автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и исследование робототехнического имитатора полета для многофункционального моделирующего комплекса

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Г Б ОД ИМЕНИ В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

- — ^ .

На правах рукописи

Савилов Андрей Владиславович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РОБОГОТЕХНИЧЕСКОГО ИМИТАТОРА ПОЛЕТА ДЛЯ Ш10Г0ШВДЖШАЛЫЮГ0 МОДЕЛИРУЮЩЕГО КОМПЛЕКСА

Специальности: 05.09.03 - Электротехнические комплексы

и системы, включая их управление и регулирование; 01.01.11 - Системный анализ и

автоматическое управление

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете им. В.И..Ульянова (Ленина)

Научный руководитель

доктор технически! наук профессор Бордов О.А. Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Рассудов Л.Н. кандидат технических наук доцент Корженевский-Яковлев О.В

Ведущая организация - НИИ радиоэлектронных комплексов, г. Санкт-Петербург

Защита состоится •Л- <2^2^X1994 Г. в 19 час. на заседании диссертационного совета К 063136.08 Сашст-Петербургсхсого государственного электротехнического университета им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета. Автореферат разослан Я СЫ^Л^^ Г994 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Балабух А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В настоящее время наземные испытания 1ВЛЯВТСЯ ЭффСКТИБЦЫМ И ЭКОНОМИЧНЫМ инструментом ПОДГОТОВЮ1 [ринимаемых решений на веек этапах проектирования п [сследования систем управления подвижными объектами >азличного назначения в авиационной технике, хотя в этом :лучае, проблема адекватной имитации полетных условий в габораторных испытаниях приобретает особенное значение, 'акже важным аспектом является подготовка шсококвалифициро-шнных кадров летного состава гражданской и военной авиации. )тработка в наземных условиях навыков пилотирования, в гервут очередь визуального, и действий экипака в различных жстремалышх -ситуациях. Этим проблемам посвящены работы таких ученых как Бабенко B.C., Бакулов Ю.А., Боднер В.А., Зугаев Б.П., Годунов А.И., Григоренко В.Н. Денисов В.Г., Ермолов O.K., Закиров P.A., Иеерович Г.Ш., Смирнова И.И., 1/укшунов В.Б. и др.

Существующие в настоящее время моделирующие комплексы, созданные для решения этих проблем, в основной массе фвдетавляют собой многозвенные электро- или гидромеханизмы специальной конструкция с перестраиваемой оптикой, управ-мщей ЭВМ и необходимым математическим, алгоритмическим и трограммяым обеспечением. Проектирование и производство сомплексов, построенных по такому принципу, требует цжвлечешя целых коллективов, специализирующихся в цюектировании и разработке подобных устройств, значительных финансовых затрат, специальных производственных мощностей и [дательных сроков изготовления.

В. данной диссертационный работе была рассмотрена зозмоясность использования в качестве основы для построения 5олее экономичного многофункционального моделирующего комплекса испытаний бортовой аппаратуры ЛА , робото-гехнического имитатора полета, построенного на базе антропоморфного робота с адаптивным управлением.

Целью работы является создание многофункционального робототехнического имитатора пространственных дтнжемнй подвижного объекта, пригодного для использования в

многофункциональном моделирующем комплексе наземных испытаний систем управления летательных аппаратов.

Методы исследования. Разработка структурной схемы и выбор , элементов робототехнического имитатора полета проводились при помощи системного анализа структуры моделирующего комплекса наземных испытаний систем управления летательных аппаратов и анализа задач, для решения которых он предназначен. Алгоритмы имитации полета в рабочем пространстве робота и имитации рулевых органов ЛА разработаны посредством последовательного преобразования координат. Параллельная транспьютерная реализация адаптивных законов управления траекторным движением робота проведена в программной среде РАД1Х на основе метода геометрического параллелизма.

Научная новизна работы определяется следующими результатами.

1. Впервые предложен принцип построения робототехни-ческих имитаторов полета на основе антропоморфных роботов с адаптивным управлением, реализованным на базе транспьютеров, предложенный и обоснованный для многофункциональных моделирующих комплексов наземных испытаний ЛА.

2. Разработаны алгоритмы и программные . средства имитации полета ЛА в рабочем пространстве антропоморфного робота.

3. Разработаны алгоритмы управления робототехническим имитатором полета от имитаторов кабинных органов управления многофункционального моделирующего комплекса.

