GOS for Iphone / mobile / Аппаратное и программное обеспечение

TD

RD

Частота для версии 1.0 равна 2.5 Гбит/с

Совокупность нескольких line называется link, которые бывают х1, х2, х4, х8, х16, т.е. эти числа определяют количество line, которые могут работать параллельно.

Подключается этот интерфейс через матричный коммутатор к процессору:

line01 матричный line02 коммутатор

От параллельного к последовательному интерфейсу перешли потому, что возникает потребность в использовании проводников одинаковой длины в точности до микро метров.

3. Централизованные и распределенные системы управления роботами. Применение устройств связи с объектами (УСО) для решения задачи управления сложными системами (на примере УСО фирмы Advantech).

Групповое управление везде начиналось с централизованного как наиболее простого алгоритмически. Последующая тенденция — это постепенное развитие децентрализации с передачей на местный уровень части функций центра. Основные достоинства такого подхода — это наилучший учет, в том числе путем адаптации, местных условий, наибольшая точность относительной координации соседних объектов и надежность, а также освобождение от таких недостатков централизованного управления, как большая размеренность и объем обработки всей информации в центре, невысокая надежность (полная зависимость от центра и связей с ним). Сформулируем основные принципы групповой организации и управления, выработанные в живом мире и обществе, которые могут быть полезны в робототехнике.

1.В самом общем случае такие структуры являются иерархическими с функциональной специализацией по уровням и выработанными оптимальными значениями численности на каждом уровне.

2.Одни и те же объекты управления могут входить в состав двух и более структур, преследующих разные, но не антагонистические цели (такие параллельные структуры могут целиком состоять из одних и тех же объектов).

3.Управление этими структурами является иерархическим и комбинированным, сочетая принципы централизованного (вертикального) и децентрализованного (горизонтального) управления. Первый реализует общесистемные цели, а второй осуществляет координацию действий членов своей группы и адаптацию к местным условиям.

4.Эволюция развития технических систем группового управления идет в направлении увеличения децентрализации (управления на местах) с сохранением за центром только обеспечения общесистемных (пока не поддающихся декомпозиции) функций группы.

5.Группы нижнего уровня могут иметь децентрализованное управление с централизованным параллельным управлением объектами группы с верхнего уровня или с выделением в группе централизованно управляемого ведущего объекта.

6.Структура групп объектов и управление ими определяются общими целями и при изменении последних соответственно изменяются. (Цели эти могут быть одиночными терминальными, дискретными циклическими и непрерывно меняющимися (траекторными).)

Простейший случай группового управления в робототехнике — это управление системой приводов одного манипулятора. Почти всегда это централизованное параллельное управление приводами. Простота такого управления достигается за счет завышенных требований к точности управления отдельными приводами по сравнению с требуемой точностью позиционирования рабочего органа манипулятора, которая при таком управлении определяется совокупностью погрешностей всех приводов. С ростом требований к точности управления абсолютными координатами рабочего органа необходимо переходить к управлению непосредственно по этим координатам, т. е. оснащать манипулятор соответствующей сенсорикой. Управляющие воздействия на отдельные приводы рассчитываются при этом решением обратной задачи кинематики или динамики в зависимости от требуемого быстродействия манипулятора.

В результате происходит переход к управлению с ведущим, где роль последнего играет рабочий орган манипулятора. С развитием адаптивного и интеллектуального управления роботами в них также развивается тенденция децентрализации, путем распределения между отдельными его системами задач обработки сенсорной информации, формирования моделей среды, знаний и т. д. Первоначальной аппаратной базой этого стали транспьютеры, а затем технические нейронные сети. Однако основная область группового управления в робототехнике — это управление несколькими роботами, выполняющими общую задачу. Простейшая задача такого управления — синхронизация выполняемых отдельными роботами или другими средствами робототехники операций, т. е. согласование их действий во времени. Это требуется при выполнении группой роботов общей работы, которая распадается на последовательно выполняемые отдельными роботами технологические операции. При этом рабочие зоны этих роботов не пересекаются и, следовательно, опасность столкновения их манипуляторов отсутствует. Пример

— управление группой роботов на сборочной линии, где роботы последовательно выполняют пооперационную сборку какого-либо изделия.

