еще более неоптимальными из-за отсутствия соответствующей отечественной элеиентноп базы. При втором подходе с большой вероятность» так?? еозиохны »»эптиньдыш® прос-ктпао рс-ш-пиг. и увеличен'!? сроксг проэкт:фоЕ*ния.

Необходимо отметить, что при проектировании сложных систем| к который можно отнести и УУ ПР, выделяет следующие уровни : алгоритмический, структурный, функционально-логичес кип, схемотехническии и конструкторско-технологическип. При этом процесс проектирования является иерархическим, начиная с верхнего алгоритмического и заканчивая нижним конструктор-ско-технологическим уровнем. Наиболее дорого обходятся ошибки, допущенные проектировщиком на верхних уровнях - алгоритмическом и структурном. Проектные процедуры, относящиеся к этим уровням, наиболее трудно формализуемы, когда как нижние уровни - схемотехнический и конструкторско-технологический, < в меньшей степени и функционально-логический, хорошо формализованы и доведены до САПР и пакетов прикладных программ (например, SPICE, PCAD, AUTOCAD и т.п.).

Алгоритмический уровень проектирования предназначен для разработки системы алгоритмов, реализация которых на адекватной аппаратуре позволит удовлетворить всем ограничениям и доставит экстремум значению критерия оптимальности. В многочисленных публикациях, посвященных ПР, описано множество алгоритмов управления и адаптации для приводного, тактического и стратегического уровней управления. В других публикациях рассматриваются проблемы выбора или создания языков для написания управляющих программ ПР, проблемы реализации соответствующих языковых трансляторов, рассматриваются вопросы построения операционных систем и применения локальных сетей <ЛС) для управления ПР. Однако, по мнению автора, недостаточно проработанным является вопрос построения обобщенной алгоритмической системы для управления ПР.

По результатам проектных работ на алгоритмическом уровне проектирования выполняется проёктирование на струк-

турком уровне. В результате должен быть сформирован общий "облик" 77 ПР - определена структура ВС (количество и тип применяемых процессоров, модулей памяти, ввода/вывода, определены связи между всеми компонентами ВС), выбраны типы приводов, адаптеров ЛС, средств связи с оператором и технологическим оборудованием. Наиболее сложной представляется задача выбора структуры ВС, что об'ясняется многообразием элементной базы.

Предметом исследования диссертации является проектирование структуры УУ ПР.

Цэлыо работы является разработка методологии проектирования структуры УУ ПР.

Достижение цели работы потребовало исследования и решения следующих задач :

- построения обобщенной алгоритмической системы УУ ПР;

- разработки граф-схеи алгоритмов (ГСА) для различных режимов' функционирования ПР;

- исследований необходимой точности реализации вычислительных алгоритмов, к которым относятся алгоритмы решения ОЗК, ПЗК управляемого И, а также алгоритмы интерполяции;

- разработки метода оценки весов вершин ГСА, позволяющих оценивать аппаратные затраты и время на реализацию этих вершин ;

- классификации и анализа современных и перспективных для управления ПР структур ВС;

- анализа вопросов применения в составе ВС УУ ПР Функционально-ориентированных процессоров <Ф0П);

- разработки метода применения высокоуровневых моделей для проектирования структуры ВС УУ ПР;

- разработки метода модификации исходной ГСА, что позволит определить минимальное число однотипных процессоров БС и э случав преэыкенич значения критического пути-ГСА над заданным директивным срокоа завершения;

- обобщения метода выбора структуры ВС на неоднородные структуры.

Методика исследования. Для теоретических исследований и практической реализации применялись кетоды логического синтеза, системного анализа, теории графов, сетевого планирования, теории расписаний, теории точности вычислений, нодэли-

рование модифицированными Е-сетями, нелинейного математического программирования.

Научная новизна. В диссертации автором получены следующие новые научно-технические результаты :

1. Разработана методология проектировния структуры УУ ПР.

