Профессор Института радиотехнических систем и управления ЮФУ, доктор технических наук Анатолий Гайдук вместе с аспирантом Дмитрием Лукиным разработали новый метод синтеза нелинейных систем управления автороботами. Теперь система управления будет гораздо эффективнее в сравнение с аналогами – она обеспечит более устойчивое движение универсального робота по сложной траектории с заданной скоростью.
По мнению исследователей Южного федерального университета, наиболее широко распространенными являются наземные мобильные роботы. Они передвигаются до заданной точки с разной скоростью и поворотами, если такая необходимость существует, например, при возникновении препятствий, склонов и прочего. Таким, в частности, является робот-пылесос, который сегодня активно используется в быту у людей.
«Мобильные роботы должны двигаться по довольно сложным траекториям, включающим прямолинейные и криволинейные участки, поэтому их конструкция должна допускать движения с различной скоростью и сложными поворотами. Этими возможностями обладают четырехколесные роботы автомобильного типа, которых еще называют автороботами. Как и другие подобные роботизированные механизмы, они являются нелинейными объектами управления, и для их эксплуатации необходимы соответствующие нелинейные системы автоматического управления», – рассказал профессор, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Целевой поисковой лаборатории прорывных интеллектуальных технологий группового управления робототехническими комплексами Фонда перспективных исследований ИРТСУ ЮФУ Анатолий Гайдук.
Фото: пресс-служба ЮФУ
По словам ученого, линейные системы управления не учитывают ряд тонкостей, которыми обладают реальные объекты управления. Например, гибкость шин, которыми снабжен автомобиль, существенно смягчает толчки и тряску во время движения по не гладкой дороге. Учесть эту особенность авторобота в линейной системе практически невозможно, а нелинейные учитывают эти особенности и позволяют роботам с легкостью перемещаться по сложным маршрутам. К настоящему времени разработано много различных подходов к решению задачи синтеза нелинейных систем управления, в том числе и движением автономных мобильных роботов, однако поиск наиболее эффективных способов все еще остается актуальным. И, конечно, в решении этой задачи не обойтись без математики.
В недавнем проекте исследователей Института радиотехнических систем и управления ЮФУ, результаты которого опубликованы в научном журнале «Мехатроника, автоматизация, управление», задача синтеза решается с применением дискретно-непрерывной квазилинейной модели. Результатом работы стала разработанная автономная система управления автороботом, обеспечивающая отличное и точное движение по сложной траектории с заданной скоростью.
«На основании результатов моделирования движений авторобота можно заключить, что дискретно-непрерывная квазилинейная модель нелинейного авторобота, полученная численным методом, достаточно точно описывает его движения. Основное отличие от аналогов нашей синтезированной системы управления – это применение оригинальной математической модели авторобота и нового метода синтеза нелинейных систем управления. Разработанный метод синтеза является гораздо более простым и легко реализуется с использованием современных компьютеров», – отметил Анатолий Гайдук.
Предполагается, что предложенный учеными ЮФУ подход может применяться для автороботов различного назначения со сложными дифференцируемыми нелинейностями, которые оснащены системой измерения скорости, углов поворота, координат текущего положения авторобота, и должны двигаться по заданной траектории движения. Если же автономный авторобот предназначен для движения по дорогам без предварительно проложенного маршрута, то дополнительно требуется еще и система слежения за дорогой.
На данном этапе разработки ученых применяются в Научно-исследовательском институте робототехники и процессов управления ЮФУ и в лаборатории НИИ многопроцессорных вычислительных систем им. А.В. Каляева ЮФУ.
