Введение

Лекция 3

Благодаря стремительному развитию технологий появляются новые средства разработки и прототипирования, в том числе и автономных устройств, способных самостоятельно передвигаться и выполнять механические действия. При этом сейчас есть широкий выбор платформ способных перемещаться по земле, воздуху и даже в воде. Универсальные принципы построения этих платформ позволяют программисту работать с ними, порой даже не обладая специальными техническими знаниями. Кроме того, появляются универсальные робототехнические наборы, позволяющие быстро и просто конструировать прототипы моделей роботов, от разработчика, как правило, требуется лишь знание стандартных языков и инструментов программирования. Таким образом, становятся широко востребованной теория автоматического управления, т.к. при проведении технических исследований и реализации экспериментальных проектов разработчики сталкиваются с типовыми задачами и трудностями. В этой главе будут рассмотрены типовые задачи, в общем, без конкретной привязки к конкретным р обототехническим наборам, однако примеры будут приведены на языке RobotC, разработанного для популярных и широкодоступных наборов. Читатели, не сталкивавшиеся до этого с этим языком, могут воспринимать его как некоторый псевдокод.

Одной из главных задач теории автоматического управления является управление системами с обратной связью. В таких задачах можно выделить четыре основных компонента:

· управляемую систему (объект управления) - то, чем мы хотим управлять;

· цель управления - то, чего мы хотим достичь при помощи управления, т.е. желаемое поведение объекта управления;

· список измеряемых переменных (или выходов) - то, что мы можем измерять;

· список управляющих переменных (или входов) - то, что мы можем менять для того, чтобы воздействовать на объект управления.

Еще один важный компонент - регулятор - устройство (или программа), вырабатывающее входные величины, необходимые для достижения заданной цели. Этот пятый элемент появляется после того, как теоретическое решение задачи найдено. Под решением проблемы управления будем понимать нахождение закона управления (алгоритма управления), обеспечивающего достижение цели. Как только искомый закон найден, он может быть использован для вычисления управляющих входов по измеренным значениям выходов объекта управления. Полученные значения входов в виде некоторых сигналов подаются на исполнительное устройство.

В формировании этих сигналов может принимать участие микропроцессор, производящий достаточно сложные вычисления в соответствии с заданным алгоритмом.

Будем рассматривать простейший случай, когда задача состоит в поддержании системы в определенном заданном состоянии. Тогда можно говорить о задаче регулирования как частном случае задачи автоматического управления. Для осуществления автоматического регулирования к объекту подключается комплекс устройств, представляющих собой в совокупности регулятор.

В данном случае под регулятором будем понимать устройство, которое с помощью чувствительного элемента (датчика) измеряет регулируемую величину и в соответствии с законом регулирования вырабатывает воздействие на регулирующий орган объекта. Система, стоящая из объекта и регулятора, называется системой управления, или замкнутой системой управления.

Исполнительное устройство, осуществляющее механическое перемещение регулирующего органа, обычно называется сервоприводом.