PARALLEL.RU - Информационно-аналитический центр по параллельным вычислениям

В настоящее время уже известно значительное число различных глобально устойчивых алгоритмов адаптивного управления манипуляторами, большинство из которых может быть получено путем применения стандартных процедур метода скоростного градиента при надлежащем выборе целевого функционала и выражения для ошибки. Однако, эти алгоритмы ориентированы на так называемую параметрическую неопределенность уравнений объекта, то есть на знание математического описания объекта с точностью до конечного числа постоянных параметров. При таком подходе все составляющие нелинейного описания объекта должны быть скопированы в законе управления, а следовательно, эти составляющие должны быть точно известны. На практике же достаточно точную модель объекта построить нелегко, а иногда и невозможно. Иными словами, глобально устойчивые адаптивные алгоритмы рассчитаны на меньший уровень неопределенности, чем тот, который обычно имеет место в практических задачах. Поэтому в основу подхода к построению адаптивных систем управления манипуляторами, ориентированных на применение в реальных условиях, целесообразно положить иные принципы, исключающие точное копирование нелинейностей объекта и, следовательно, рассчитанные на больший уровень неопределенности.

Проф. каф. САУ СПГЭТУ В.В.Путов выдвинул подход к построению приближенных алгоритмов адаптивного управления, названный им методом мажорирующих функций . В частности, для достаточно широкого класса нелинейных динамических объектов предложена процедура построения адаптивного управления, в которой используются лишь специально вводимые оценочные функции переменных состояния объекта и вектора управления, скорость роста которых при бесконечном возрастании аргумента не ниже, чем скорость роста соответствующих составляющих правых частей дифференциальных уравнений объекта.

Для реализации указанного выше закона управления в реальном времени (а также для проведения компьютерного моделирования), ввиду его сложности и необходимости взаимосвязанного управления несколькими сочленениями робота, наилучшим образом подходят процессоры, ориентированные на параллельные вычисления. При этом адаптивные алгоритмы управления взаимосвязанным многостепенным объектом естественным образом декомпозируются по степеням подвижности Это же относится и к математическим моделям самого объекта (робота), но при практической реализации параллельной модели в большинстве случаев требуется дополнительная балансировка загрузки процессоров ввиду различной сложности правых частей уравнений для каждого сочленения.

Авторами проекта разработана и апробирована методика моделирования адаптивных и параллельных систем управления многостепенного манипуляционного робота на параллельных вычислительных структурах. На ее основе создан и отлажен комплекс параллельных программ, функционирующий на базе параллельных процессоров с распределенной памятью фирмы Parsytec. Программный комплекс позволяет моделировать в реальном времени систему управления робота-манипулятора с различными, в том числе адаптивными и параллельными, алгоритмами управления. Проведенный комплекс исследований показал, что применение адаптивного управления на порядок повышает динамическую точность высокоскоростного воспроизведения манипулятором класса PUMA-560 сложных траекторий (по сравнению со штатным линейным алгоритмом управления). Результаты, моделирования систем управления робота-манипулятора на параллельных вычислительных структурах, позволяют сделать вывод о возможности реализации в реальном времени сложных и интенсивных в вычислительном отношении алгоритмов адаптивного управления.

Отладка и тестирование комплекса программ производились на оборудовании фирмы Parsytec Computer GmbH в Центре Сетевых и Параллельных Технологий при Технопарке СПГЭТУ.  Программный комплекс для организации параллельных вычислений использует возможности операционной системы PARIX.

Разработан и отлажен программный комплекс для моделирования динамики робота-манипулятора на 16-транспьютерном MultiCluster MC-3. Сейчас ведется работа по расширению функциональных возможностей комплекса за счет перехода на Parsytec CC.

Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет, кафедра САУ, Борцову Ю.А.

Юрий Анатольевич Борцов, e-mail: bortsov@mail.ru
Дмитрий Юрьевич Иншаков, e-mail: inshakov@mail.ru, тел. (812) 327-5151

Описание проекта и разработанного программного комплекса, а также результаты моделирования, ссылки на публикации и т.д. можно найти на сайте http://inshakov.chat.ru/page.