2. Разработан метод определения требуемой точности вычисления при реализации алгоритмов решения ОЗК, ПЗК и интерполяции. На основе предловенного метода разработан пакет программ определения требуемой точности вычисления для управления ПР "ЛУЧ".

3. Разработан метод конвеяеризации для обеспечения возможности выполнения ГСА с соблюдением заданных директивных сроков.

Предложены два алгоритма оптимизации временной диаграммы работы однородной ВС с целью перехода к неоднородной ВС, обладающей лучшим значением критерия оптимальности. Практическая ценность. Применение разработанных методов и методологии при проектировании структуры УУ ПР позволяет Повысить производительность труда проектировщика и качество принимаемых решений. Реализация результатов работы.

Разработанная методология проектирования использована при проектировании УУ ПР "ЛУЧ" (внедрение на МСПО "Красный пролетарий", г.Москва) и при проектировании интеллектуального пульта обучения ПР (внедрение на НПО "Гранат", г.Минск). Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, конкурсах и семинарах:

1. Научных семинарах кафедры. "Робототехники и мехатроники" Московского станкоинструментальногО института, г.Москва, 1988

-1990 гг.

2. Республиканской научно-технической конференции "Молодежь и научно-технический прогресс", г.Ереван, 1988 г.

3. Региональном научно-практическом семинаре "Состояние, опыт и направления развития работ по комплексной автоматизации производства на основе ГПМ, РТК и ПР", г.Пенза, 1988'г.

4. Конкурсе молодых научных работников с международным участием "Роботика-89", г.Созополь(НРБ), 1989 г.

5. Республиканской научно-технической конференции "Новые направления развития систем управления для промышленной робототехники и станочного оборудования", г.Минск, 1989 г.

6. Яаучно-практическоя конференции "Автоматизация машиностроительного производства с применением промышленных роботов и роботизированных машиностроительных комплексов", г.Москва, 1989 г.

7. Научном семинаре Центра "Робототехника", г. Москва. Публикации. По результатам выполненых исследований опубликовано 6 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения на 175 стр. машинописного текста, содержит список литературы из 115 наименований, 4 приложения, и иллюстрируется 32 рисунками на 34 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ.

So Введении обоснозывается необходимость разработки методологии проектирования структуры УУ ПР. Указано, что достижения в современной микроэлектронике и вычислительной технике позволяют реализовывать УУ ПР множеством способов. С другой стороны, актуальной является задач?, построения УУ для технологически-ориентированных ПР, внедрение которых на производстве дает наибольший экономический эффект. Указывается, что о обдирной литературе, посзяцэнкой ПР, приводятся только описания серийных и экспериментальных УУ. Автору известны отдельные работы Барского А.5., Хетагурова Я.А. и Дрэвса Ю.Г., Игнатущенко В.В., Полякова Г.А. и Унрихина Ю.Д., в которых с большей или меньшей полнотой рассматриваются вопросы проектирования ВС, но без учета ориентации н& прншзиэние s составе УУ ПР.

В Главе 1 проводится анализ состояния и основных тенденций развития 77 ПР, определяются цели и задачи исследования. Указывается на необходимость сокращения сроков и повысения качества проектирования УУ ПР, что объясняется быстрый моральным старением и высокой стоимостью ПР, обуславливает потребность в применении средств автоматизации проектирования. Наименее разработанным, по мнению автора, является вопрос' выбора структуры УУ ПР, что препятствует созданию САПР, охватызавщей все уровни проектирования. Основой для автоматизации выбора структуры УУ ПР должна слуяить соответствующая методология. Предложена обцая схема проектиро-