Продемонстрируем возможный подход к синтезу структуры группового управления на уровне планирования по критерию обеспечения заданного времени выполнения этой задачи

На рисунке приведены качественные зависимости времени принятия решения в системах группового управления, использующих различные стратегии управления, от числа объектов (членов) в группе. При централизованной стратегии управления центр принимает решение о действиях всех подчиненных ему объектов группы. При этом сложность задачи возрастает экспоненциально от числа объектов в группе и соответственно экспоненциально возрастает время ее решения. При использовании же стратегии децентрализованного группового управления каждый объект группы принимает решения только за себя, обмениваясь информацией с другими членами группы с целью оптимизации группового решения. Поэтому время группового решения в такой группе возрастает линейно при увеличении числа ее членов. График времени решения при использовании смешанной стратегии будет находиться где-то между этими двумя графиками.

Из графика на рисунке, зная число объектов в группе и требуемое время группового решения Треш, можно выбрать тип стратегии, который более приемлем в данном случае. Например, если число объектов меньше N1, то предпочтительнее использование централизованной стратегии, поскольку она обеспечивает более оптимальное групповое решение. Если число объектов в группе лежит в пределах от N1 до N2, целесообразна смешанная стратегия. Если

число объектов от N2 до N3, то следует использовать децентрализованную стратегию как наименее трудоемкую с точки зрения временных затрат на принятие решения. Если же число объектов в группе больше N3 , то следует переходить к иерархическому разбиению группы на подгруппы и, используя децентрализованную стратегию, сначала обеспечивать распределение задания между подгруппами, а затем, используя ту же стратегию, принимать решения о действиях объектов внутри каждой подгруппы. При дальнейшем увеличении числа объектов в группе необходимо соответственно увеличивать число уровней иерархии, чтобы "вписаться" в требуемое время принятия группового решения.

Значение требуемого времени решения Треш зависит от условий, в которых должна функционировать группа. Например, если это группа промышленных роботов, функционирующих в стационарных условиях, то ограничения на время решения задачи их группового управления практически не накладываются, поскольку эта задача может быть решена заранее, а результаты решения могут быть заложены в программы. Если же роботы должны функционировать в условиях заранее неизвестной ситуации, то такой подход уже не применим. В этом случае необходимо принимать групповое решение в темпе изменения ситуации в среде. Если ситуация меняется медленно, например, если роботы используются просто для исследования некоторой местности, можно использовать смешанную стратегию группового управления, когда из центра поступают задания для каждой подгруппы роботов, а внутри подгруппы используется децентрализованное управление. Если же ситуация меняется очень быстро, как, например, в боевой ситуации, то и решение о групповых действиях надо принимать быстро, вплоть до отказа от поиска оптимального решения. В этом случае необходимо использовать децентрализованную стратегию.

Организация распределенной системы управления группой роботов-штабелеров. Предложенному подходу отвечает распределенная организация системы управления группой роботов-штабелеров. Обобщенная структура такой системы управления группой роботов-штабелеров показана на рис. 3.

Рис. 3 – Структура распределенной системы управления группой

роботов-штабелеров

В состав системы управления входят: автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора, реализующее функции формирования и передачи роботам-штабелерам очереди заданий, формирования и ведения информационной модели склада, складского учета, а также отображения информации о текущих процессах, состоянии и положении РШ; БСУ j

– бортовые системы управления РШ, обменивающиеся информацией между собой и АРМ – оператора через каналы связи и предназначенные для решения задач планирования действий РШ и управления отработкой этих действий; датчики положения РШ (ДП j ); датчики состояния РШ (ДС j ); управляемые приводы (УП j ), обеспечивающие перемещение РШ и их механизмов и обработку действий по разгрузке/загрузке складских ячеек.

Система работает следующим образом. БСУ в текущий момент времени каждого РШ j имеет информацию о всех заданиях для группы,

содержащихся в очереди, о текущих действиях других РШ РШ h , о текущем состоянии и текущем положении всех РШ группы. На основании этой информации каждый РШ, завершивший выполнение задания, выбирает из очереди следующее задание и проверяет возможность его выполнения, т.е. проверяет, находится ли ячейка с указанным в задании грузом на обслуживаемом им складском участке. Если задание может быть выполнено, то в соответствии с выражением (2) осуществляется вычисления оценки эффективности выполнения этого задания данным РШ j .

Аналогичным образом осуществляется оценка эффективности

выполнения этого же задания другим РШ h , способные его выполнить, с учетом текущего положения этих РШ и этапов выполнения ими текущих заданий. Может оказаться, что какой-либо другой РШ h затратит

меньше времени на завершение своего текущего задания и выполнение

данного задания, чем РШ j . При этом, при расчете величины в выражении

(2) следует учитывать и перемещения, необходимые для завершения текущего задания РШ h . В том случае, если после обмена информацией между роботами оценка эффективности выполнения данного задания для РШ j оказывается меньше чем для других роботов, он отказывается от выполнения этого задания и переходит к анализу следующего задания из очереди.