■ 4. Проведено распараллеливание адаптивных алгоритмов управления траекторным движением робототехнического имитатора полета с последующей транспьютерной реализацией.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

1. Разработка и внедрение многофункционального моделирующего комплекса наземных испытаний бортовых систем управления маловысотным полетом высокоманевренных ЛА на базе ПЭВМ и робота ПУМА-560 (концерн "Ленинец", г. Санкт-Петербург, Военная академия противовоздушной обороны Сухопутных войск Российской Федерации г. Смоленск).

2. Подготовка и внедрение в учебный процесс на кафедре

:истем автоматического управления СПбГТЭУ циклов лаборатории работ на базе робототехнического имитатора полета в замках курсов "Адаптивное управление в технических системах" \ "Системы наземных испытаний".

3. Применение разработанного транспьютерного программного моделирующего комплекса в исследованиях, проводимых в Центре транспьютерных технологий СПбГТЭУ.

• Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной работы неоднократно обсуждались на научно-технических земинарах кафедры систем автоматического управления СПбГЭТУ в 1992-1994 гг.

По теме диссертации опубликованы четыре статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введе-яия, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 55 наименований и двух приложений.

Основная часть работы изложена на 127 страницах машинописного текста.

Работа содержит 29 рисунков и 3 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель исследований. Отмечены научная новизна и практическая ценность-результатов работы. Изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе отражено современное состояние автоматических систем управления летательными аппаратами (ЛА) и показана роль их наземных испытаний. Обзор некоторых разработок в области комплексов моделирования М показывет, что ведущей тенденцией становится создание многое-функциональных моделирующих комплексов (ММК) на «мае вычислительной • техники и систем генерации изображения. Имитация полета ЛА в таких ММЕС производится при помощи движения сложных возвратно-поступательных механизмов совмещенного с оптическими эффектами. При этой стоимость таких ММК часто превышает стоимость моделируемы* ЛА. Особое внимание в обзоро уделяется моделирующему ксмшексу для исследования американского вертолета Нй-бОВ и специальных

режимах полета. Характерной » Л;обенносты> этого комплекса является использование имитатора визуальной, обстановки (ИБО) совместно с другими видами информации о полете на этапе проектирования современных бортовых систем и отработки навыков пилотирования.

На основе анализа типовой структуры ММК о ИБО и требований к отдельным подсистемам моделирующего комплекса в работе обосновывается построение ИБО на базе робототехничес-кого имитатора полета (РИП). В отличие от широко используемых в тренажерных комплексах ИБО, построенных по кинематическим схемам с возвратно-поступательным движением, имеющих сложную оптику с изменяющейся геометрией и дополнительные устройства, обеспечивающие эффекты, повышающие достоверность'и наглядность визуальной картины, созданный на базе РИП имитатор визуальной обстановки является более пространственно мобильным, гибко переналаживаемым на различные режимы и в десятки раз более экономичным при сохранении необходимого правдоподобия имитации визуальной обстановки.

В состав РИП входит антропоморфный робот с штатной системой управления, управляющая ПЭВМ и транспьютерный модуль адаптивной коррекции траекторного движения робота. Робот предназначен для масштабного воспроизведения закрепленным в схвате твердым телом - телевизионной камерой или испытуемой реальной аппаратурой - пространственных и угловых эволяцнй ЛА. Задачи управляющей ПЭВМ - моделирование в реальном времени динамики полета ЛА, генерация траектории ЛА, ' преобразование координат движения ЛА в координаты движения телекамеры в рабочем пространстве робота, программная поддержка кабинных органов управления, а также, учет динамики преобразовательно-силовых и Информационных устройств и тех систем управления ЛА, которые не входят в состав реальной аппаратуры тренажера или имитатора ЛА и исследуются моделированием. Кроме того, в задачи ПЭВМ входит весь спектр вопросов сервисного обслуживания. Заметим также, что ПЭВМ является йоз1;-машшой для транспьютерного модуля адаптивной коррекции приводов роботов. Следует подчеркнуть, что здесь, как ни в каких промышленных аспектах

использования антропоморфного робота, с наибольшей отдачей эксплуатируются те его режимы, в которых перемещение и угловая ориентация схвата по сложным пространственным траекториям должны осуществляться с такой высокой точностью, когда сказывается собственная динамика и неидеальности конструкции манипулятора как шарнирно связанной системы абсолютно твердых или упруго сочлененных тел. Решение задач воспроизведения динамики полета ЛА с одновременным подавлением взаимосвязанной нелинейной и упругой динамики собственно механической конструкции манипулятора должно рассматриваться в рамках адаптивного подхода и требует реализации алгоритмов адаптации в реальном теше времени, что монет быть возложено на транспьютерный модуль ввиду высоких вычислительных затрат и удобства распараллеливания алгоритмов адаптации.