вания технологически-ориентированного ПР (рис.1>. Проектирование УУ ПР начинается анализом автоматизируемого техпроцесса. В результате анализа проектируется или выбирается Ы, формируются требования <или ТЗ) к алгоритмам управления й адаптации. Эти частные алгоритмы, а также требования со стороны технологии являются исходной информацией для разрабатываемой в диссертации методологии проектирования структуры 77 ПР. Основой методологии является использование обобщенной алгоритмической системы 77 ПР. Отмечается необходимость исследования требуемой точности вычислений при решении ОЗК, ПЗК и интерполяции, т.к. это влияет на протяженность соответствующих алгоритмов. Должны быть рассмотрены также вопросы применения ФОП в составе ВС УУ ПР. Проводится анализ особенностей ВС УУ ПР. Отмечается, что в этих ВС протекает множество параллельных и асинхронных взаимодействующих вычислительных процессов. Управление ПР является иерархическим, когда информация, выработанная на верхних уровнях управления, обрабатывается на следующих уровнях. Отмечаются такие особенности ВС УУ ПР, как работа в реальном времени, необходимость обработки информации от различных датчиков. Наиболее близким к ВС УУ ПР классом являются ВС УЧПУ станков. Однако ВС УУ ПР обладают и некоторыми специфическими особенностями. К этим особенностям относятся более развитый синтаксис и семантика применяемых языков программирования ПР, что накладывает определенные требования на программы-трансляторы, которые в ряде случаев должны быть реализованы на аппаратуре ВС. Другим отличием управления ПР от управления станками является большее разнообразие применяемых в промышленной робототехнике датчиков адаптации, & также необходимость в определенных случаях корректировать траектрию схвата К на основании информации датчиков адаптации в режиме on-line. Отличием является и необходимость решения ОЗК и ПЗК управляемого Н. Кроме того, в УЧПУ станками требуется значительно более высокая точность вычислений.

В'Главе 2 отмечается что основная часть обработки информации в УУ ПР осуществляется в ВС. Проводится анализ ВС современных прмышленных УУ ПР. Рассматриваются ВС УУ ПР "Сфера-56"(производство НПО "Гранат", г.Минск), УЧПУ 4С.300Р

'ЕХНОЛОГИЯ --

кН&ЛИЭ *

шбор/проектирование 1анипулятора и техно-югического оборудо-

1яния

анализ

дл

-1

составление ТЗ на разработку алгоритмов управления и адаптации

( частных алгоритмов >

разработка алгоритмов управления и адаптации, выбор/проектирование аппаратуры для реализации отдельных Функции УУ ПР

I

частные алгоритмы

--} Ф

выбор варианта структуры УУ ПР

анализ структуры УУ ПР < вычисление энайен;ия критерия оптимальйосТ'и )

I

возможны другие варианты структуры УУ ПР ? ^ нет

КОНЕЦ

Рис 1. Общая схема процесса проектирования структуры УУ ПР.

(разработка. НПО "Электронм&п", г. Ленинград), ВС 17 ПР 1(Сгб004(производство фирмы СОМАи, Италия). Формулируются общие принципы построения ВС УУ ПР, л. также анализируются программные и аппаратные средства, позволяющие поддерживать технологическую ориентацию УУ ПР.

Анализ роботизированных технологических операций позволил выделить общие функции и требования к ВС современны) УУ ПР, используемых в качестве основного ТО. Специфические Функции БС в каждом конкретном случае определяются особенностями автоматизируемого техпроцесса. Сформулированы принципы системного подхода, раскрыто их содержание по отношению к проектированию ВС УУ ПР.

Рассмотрены этапы и уровни проектирования ВС..Формулируется задача выбора структуры ВС УУ ПР. Для выбора структуры ВС необходимо построение алгоритмической системы, реализация которое на. адекватной аппаратуре позволит удовлетворить всем требования« со стороны технологического процесса. В работе предполагается, что конкретная алгоритмическая система может быть построена из обобщенной алгоритмической системы. Следующим шагом является собственно выбор структуры ВС УУ ПР. В качестве математического аппарата выбора структуры используются методы теории расписаний. Оптимальные, в смысле выбранного критерия, расписания строятся на ГСА, соответствующих различным режимам функционирования ПР.

