549

УДК 658.5.011.56

Поляков, С. И. Управление мехатронными и робототехническими системами [Электронный ресурс]: методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.06

Мехатроника и робототехника / С. И. Поляков; ВГЛТУ. - Воронеж, 2019. - 14

с. - ЭБС ВГЛТУ.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО

«ВГЛТУ».

Рецензент: профессор кафедры систем управления и информационных технологий в строительстве Воронежского государственного технического университета В.И. Акимов

Введение

2

использованы для решения различных дидактических задач. Например, с

помощью лабораторно - практических работ достигается формирование умений и навыков, приобретение некоторых новых знаний, а также применение ранее полученных знаний.

Содержание самостоятельной работы на каждом этапе должно быть посильным для студентов.

Чтобы самостоятельная работа способствовала формированию инициативы и познавательных способностей учащихся, нужно предлагать такие задания, выполнение которых не допускало бы действий по готовым рецептам и шаблону. Только тогда будет достигнут нужный результат.

Методические указания призваны помочь студентам правильно организовать самостоятельную работу и рационально использовать свое время при овладении содержанием настоящей дисциплины, практическими умениями и навыками.

Самостоятельная работа направлена на освоение студентами следующих практических умений и знаний согласно требованиям рабочей программы учебной дисциплины:

– знать: основные понятия и концепции по курсу дисциплины

«Управление мехатронными и робототехническими системами»; основу научных представлений об управлении в мехатронике; основные алгоритмы управления роботами и мехатронными устройствами; основные приемы алгоритмизации задач управления;

– уметь: находить, обобщать и анализировать информацию о системах управления; работать с различными видами информации с помощью компьютерных и иных средств обработки информации; формировать управляющие сигналы на исполнительном, тактическом и стратегическом уровнях в мехагронных системах; разрабатывать и успешно применять алгоритмы решения практических задач управления движением в области мехатроники и робототехники; составлять математические модели элементов и систем управления; разрабатывать программное обеспечение управляющих

4

систем;

– владеть: усвоенными при изучении дисциплины «Управление мехатронными и робототехническими системами» основными понятиями и концепциями в области систем управления; способами построения и отладки компьютерных систем управления в тех разделах смежных дисциплин,

которые используются при изучении управления роботами и мехатронными системами с использованием современной микроконтроллерной техники;

навыками решения задач построения траекторий движения роботов и мехатронных систем; навыками использования возможностей современных компьютеров и информационных технологий при проектировании роботов;

навыками применения компьютерных средств обработки информации и управления при выполнении индивидуальных и коллективных проектов, для решения учебных задач и для будущей профессиональной деятельности.

Методические указания по организации и проведению самостоятельной работы студентов могут быть использованы преподавателями на учебных занятиях по данной дисциплине, студентами при освоении дисциплины.

Методические указания руководства самостоятельной работой студентов:

Четко ставить задачу предстоящей самостоятельной работы.

Добиваться, чтобы студенты выполняли самостоятельную работу осознанно, то есть ясно представляли теоретические основы выполняемых действий.

Вовремя предупреждать студентов о типичных ошибках и возможных способах их избегания.

Оказывать студентам помощь, не вмешиваясь в их работу без необходимости.

При допущении студентами ошибок подводить их к осознанию и пониманию сути и причин ошибок, с тем чтобы студенты самостоятельно нашли способ их предупреждения и устранения.

5

Практиковать промежуточный контроль хода и результатов самостоятельной работы студентов.

Рационально распределять задания самостоятельной работы по сложности с учетом индивидуальных особенностей и способностей студентов.

Стимулировать и поощрять проявления творческого подхода студентов к выполнению заданий.

Умело сочетать индивидуальную и коллективную работу студентов.

При оценке хода и итогов самостоятельной работы студентов исходить из положительных моментов в их работе.

Постоянно практиковать в ходе самостоятельной работы обращение студентов к разным источникам информации.

Методические рекомендации для студентов при выполнении самостоятельной работы:

1.Внимательно прочитайте материал по конспекту, составленному на учебном занятии при изложении материала преподавателем.