Созданный робототехнический . комплекс имитации полета следует рассматривать как некий модуль, дорабатываемый в том или ином направлении использования его в различных задачах наземных испытаний.

Функциональные возможности антропоморфного робота, входящего в состав РИП, являются определяющими в достижении РШ технических характеристик, требуемых заданием. Поэтому в главе рассмотрены вопросы- обоснования выбора конкретной модели робота на оснрве анализа мирового парка роботов. Наиболее полно предъявляемым требованиям удовлетворяет универсальный промышленный робот РМ-01 (зарубежный аналог -РОМА-560)» имеющий устройство контурно-позиционного управления (УУ) "Сфера-36".

Вторая глава посвящена вопросам разработки алгоритмического и программного обеспечения имитации полета ЛА в рабочем пространстве робота.

При моделировании динамики движения ЛА, согласно Буков В.Н. "Адаптивные прогнозирующие системы управления полетом", используются следующие правые системы координат (СК): нормальная земная, нормальная и связанная. Для определения относительного положения связанной и нормальной СК используются углы курса 41, тангажа 9 и крена В свою очередь, в роботе РМ-01 используются две системы координат:

базовая система координат ТОДЫЗ и координатная система инструмента TOOL.

В результате исследования штатного математического обеспечения системы управления "Сфера-36" было установлейо, что в памяти робота кавдая точка представляется тремя декартовыми координатами (xh,?k,Ek) й девятью направляющими косинусами te »в ,в ,е ,е ,е ,в »в ,в ). Таким

* v* it у XZ у* уу у t t* ty % t.

образом» задача преобразования координат движения м (1ла,Ула,ала,»1,»,|) в координаты движения робота {хк»ук»ик, е ,е" ,е ,е ,е ,е ,в ,в ,е )> учитывай Технические

**' ху' хг у к уу yz* tx' zf zi

параметры моделируемого ЛА и системы технического зрения состоит в получении зависимостей вида:

х*-1,(хла- ула- 8ла'"' V V V»

ук.^(хла, уда, 2ла, V, 7, ». т), I2, lt).'

Vi3<^a' ула' гла' V V V»

еххЛ-(хла' ула' 2ла' V V 1,).

exy"is(xла- ула' ала' Li- V

«„-^ла- ула' со я4 V, 7. Р. ч. V V 11)'

V*7 (хла' ула' вла* V, 7. Д, п. V V

вуу-^ла- ула' 2ла* V, 9, 7 » Л. п. V V lt).

со 2ла' V. 9, 7» Д, 11. V V

8„-Г1о(хла • ула 2ла • V. 9 , 7 i м , п ' 1,

■ егу"Г11(хла' ула' йла' Ч »»• V V V*'

<хла' ула- гла- »• •• *» V V V'

(1)

где р - угол прибора прицельного визирования} ц - угол несовпадения между оптической осью, телекамеры ИБО и плоскостью симметрии ЛА; Ь1,12 - конструктивные параметры телекамеры; 11 - это расстояние в масштабе макета рельефа местности от центра масс ЛА до центра входной линзы прибора прицельного визирования.

. Часть аргументов выражений (1), а именно величины й,г},11,Ьг,1 , остается постоянными в течении всего времени

моделирования, поэтому целесообразно программной командой TOOL (которая входит в состав A1PS - штатного программного обеспечения УУ "Сфера-Зб" и производит коррекцию инструмента в охвате робота) сместить и развернуть СК TOOL таким образом, чтобы учесть эти величины. Выполнив команду TOOL и учтя эти величины всего один раз, перед начало^ моделирования процесса движения ЛА, мы тем самым приведем выражения (1) к следующему виду:

p. r.

1». f. 1,

VF3(SV v, r.