В соответствии с изложенными принципами было выполнено построение обобщенной алгоритмической системы УУ ПР. Выделено 5 подсистем, обеспечивающих в ВС УУ ПР функции ввода/вывода (рис. 2)., необходимые для связи с внешней средой. В результате проведенного логического синтеза, основанного на концепции иерархического управления ПР, была построена обобщенная алгоритмическая система (рис. 3). Обобщенная алгоритмическая система соответствует наиболее сложному с точки зрения вычисления режиму функционирования ПР - режиму выполнения управляющей программы. Другими режимами функционирования ПР являются режим начального пуска и ¡режим обучения. Были построены варианты ГСА для этих режимов.

Отмечается необходимость проведения исследований ¡точности вычисления алгоритмов ОЗК, ПЗК и интерполяции. Задача исследования точности сведена к задаче нелинейного

:вяэь с оператором <Ы > связь с локальной сетью

аз>

:вязь с технологическим связь с. датчиками адапта-

эборудованием (15) ции (Ь2>

{

связь с манипулятором (Ь4>

4 77 ПР

ВНЕШНЯЯ СРЕДА

Ы - алгоритмы .реализующие связи с внешней средой, 1-1,5.

Рис. 2. Подсистемы 77 ПР, обеспечивающие связь с внешней средой.

УРОВЕНЬ ПЛАНИРОВАНИЯ :

Редактор текста .загрузчик ,И ,1,3 ,Ь5

■«■■■«мгавнатавмяяимввимамвямаямяпмма

УРОВЕНЬ ИНТЕРПРЕТАЦИИ : Транслятор ,1Л ,12 ,ЬЗ ,Ь5

УРОВЕНЬ АДАПТАЦИИ :

Алгоритмы адаптации , Ы ,Ь2 ,ЬЗ ,Ь5

УРОВЕНЬ РЕАЛИЗАЦИИ Интерполяция ,0КЗ ,ПКЗ ,1Л - 1.5 адаптация .оптимизация

УРОВЕНЬ СЕРВОУПРАВЛЕНИЯ :

Драйверы приводов .драйверы датчиков ОС ,1Л - 15

Рис. 3. Обобщенная алгоритмическая система

программирования. Рассмотрен анализ точности вычисления на примере решения ОЗК. Справедливо уравнение. :

д х - (1)

где : дх - вектор погрешности позиционирования схвата ПР в декартовой пространстве, ЭЦ> - якобиева матрица,

дЧ - ;югратноети огр^йоткь оОийчонных

координат ПР.

Для погреиности позиционирования характеристической точки схвата Ш в декартовом пространстве имеет место нера-

ьенстьс : .

5 т

2 -

)2 £ Н* < 2 >

где : п - число степеней подвижности ПР, Я - радиус сферы допуска. Пусть решение имеет вид :

ц: - Г- < х ) < 3 )

•Г.4

.г,^е : Г - некоторая нелинейная функция.

Тогдя

П

- 2. О-Се '¿е < 4 >

¿м

¡г^ .: п - ,|<исло элементарных функций (ЭФ), исполь-

' зуемых в Г;,

С>£ - .погрешность вычисления 1 - й ЭФ,

\9-ie." коэффициенты .зависящие от вида Г и

'* конфигурации ПР.

После [подстановки ( 4 ) в ( 2 > получаем :

3 .«Г 'л г г

I < £ 3£; ,< £ а • • ¿1 » ^ 12 ( 5 )

ф^ярел^ро, с точки зрения простоты реализации, иметь ¡шальные значения о 1 . Для этого выбран критерий оптима/1эдости' :

п1п £ (-КГ • (Г 1 ) . ( 6 )

где весовые коэффициенты КС учитывают атраф за точность вычисления Е - я ЭФ.

