Модулі систем управління тактичного рівня

Як приклад модуля управління тактичного рівня на виконавчому шарі розглянемо систему управління руху і виявлення мін мобільного робота, призначеного для розмінування мінних полів.

На Рис. 2.30 зображена структура розподіленої системи управління роботом.

Рис. 2.30. Структурна схема розподіленої системи управління роботом

Ця система забезпечує дистанційне керування з безпечної відстані в автоматичному режимі або в режимі телекерування оператора.

Центральний комп'ютер реалізує головні алгоритми транспортних роботів і навігаційних траєкторій руху, а також траєкторій пошукового сканування. Бортовий комп'ютер управляє виконавськими системами робота. Він передає усі дані з датчиків на центральний комп'ютер.

Бортовим комп'ютером управляє центральний комп'ютер, який знаходиться у безпечній зоні і аналізує поточну інформацію з робота.

Оператор може змінювати алгоритм руху згідно ситуації.

Датчик положення робота і електронний компас використовують для навігації, по них визначають позицію і орієнтацію робота відносно зовнішніх точок відліку.

Модулі систем управління на стратегічному рівні

Управління рухом людини

Людина здійснює в зовнішньому середовищі два види руху - маніпуляції і локомоции. Маніпуляція(від французького слова manus - рука) - цей рух рук при виконанні якої-небудь роботи. Локомоции(від латинських слів locus - місце і motio - рух) - цей рух усього тіла для здійснення переміщень в зовнішньому середовищі. Людина виконує його за допомогою ніг, але іноді використовує і руки(повзання, лазіння, плавання).

Рис. 2.31 Функціональна схема системи управління рухами людини

На Рис. 2.31 показана узагальнена функціональна схема систем управління рухами тіла людини, в які входять пасивна частина - скелет, її активна(рушійна) частина, - м'язи, чутливі пристрої - рецептори і система, що інформаційно-управляє, - центральна нервова система(ЦНС). Скелетом(його частина, яка бере участь в русі) є разом з м'язами об'єкт управління у вигляді рухливо сполучених кісткових ланок, що утворюють з позицій механіки багатоланкові кинема-тические ланцюги, подібні до маніпуляторів роботів. Управління цим об'єктом здійснює ЦНС на основі інформації, що отримується від рецепторів.

Основне призначення цієї системи управління - потримало пози, орієнтація(у зовнішньому середовищі), переміщення тіла в просторі - локомоции і, нарешті, маніпуляції.

Система управління рухами людини є ієрархічній, і в ній можна виділити наступні п'ять рівнів управління :

– стратегічний рівень(ухвалення рішення про виконання певних дій на основі мотивацій);

– тактичний рівень;

– три динамічні(виконавських) рівні(виконання рухів шляхом управління м'язами на основі зовнішньої інформації, рефлекторного пов'язаного управління декількома ланками тіла, рефлекторного управління окремими ланками).

На Рис. 2.32 дана загальна функціональна схема ієрархічної системи управління рухами людини.

На стратегічному рівні визначаються цілі, і здійснюється контроль за їх реалізацією, включаючи оперативне коригування цих дій і самих цілей залежно від ефективності процесу їх досягнення. Після завершення дій тут же оцінюються досягнуті результати. Цей рівень і сам безпосередньо бере участь в реалізації найбільш складних і нових рухів.

На стратегічному рівні вибрана основна мета зазвичай розбивається на окремі подцели, які послідовно видаються на тактичний рівень. Робота тактичного рівня розпочинається кожного разу з формування моделей середовища і організму, орієнтованих на спущену чергову мету, і з вивільнення з пам'яті відпрацьованих раніше відповідних планів дій, в яких ця мета у свою чергу може розбиватися на ще дрібніші тактичні подцели.

Для вибору тактики досягнення заданої згори мети і складання відповідного плану дій необхідно знати зовнішню обстановку і стан організму. Цьому служать моделі зовнішнього середовища і тіла, які формуються і безперервно коригуються на основі отримуваної сенсорної інформації. При цьому для кожної конкретної мети ці моделі перетворяться, орієнтуючись на цю мету, шляхом виділення найбільш суттєвих для її досягнення особливостей і деталей.

Використовувана на цьому рівні інформація переробляється таким чином, що містить вже не кількісні, а узагальнені якісні характеристики об'єктів, т. е. тут застосовується не метрика предметів і дій з ними, а їх топологія і поняття(буква, стілець і т. п.).

Рис. 2.32. Загальна функціональна схема ієрархічної системи управління рухами людини

На Рис. 2.32 показані також прямі дії, що управляють, зверху вниз, минующие окремі проміжні рівні(пірамідний шлях), що йдуть вгору канали зворотного зв'язку і взаємодії на моделі середовища і тіла з боку стратегічного і тактичного рівнів, здійснюючі підстроювання цих моделей під чергове конкретне завдання і використовувані для прогнозування результатів планованих дій.

Завершуючи розгляд цієї системи управління, ще раз підкреслимо, що кожен її рівень реалізує доручену йому операцію шляхом розбиття на дрібніші типові операції, що знаходяться в арсеналі наступного рівня, і послідовної видачі цьому рівню відповідних команд.

Разом з таким послідовним ієрархічним процесом управління тут, по-перше, здійснюються, як уже згадувалося, прямі дії згори з пропуском окремих проміжних рівнів, а, по-друге, окремі реакції організму на зовнішні і внутрішні обурення реалізуються без участі верхнього рівня певним проміжним рівнем відповідно до його спеціалізації. Таким чином, усі рівні управління насправді працюють як послідовно, так і паралельно, доповнюючи і резервуючи один одного.

Важливими особливостями матеріальної реалізації розглянутої системи є її многоканальность і надмірність. Отримання інформації, її обробка, запам'ятовування і перетворення в м'язові зусилля здійснюються по тисячах і мільйонах паралельно діючих каналів з пошарово побудованих ансамблів нейронів. Ця інформація носить імовірнісний характер, як і склад оброблювальних її ансамблів нейронів, який сам визначається цією інформацією. (При цьому, від шару до шару кожен вид інформації - зорова, акустична, температурна і т. п. - передається тактований з розподілом її по шару, у відповідності просторовим розміщенням об'єктів, що відображаються нею, в реальному середовищі.)

Такий принцип паралельної обробки сигналів забезпечує системі в цілому необхідну швидкодію і надійність, недосяжні доки в технічних системах.