T),

в -Fs(V, *v . ». тг),

в -Fe(v, i> ». T),

e -F7 (v, У* ff. *),

e -FeCv, У У ». l).

e -Fe(v, ** 4, Jf),

e ¿Fio(e>, z* 4, 1).

e -Fu(v. *y jr ).

e -Fi2(V. **. 4. If)-

Аосле некоторых координатных преобразований, выразившихся в последовательности поворотов и перемещений связанной СК относительно нормальной, а также с учетом того, что искомые соотношения вида <2) будут программно реализованы на ПЭВМ в реальном масштабе времени, окончательно получим следующие выражения:

V^a-1,31**' •

Ук=Ула+1,2"1 tco3(e-i|»)+cos(3+v)],

е х=2"11соз (7-v») +cos (7+v) ] +2 "1 {2 "1 [ sin (e+r+v)-

-slnU+7-v) ]+2_1 tsin(ff-7-v))-sln(e-j+v) 3 exy=2"1 [sin(fl-tp)-sin(«+i)i)], 0](i=2"1 lsln(7-»i)+sin(7+vi)]+2"1{2"'lIcos(e+7Tv)-

-COS (Í+7+V ) 1 +2 "1 [ COS (»-7-41 )-COS ( »-7+V )]} , в =2 [Sin(7+lp)-Sln(7-V>)l+2 {-(2 [COS(o+7~D))+

У *

+cos (a+7+v) ] )+2"11 cos (9-7-41 ) +COS (9—j+v) ]},

e y=2-1 [cos(9-vi)+cos(»+v)J.

е^г=2-1 [cos(7-4i)-cos(7+v)3-2"'1{2",[sin(fl+7+K))+

+sin [Sln(tf-y-íí)+SÍnI9-7+í)))},

ег =гг1[sln(»-7)-sin(«+7)], e =sin9,

еЕг,=2-1 [cos (9—7 )+cos (9+7) 1 •

Программная реализация выражений (3) проведена на языке Си с заданием значений тригонометрических функций в табличной форме и выполнением расчетов в формате с фиксированной

38ПЯТОЙ.

Щи разработке алгоритма генерации траектории учтено, что перемещение ЛА из 1-го в 1+1 положение дВ можно

представить как ¿R = /дхг+дуг+дгг , . где дх, ду, да -проекции ДЕ на соответствующие координатные оси, которые можно представить в виде соотношений:

i

ÜX=ARCOSaCOSp, Ay=¿BslnaCOSP,

A2=iEslnp,

'де а - угол меяду проекцией дИ на плоскость ХОУ и осью ОХ,

Э - угол между ¿Б и плоскостью ХОУ. 'аким образом, задав определенное значение ЛИ и дискретность гзменения а и Э на диапазоне (О ; я/2] можно сформировать шссивы значений дх, лу и лг. Величина дй определяется из ¡оображений обеспечения непрерывности движения манипулятора МП по заданной.траектории со скоростью 7, которая задается [рограммно в системе программирования робота АИРБ. В каждом -м шаге цикла производится выборка из оперативной памяти ех элементов массивов йх, ду, да, индексы которых соотйет-;твуют текущим значениям управляющих воздействий органов правления ММК. После чего эти элементы складываются либо «читаются (в зависимости от знака) от значений координат ч 1,у» 1'21 1 вычисленных в прэдидущем шаге. Текущие начения координат х,, у, и . должны удовлетворять ледувдим условиям:

а) не выходить за пределы установленные в штатном атобеспечении системы управления робота;

б) обеспечивать безоп'асное движение телекамеры над акетом местности.

осле проверки этих условий текущие значения координат х1, ■ , заносятся в' буфер для последующей их передачи по ивии связи в УУ "Сфера-36".

В этой главе рассмотрены также вопросы организации бмена информацией мезду управляющей ПЭВМ и УУ "Сфера-36"' осредством стандартного протокола последовательного обмена 5232С и описана работа вспомогательных программных модулей, беспечиващих сервис процесса моделирования.

Третья глава посвящена разработке алгоритмов и-програм-ешх средств управления РИП от кабинных органов управления К основным кабинным органам управления М, рассматриваем в работе, относятся штурвал, сектора газа или рычаги правления подачей топлива в двигатели и средства управления яециальннм оборудованием ЛА. Состояние основных эбинных органов управления описано следующими переменными: эн угол поворота штурвала в плоскости перпендикулярной га оси; 6рВ - величина продольного перемещения штурвала ноль своей оси; б - величина перемещения рычага подачи

топлива в двигатели (сектора газа). Преобразование значений 6рН и <5рВ в значения углов поворота элеронов,, рулей высоты, рулей направления и других рулевых поверхностей ЛА производится в имитаторе динамики полета.