2.Прочитайте тот же материал по учебнику, учебному пособию.

3.Постарайтесь разобраться с непонятным, в частности новыми терминами. Часто незнание терминологии мешает студентам воспринимать материал на теоретических и лабораторно - практических занятиях на должном уровне.

4.Составьте план прочитанного, то есть объедините главные мысли в единое целое.

5.Ответьте на контрольные вопросы для самопроверки, имеющиеся в учебнике или предложенные преподавателем.

6.Кратко перескажите содержание изученного материала «своими словами».

7.Заучите «рабочие определения» основных понятий, законов.

8.Освоив теоретический материал, приступайте к выполнению заданий, упражнений; решению задач, расчетов самостоятельной работы;

составлению графиков, таблиц.

6

на окружности; на эквидистанте.

Раздел 4. Управление траекторными перемещениями.

Уровни иерархии управления. Режимы управления. Программные системы. Управление в функции состояния, комбинированные системы.

Показатели качества управления движением. Интерполяция траекторий движения рабочего органа исполнительного механизма Основные методы интерполяции. Метод оценочной функции. Линейная, круговая,

параболическая интерполяция траектории движения. Способы реализации алгоритмов. Метод цифровых дифференциальных анализаторов. Алгоритм интерполяции траектории движения. Интерполяция дуги окружности. Метод Волдера - Меджита («цифра за цифрой»). Таблично - алгоритмический метод интерполяции. Средства реализации алгоритмов интерполяции. Оптимизация алгоритмов построения траекторий. Управление контурной скоростью при интерполяции траектории движения. Расчет эквидистанты.

Раздел 5. Алгоритмы позиционного, скоростного и силового управления движением мехатронных систем.

Реализация алгоритмов управления. Позиционные, кинематические и динамические алгоритмы управления. Взаимосвязь и особенности.

Погрешности формообразования. Методика выбора требуемого быстродействия системы управления для заданного алгоритма интерполяции.

Повышение эффективности работы системы управления при формировании траекторий.

Раздел 6. Моделирование процессов управления объектом в реальном времени.

Понятие формальной системы. Имитационное моделирование.

Математические, графические, логико-лингвистические или описательные,

физические и формальные модели. Моделирование процесса управления.

Аналоговое и цифровое моделирование. Линейные и нелинейные модели.

Структурный метод построения модели. Программный и аппаратный уровни моделей. Сети Петри. Состояния элементов системы управления и события.

8

Переходы и блоки. Маркировка сети: фишки. Процедуры маркировки. Дерево достижимости. Безопасность. Параллелизм. Синхронизация в сети Петри.

Раздел 7. Локализация, навигация и картографирование в мобильной робототехнике.

Локализация робота в пространстве. Вероятностная локализация. Системы координат. Алгоритмы локализации. Представление окружения. Граф видимости. Диаграмма Вороного. Алгоритмы Brushfire и Bug. Алгоритмы прохождения лабиринтов. Движение вдоль опорной поверхности. Рекурсивный обход. Построение карт местности. Алгоритмы построения. Представление данных.

2. Самостоятельная работа студентов

Поскольку лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд разделов. Преподаватель сообщает студентам содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам.

Самостоятельно студенты в лаборатории 406 кафедры автоматизации производственных процессов дорабатывают лабораторно-практические работы, готовят отчеты по каждой из них.

9

Выполнение курсовой работы студентами производится за счет самостоятельной работы при организации регулярных консультаций. Целью выполнения курсовой работы является закрепление знаний, полученных на аудиторных занятиях. Тема курсовых работ – «Разработка программно-

алгоритмического обеспечения и структуры системы управления двухкоординатного мобильного робота для организации движения в свободной зоне (плоская задача) и зоне с детерминированным расположением препятствий». Каждый студент получает индивидуальные исходные данные.

Характер распределения препятствий выбирается случайным образом на плоскости, ограниченной заданными координатами. Конкретные числовые значения определяются преподавателем по номеру варианта. Программная часть реализуется средствами алгоритмического языка Small Basic,

траектория движения имитируется графическим представлением на экране монитора

10