Таких образом, необходимо решить задачу нелинейного програннирования : определить <Г I, £ = 1,'п, удовлетворяющие (6) при условии (5), т.е. ограничения« типа неравенств.

Для пг с 6-ю степенями подвижности имеют место не-рмтгства, пзгрешнсс?:, ориентации схвата • II с

погросностяяк отработки обобщенных координат : 6

<7>

э5улч; I < 8 >

JM

< 9 )

где

: > \z ' ~ Д°ПУСКИ на направляющие

cosí ,сов2 ,cos3. Здесь требуется определить ¿ l, I - 1 ,п, удовлетворяющие ( 6 ) при условиях ( 7 ) , <8)и<9>, причем в левой части этих неравенств находятся выражения п-мерных элипсоидов. В качестве решения сформулированных задач нелинейного программирования предложен численный метод, заключающийся и последовательном сечении элипсоидов погрешностей плоскостями.

Для оценки весов вершин ГСА предложено использовать программирование соответствющих частных алгоритмов на языке высокого уровня с последующим анализом полученного на выходе компилятора ассемблерного текста.

В Главе 3 выполнен анализ структур современных многопроцессорных ВС с точки зрения перспективности их применения в 77 ПР. Делается вывод о целесообразности применения UIIiD -структур, построенных из универсальных, НП и ФОП, т.е. процессоров, ориентированных на эффективное выполнение определенных классов вычисления. Предложена расширенная классификация ВС со структурой М11Ю (рис. 4). Отмечено, что наиболее распространенной является структура с множеством локальных

СйММЕТТИЧНЫЕ

ВС ГУ ПР

—*-

НЕСИНН^ГРКЧНЫЕ

у_____

1ЕРАРХНЧЕСК1Е *_

одяогровкквыЕ

_„V

С СИММЕТРИЧНЫМИ

ип - БЛОКАМИ -*-

С НЕСИММЕТРИ&ЫМИ Ш1 - БЛОКАМИ

иного ип V-

-V

ОДИН Ш1 _V

ОБМЕН шк БЛОКАИИ ОБМЕН МЕХДУ Ш1 ДИЕРЕЗ ННОГОПОРТОВУКХ-ПАИЯТЬ

^ЗАХВАТ ШИНЫ*—--

кггдп и"окно"

->ПРОГРАММНЫИ<-СТРУКТУРА МП-БЛОКОВ

ОДНОШ&ННЫЕ

МНОГОШИННЫЕ

->С МАТРИЦЕЙ ПЕРЕКРЕСТНОЙ

КОММУТАЦИИ ~>С МНОЖЕСТВОМ ОБШИХ ШИН ->С МНОХЕСТВОМ ЛОКАЛЬНЫХ ШИН

Рис 4. Схема классификации ВС.

вин и одной .общей виной, и осуществлением межпроцессорного обмена через общее 037. Создание ВС с множеством общих вин, что необходимо для построения эффективной симметричной структуры, требует значительно больших аппаратурных затрат и разработки уникального системного программного обеспечения (ПО).

Рассмотрены вопросы использования' ФСП в составе ВС 77 UP. Проведен анализ современной элементной базы ФОП, отмечено, что перспоятмвт.'.ч для применения в ВС УУ ПР язллются собственно интогральниз ФОП и интегральныэ специализированные процессоры (СП), являющиеся классом непрограммируемых ФОП. Выполнен анализ методов вычисления ЭФ, т.е. функций типа arclg, arcsin, arccos, sin, cos, корень квадратный и преобразования координат. Спецификой вычисления ЭФ и преобразования координат в ВС УУ ПР, по сравнению с УЧПУ. станков, является допустимость значительно меньшей точности вычисление Сделан вывод о целесообразности использования таблично-алгоритмического и итерационных методов типа "цифра за цифрой". Рассмотрены вопросы проектирования СП, вычисления ЭФ и преобразования координат для ВС УУ ПР.