В качестве имитатора управляющих органов ЛА в работе обосновано применение ручного манипулятора джойстик, представляющего собой двухкоордшштную ручку, оснащенную двумя кнопками. Джойстик может быть присоединен к ПЭВМ через стандартный игровой порт, который поддерживает одновременно два джойстика. 1ВМ РС А.Т предоставляет поддержку джойстика на уровне операционной системы. Следовательно доступ к джойстику возможен непосредственно из программы, написанной на языке высокого уровня.

Зависимости значений координат перемещений основных кабинных органов управления ЛА от значения координат и статуса кнопок джойстика были определены следующими выражениями:

6„г= 1 - к (N1 - N2), N2, (Н1. - N2) *

У

где - координаты джойстика; N1,2 - статус кнопок

джойстика; - масштабные коэффициенты; -

значения диапазонов изменения координат джойстика, определяемое; в процессе калибровки.

Для имитации управления специальным оборудованием М достаточно ввести программную проверку состояния кнопон джойстика, соответствующие управляющим кнопкам специальной: оборудования. В этом случае нажатие кнопки джойстике однозначно соответствует нажатию кнопки или клавиш

управления спецоборудованием. .....

Разработанные программные средства управления РИЛ т кабинных органов управления ЛА включают: программный модулх преобразования координат джойстика в координаты кабиннш органов управления ЛА; программный модуль калибровю джойстика, позволяющий получить максимально достушш точность отработки управляющих воздействий джойстика,

независимо от его типа; драйвер джойстика, осуществляющий программную подде]ржку джойстика на тех компьютерах, где отсутствует тайёй Ноддержка на уровне системного программного обеспечения, расширяя тем самым класс 1ВМ-совместимых компьютеров, Которые могут применяться в качестве управляющей ПЭИЛ ММГС.

При использование ручного манипулятора типа джойстик в качестве имитатора кабинных ОУ ЛА отпадает необходимость в разработке и отладке дополнительных специальных аппаратных и программных средств сопряжений с ПЭВМ. Разработанные алгоритмы и программные средства преобразования координат джойстика в координаты органов управления ЛА позволяют, с достаточно высокой степенью приближения к реальной обстановке, имитировать управление ЛА при помощи штурвала и сектора газа и дают возможность использовать МЖ в режимах моделирования высокоманевренного маловысотйого полета ЛА.

В четвертой главе рассмотрены вопросы повышения динамической точности манипулятора РИЛ МЖ средствами управления. Используемый в.РЙП ' манипулятор РМ-01 обладает позиционной точностью пространственных перемещений до 0.1мм, и для реализации этих его точностных Возможностей при отработке им траекторйй высокоманевренного сверхзвукового полета ЛА необходимо ограничить его динамические ошибки величиной порядка 0.5+1.0 мм Однако действительные динамические ошибки манипулятора в реййМах перемещений с предельными ускорениями превышают статические ошибки в сотни раз из-за двух причин: возникаю^ обобщенных сил инерции и гироскопических эффектов, ЬОУбЛбШМвакщих . динамическое^ взаимовлияние степеней подвижности Манипулятора, а также упрумк деформаций звейЬбй Манипулятора и других неИдеальйостей его 'Конструкции. При этом отмечено, что требование обеспечения сравнимых со статическим показателей динамической точности отработки манипулятором пространственных перемещений по сложным траекториям являет собой новый аспект его применения, отличный от тех применений, для которых он предназначен. Поэтому должны быть найдены дополнительные средства, достигающие этой цели, не предусмотренные при разработке механической конструкции и

средств управления промышленных роботов. Очевидно, что, признавая конструкцию манипулятора неизменной, решение задач повышения его динамической точности может быть рассмотрено только на пути создания средств управления, обеспечивающих воспроизведение траекторий манипулятора с рдновременным подавлением динамических ошибок, вызванных упругимй деформациями и нелинейным взаимовлиянием инерционных звеньев механической конструкции манипулятора. Решение этих задач рассмотрено в рамках адаптивного подхода.