После выбора задания, выполнение которого дает максимальный эффект по сравнению с эффектом, получаемым при выполнении этого же задания другими РШ, данный робот приступает к его отработке, и задание удаляется из очереди.

Следует отметить, что если ячейка с указанным в задании грузом находится на участке, который кроме данного РШ j обслуживается и другими РШ h , то при оценке эффективности задания необходимо учитывать текущее положение других РШ h и информацию о выполняемых ими заданиях, так как они могут на некоторое время закрывать доступ к ячейке с указанным грузом. В этом случае при определении оценки эффективности РШ j в

соответствии с выражением (2) при вычислении величины учитываются величины перемещений РШ h от его текущего положения до положения, при котором открывается доступ к ячейке с указанным в задании грузом для РШ j . Величина этих перемещений определяет время ожидания РШ j перед выполнением данного задания.

УСО

Неотъемлемой частью любой автоматизированной системы управления технологическим процессом (далее АСУ ТП) являются устройства связи с объектом (далее – УСО), назначение которых заключается в сопряжении датчиковой аппаратуры и исполнительных механизмов контролируемого объекта и/или технологического процесса с вычислительными средствами системы. Как правило, на УСО возлагаются следующие функции.

Нормализация аналогового сигнала – приведение границ шкалы первичного непрерывного сигнала к одному из стандартных диапазонов входного сигнала аналого-цифрового преобразователя измерительного канала. Наиболее распространены следующие диапазоны: от 0 до 5 В; от _5 до 5 В; от 0 до 10 В.

Предварительная низкочастотная фильтрация аналогового сигнала – ограничение полосы частот первичного непрерывного сигнала с целью

снижения влияния на результат измерения помех различного происхождения. На промышленных объектах наиболее распространены помехи с частотой сети переменного тока, а также хаотические импульсные помехи, вызванные влиянием на технические средства измерительного канала переходных процессов и наводок при коммутации исполнительных механизмов повышенной мощности.

Обеспечение гальванической изоляции между источником аналогового или дискретного сигнала и измерительным и/или статусным каналами системы. В равной степени это относится к изоляции между каналами дискретного вывода системы и управляемым силовым оборудованием.

Помимо собственно защиты выходных и входных цепей гальваническая изоляция позволяет снизить влияние на систему помех по цепям заземления за счет полного разделения Общего вычислительной системы и контролируемого оборудования. Отсутствие гальванической изоляции допускается только в технически обоснованных случаях. Помимо перечисленных функций, ряд устройств связи с объектом может выполнять более сложные задачи за счет наличия в их составе подсистемы аналогоцифрового преобразования и дискретного ввода-вывода, микропроцессора и средств организации одного из интерфейсов последовательной передачи данных.

УСО могут быть классифицированы по нескольким признакам:

По характеру преобразования сигнала

1.Преобразование из непрерывной в дискретную форму (пример — ввод сигнала с непрерывного датчика обратной связи, например потенциометра, с использованием АЦП).

2.Преобразование из дискретной в непрерывную форму (например, при передаче управляющего сигнала в усилитель мощности).

3.Преобразование из дискретной в дискретную форму (пример — ввод данных с импульсного датчика скорости).

По типу передачи данных, используемому в УСО

1.УСО с использованием параллельной передачи данных.

2.УСО с использованием последовательной передачи данных.

По способу взаимодействия с ведущим устройством

1.С использованием синхронного обмена.

2.С использованием асинхронного обмена.

3.С использованием обмена по прерываниям.

4.С использованием прямого доступа в память.

По количеству ведущих устройств

1.Одно ведущее устройство.

2.Несколько ведущих устройств

Каждое УСО может характеризоваться одновременно несколькими признаками в соответствии с приведенной классификацией, например: "УСО с использованием параллельного асинхронного обмена с одним ведущим устройством и выполняющее преобразование сигнала из непрерывной в дискретную форму".

Рис. 1.

Таким образом, УСО представляет собой "связующее звено" между цифровым фильтром (микропроцессором) и объектом управления. Задача разработки УСО распадается на три подзадачи:

1.Разработка соединения УСО с микропроцессором (с магистралью микропроцессора).

2.Разработка собственно УСО (устройства, обеспечивающие передачу данных и преобразование сигналов).

3.Разработка соединения УСО с объектом управления.