При проектировании структуры ВС необходимо предусматривать средства организации многозадачного режима, поддерживающего развитие асихронных и параллельных взаимодействующих процессов. Отмечено, что для этих целей наиболее часто используются диспетчеры реального времени (РВ) и операционные системы(ОС) РВ. Анализируются достоинства и недостатки этих средств, делается вывод о перспективности применения современных ОС РВ. В качестве таковых для ВС УУ ПР целесообразно использование ОС РВ типа XINU и RESIDENT.

Предложен метод высокоуровневого моделирования структуры ВС, использующий формализм модифицированных Е-св-тея. Использование таких моделей позволяет, применяя оценки весов вершин ГСА, анализировать возможное снижение производительности ВС из-за конфликтов при доступе к разделяемым ресурсам ВС (шины, общая память, порты ввода/вывода). В Главе 4 рассматриваются вопросы построения расписания и их использования для выбора структуры ВС УУ ПР. Отмечается, что проблема планирования вычислений является NP-трудноя, точное решение которой можно получить методом полного пвре-

бора. Для сокращения числа рассматриваемых вариантов целесообразно использовать метод "ветвей и границ", позволяющий сократить их число. Проведен анализ известных методов статического планирования, т.е. выполняемого до начала собственно вычисления.

Предложен метод модификации исходной ГСА, позволяющий строить расписания выполнения ГСА с соблюдением директивных сроков и в случае Ткр > Т, где Ткр - критический путь в ГСА, Т - директивный срок. Для модификации ГСА разработан следующий алгоритм: 1> Определение множества путей в на ГСА 6 из начальной вершины в конечную, длина которых превышает Ткр.

2) На множестве в определяются вершины о^ , расстояние от которых до конечной вершины не превышает Ткр.

Эти вершины помечаются.

3) Производится декомпозиция ГСЛ 6 на два г.одгрифл 61 н 62. Подграф 61 образован частяки кножестса путей С , включающих непомеченные, вершины. Подграф §2 включает в себя помеченные вершины в . ^

Исходная ГСА 6 преобразуется в граф 6, который образуется из подграфа 62 добавлением двух Фиктивных с-ершин с нулевыми весами, которые соединяются дугами соответственно с начальными и конечныии вершинами подграфа 02 . С згим расширенным подграфом 62 соединяется подграф 6! - начальные вершины 61 соединяются с начальной фиктивной вершиной подграфа 62, а конечные с конечной фиктивной вершиной подграфа 62 .

5) Далее по любому алгоритму статического планиоьання производится распределение вершин графа <л по процессорам выбранного типа.

Предложенная модификация исходной ГСА фактически представляет собой использование конвейерного принципа обработки информации в ВС УУ ПР. При этом сначала выполняется подграф 61, а затем в последующие циклы выполнения ГСА параллельно выполняются 61 и 62.

В Главе 5 была выполнена проверка разработанной методологии при проектировании структуры УУ ПР "ЛУЧ". Проектирование выполнялось в рамках модернизации серийной стойки управления "Контур-1". Была построена алгоритмическая систеыа и

\

ГСА различных режимов функционирования ПР, выполнено программирование частных алгоритмов на языке программирования С. Использование в качестве инструментальной ЭВМ ДВК-3, имеющего тот же процессор, что н одноплатная микроЭВМ НС1201.02 в УУ ПР 'Контур-1", позволило для оценки есов ГСА использовать результаты трансляции и выполнения программ на ДВК-3. При рассмотрении перспективного варианта использования инк-реиентных оптических датчиков вместо реэольверов, была обнаружена невозможность реализации ГСА режима выполнения управляющей программы за директивный срок. Обоснована необходимость использования дополнительного ФОП, исследована требуемая точность вычисления, определены размеры таблиц и формат представления чисел в ФОП. Моделирования с использованием модифицированных Е-сетея процесса взаимодействия УУ ПР и пульта управления ПР, позволило оценить снижение вычислительной нагрузки на ВС 77 ПР при использовании интеллектуального пульта. Разработаны принципиальные схемы и изготовлен макетный образец интеллектуального пульта. В приложениях приведены исполозованные в диссертационноя работе алгоритмы и тексты разработанных программ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена вопросам проектирования структуры 77 ПР. В ходе теоретических и экспериментальных исследования получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ 77 ПР, серияно выпускаемых в настоящее время. Выявлены основные Функции и требования, которым должны удовлетворять 77 ПР, используемых в качестве основного технологического оборудования. Сделан вывод об отсутствии в настоящее время методологии проектирования структуры 77 ПР,