Согласно Путову В.В., для класса взаимосвязанных нелинейных нестационарных механических объектов, к которым относится и трехзвенный манипулятор РМ-01, выбрана адаптивная структура прямого управления с алгоритмами параметрической настройки и мажорирующими функциями, решавшая задачи адаптивного управления собственной нелинейной динамикой и адаптивного развязывания степеней подвижности взаимосвязанных механических объектов при отработке ими сложных пространственных траекторий.

Выбор аппаратной базы для реализации адаптивного закона управления был определен следующими целями: обеспечение динамической точности траектораого движения манипулятора РМ-01, используемого в РИЛ; разработка в рамках ММК моделирующего комплекса для моделирования в реальном времени . динамики взаимосвязанных аежнейных нестационарных механических объектов, обобщенное математическое описание которых, кроме манипуляторов, охватывает чрезвычайно иирокий класс объектов, таких, как бортовые и наземные антенные установки и гироскопические системы; зешсшо-ракетные и артиллерийские стационарные и подвижные комплексы; многофункциональные комплексы для наземных испытаний силовых агрегатов и систем управления авиационной и космической техники и т.д.

При анализе современных аппаратных средств реализации адаптивных законов управления, сделаны следующие выводы:

1) серийные микропроцессорные модули являются наиболее подходящей базой для реализации взаимосвязанных адаптивных регуляторов для управления динамикой манипулятора РИП и моделирования законов управления . взаимосвязанными

нелинейными нестационарными механическими объектами;

2) основным требованием к микропроцессорам, наряду с высокой производительностью, является способность к работе в составе вычислительной структуры (сети) с высокоскоростным обменом данными между элементами структуры;

3) микропроцессорная структура должна быть реализована в виде аппаратного блока, который может легко быть состыкован с другим оборудованием ЫМГС, в первую очередь ПЭВМ я УУ "Сфера-Зб".

Наиболее перспективным представителем сембйства микропроцессоров, отвечающим этим требованиям, является транспьютер. Реализация взаимосвязанных адаптивных регуляторов на базе транспьютеров позволяет сократить время расчета адаптивного управления , по сравнению с традиционными микропроцессорными контроллерами за счет следующих факторов: распараллеливание вычислительного процесса по нескольким транспьютерам; использование возмошостей эффективного обмена данными мевду элементами транспьютерной структуры, который позволяет избавиться от ограничений присущих мшсротроцессорннм структурам с общей шиной.

При выборе метода распараллеливания задачи отмечено, что модель манипулятора и особенно взаимосвязанные адаптивные алгоритмы управления взаимосвязанными механическими объектами естественные образом декомпозируются по степеням подвижности. Т.е. имеется классический пример геометрического ■ параллелизма. Более детальное распараллеливание вычислительного процесса внутри кадцой степени подвижности нецелесообразно ввиду малой вычислительной нагрузки падающей в этом случае на транспьютеры при одновременном увеличении объема данных, передаваемых по линиям связи.

Разработка программных средств поддержки параллельных вычислительных процессов на транспьютерах была проведена на языке Си в программной среде РС-РАКГХ, которая является на сегодняшний день наиболее отработанной и удобной для пользователя операционной системой параллельных вычислитель-пых систем.

В работе проведен анализ эффективности разработанных параллельных алгоритмов, основанный на оценке соотношения

Времени вычисления и времени передачи данных мезду процессорами. Этот анализ показал, что для случая параллельной реализации адаптивных законов управления на транспьютерах Т805, трехстепенным. объектом типа манипулятор РМ-01, минимальный порог эффективности параллельных алгоритмов оказывается превышенным почти в 7 раз. Проведенное сравнение с существующими транспьютерными адаптивными контроллерами, показывает, что, контроллер, предложенный в диссертации обладает большим быстродействием, имеет более простую структуру и является более универсальным.