2. Предложена обобщенная алгоритмическая система, которая может быть положена в основу системного ПО проектируемого 77 ПР.

3. Проведен анализ современных структур многопроцессорных ВС. Сделан вывод о перспективности построения ВС для 77 ПР как в классе однородных структур, так и в классе неоднородных структур, содержащих универсальные 1Ш и ФОП.

Обоснована необходимость и предложен метод анализа требуемой точности вычислений при реализации алгоритмов решения ОЗК, ПЗК и интерполяции.

5. Предложен метод выбора оптимальной, в смысле предложенного критерия, структуры БС.

Научная новизна работы заключается в следующем :

1. Разработана методология проектировния структуры УУ ПР.

2, Разработан метод определения требуемой точности вычисления при реализации алгоритмов решения ОЗК, ПоК и интерполяции. На основе предложенного метода разработан пакет программ определения требуемой точности вычислений для управления ПР "ЛУЧ".

3.. Разработан метод конвейеризации для обеспечения возможности выполнения ГСА с соблюдением заданных директивных сроков.

4. Предложены два алгоритма оптимизации временной диаграммы работы однородной ВС с целью перехода к неоднородной ВС,

обладающей лучшим значением критерия оптимальности.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что разработанная методология проектирования использована при'проектировании УУ ПР "ЛУЧ" (внедрение на ИСПО "Красный пролетарии", г.Москва) и при проектировании интеллектуального пульта обучения ПР (внедрение на НПО "Гранат", г.Минск).

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Ибрагимов Р.Ф., Полонский M.U. Микропроцессорный контроллер приводов промышленного робота.//Состояние, опыт и направления развития работ по комплексной автоматизации производства на основе ГПМ, РТК и ПР: Цат. регион, научи.-техн. сем., Пенза, июль, 1933, - Пенза, - 1988, -с.105-106. ■

2. Полонский U.U. Архитектура микропроцессорной системы управления адаптивного робота.// Молодежь и научн.-техн. прогресс: Тезисы докл. республ. научн.-техн. конф. Ереван, апрель, 1Я88, - Ереван, - 598в, - с.144.

3. Полонский U.U. Проектирование устройства управления РТК раскроя листового материала.// Автоматиз. машиностр. произв. с применением пром. роботов и роботиз. технол. компл.: Тез.

докл. научи-.-техи. кон»., Москва, октябрь, 1989, - Москва,

- 1989, - с. 31-32.

4. Полонский H.H. Анализ точности вычисления при решении задачи планирования траекторий проиыалвнного робота.// Новые направления развития систем управлении для пром. робототехники и станочного оборудования : Тел. докл. респ. научи.-техн. конФ., Минск, ноябрь, 1989, - Минск, - 1989,

- с. 114-115.

5 Горбачев B.C., ПолоискиЯ Ч.Ч., Полу .'ояр:-:ноэ О.Д. Интел-лвкгуалышл пульт ручного упрьвлання П?.//7а:; зе, - с'. 53 -54.

6. Полонский U.M. Проектирование структуры УУ ПР, используемых в состава ГПН./ Научно-технические аспекты разработки и реализации программы создания A3. Сборник научных трудов под ред. Черпакова Б.И. - Н.: 1991 г. - с.118-124.