Разработанный в диссертации программный моделирующий комплекс (ПМК) предназначен для моделирования в реальном времени динамики многостепенных взаимосвязанных объектов, главным образом роботов и манипуляторов, с адаптивным управлением. Основными областями применения ПМК являются: проектирование новых моделей роботов и модернизация уже существующего парка роботов с точки зрения повышения их динамической точности средствами управления, главным образом адаптивного; разработка . и анализ адаптивных и других алгоритмов управления, поддающихся эффективному распараллеливанию. Кроме того, этот, программный комплекс может быть интегрирован в состав более мощного комплекса для моделирования производственных процессов, предполагающих использование 'промышленных роботов, в масштабах производственных единиц типа цеха или участка. Перспективным направлением явдяетса использование комплекса при проектировании травсщедерцда систем управления роботами . Пользователи 1Щ цолучадт эозмодаость использовать естественный параллелизм, задач моделирования многостепенных механических объектов и возможность выбора аппаратных средств в широком диапазоне отношений производительность/стоимость. Программное обеспечение комплекса позволяет мрделировать широкий круг представителей класса взаимосвязанных механических объектов с адаптивными алгоритмами управления, при минимальном, времени перенастройки ПМК на новый объект, цолучая при этом результаты моделирования в наглядной форме благодаря мощным графическим средствам ДОС.

Приложения содержат фрагменты листингов программ, входящих в состав разработанных программных средств ММК, а также акты внедрения и использования результатов работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложен принцип построения робототехнических имитаторов полета на основе антропоморфных роботов с адаптивным управлением, реализованным на базе транспьютеров, предложенный и обоснованный для многофункциональных моделирующих комплексов наземных испытаний ЛА.

2. Разработаны алгоритмы и программные средства имитации полета ЛА в рабочем пространстве антропоморфного робота, которые включают г

- алгоритмы преобразования координат ЛА в координаты телекамеры позволяющие использовать робот в качестве имитатора полета;

- программные средства, решающие задачу преобразования координат в реальном масштабе времени;

- программный модуль генерации траектории, осуществляющий выдачу управляющих, воздействий (в формате представления данных системы управления роботом);

- программные средства поддержки линии связи мезду управляющей ЭВМ моделирующего комплекса и системой управления робота.

3. Разработаны алгоритмы управления робототехническим имитатором полета от кабинных органов управления многофункционального моделирующего комплекса, которые позволяют с достаточно высокой степенью приближения к реальной обстановке имитировать управление ЛА при помощи ручного манипулятора типа джойстик и дают возможность использовать моделирующий комплекс в режимах моделирования высокоманевренного маловысотного полета ЛА.

4. Осуществлено распараллеливание адаптивных алгоритмов управления ' траекторннм движением робототехнического имитатора полета и их транспьютерная реализация в реальном масштабе времени, сокращающая время расчета адаптивного управления по сравнению с традиционными микропроцессорными

Контроллерами аа счет.следующих факторов: распараллеливание вычислительного процесса по нескольким транспьютерам; использование возможностей эффективного обмена данными негщу элементами транспьютерной структуры, который позволяет избавиться от ограничений, присущих структурам с общей шиной.

5. Примеведае транспьютерного программного моделирующего комплекса в задачах моделирования многостепенных взаимосвязанных механических объектов с адаптивными алгоритмами управления позволяет сократить время моделирования и дает возможность пользователю выбора требуемой конфигурации транспьютерной струлху ¿jh в широкое дн^швз^нв отношения производительность/стоимость.

ПШШ1Ш ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Борцов D.А., Путов В.В., Савилов A.B. Адаптивные взаимосвязанные электромеханические системы и их транспьютерная реализаций/С.-Петербургский гос. злектротехн. ун-т.-СПб., 1994.- 18 с.-- Дел. в ВИНИТИ 16.05.94- N 1204-В94.

2. Савилов A.B. Программный моделирующий комплекс на базе транспьютеров для моделирования в реальном времени динамики манипулятора с адаптивной системой управления/ С.-Петербургский гос. злектротехн. ун-т.- СПб., 1994.- 6 с.-. Два. в ВИНИТИ 06.04.94. N 832-В94.

3. Савилов A.B. Разработка алгоритмов и программного обеспечения робототехнического имитатора полета летательного аппарата // Изв. ГЭТУ: Сб. науч. тр. /С.-Петербургский гос. злектротехн. ун-т.- СПб. 1993.-Вып. 463.- С...31-35.

4. Савилов A.B., Свидерский С.Б. Преобразование координат в робототехническом имитаторе полета/С.-Петербургский гос. злектротехн. ун-т.- СПб., 1994. - 21 с. - Деп. В ВИНИТИ 03.06.94. N 1404-В94.

Подписано в печать 30.06.94. Формат 60x84 1/16. Офсетная печат! Печ.л. 1,0; уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак. М 91

Ротапринт ЫГП "Поликом"

19Т376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова., 5