КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ КЕРОВАНОСТІ ДЛЯ РОБОТИЗОВАНИХ КОЛІСНИХ ПЛАТФОРМ З ВРАХУВАННЯМ ОБМЕЖЕНЬ РИВКІВ РУХІВ

Abstract

The computer simulations are considered as the required tool to design the suitable autonomous control systems optimal in different senses and especially in providing the restrictions of the jerk motions for the robotic wheeled platforms. The subject matter of this research is the development of the theory and methods for computer simulations of the controllability processes of the robotic wheeled platforms. The goal of this research is to consider the jerks of the wheeled platforms, and the jerks are reduced to the limitation of the acceleration time derivative of the mass center of the wheeled platform, so that this derivative is considered as the quantitative estimation of the jerks. The incorrectness in the Hadamard's sense for direct defining the jerks by differentiations of the phase coordinates in the case of computer simulations using the numerical methods is discussed. Tasks of this research are in developing the generalized approaches for mathematical modelling and computer simulations and in theoretical receiving of the properties inherent for the wheeled platforms and suitable for verification the computer simulations results, as well as in making the calculations to have the quantitative results about the controllability processes for the particular case of the electromechanical four-wheeled platform under the straight motion with the mode of speeding-up from the state of the rest. Methods of this research are based on the Lagrange's equations of second kind, as well as on the electromechanical analogies, and on final representing the mathematical models in the form of the system of the first ordered ordinary differential equations with the initial conditions for further numerical solving. The computer simulations are accomplished by using the Scilab free open source software. Results of this research are in the proposed suitable way for computing the jerks by the phase coordinates without its differentiations allow excluding the incorrectness in the Hadamard's sense, as well as in representing the controllability processes for the electromechanical wheeled platform, including the results for the velocities, the accelerations and the jerks which are necessary to illustrate the controllability processes for the robotic wheeled platforms. By comparison with the theoretically established inherent properties of the wheeled platforms it is shown the correctness of the results of the computer simulations. Conclusions about this research are that the developed approaches for computer simulations of the controllability processes for the robotic wheeled platforms allow considering influence of the control on the different characteristics including the velocity, the acceleration, as well as the jerk motions which are required for designing the controls optimal in different senses.Компьютерное моделирование рассматривается как необходимый инструмент для проектирования подходящих автономных систем управления, оптимальных в различных смыслах и, особенно, в обеспечении ограничения рывков движений роботизированных колесных платформ. Предметом исследования является разработка теории и методов компьютерного моделирования процессов управляемости роботизированных колесных платформ. Целью данного исследования является рассмотрение рывков колесных платформ, причем рывки определяются производными по времени ускорения центра масс колесной платформы, так что эта производная рассматривается как количественная оценка рывков. Обсуждается некорректность по Адамару вычисления рывков прямым дифференцированием фазовых координат в случае компьютерного моделирования с использованием численных методов. Задачи настоящего исследования заключаются в разработке обобщенных подходов к математическому и компьютерному моделированию; в теоретическом получении свойств, присущих колесным платформам и пригодных для верификации результатов компьютерного моделирования; в проведении расчетов для получения количественных результатов о процессах управляемости для частного случая электромеханической четырехколесной платформы при прямолинейном движении в режиме разгона из состояния покоя. Методы исследования основаны на уравнениях Лагранжа второго рода, а также на электромеханических аналогиях и окончательном представлении математических моделей в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка с начальными условиями для дальнейшего численного решения. Компьютерное моделирование выполняется с использованием бесплатного программного обеспечения Scilab с открытым исходным кодом. Результаты исследования заключаются в том, что предложен корректный способ вычисления рывков по фазовым координатам без их дифференцирования, что позволяет исключить некорректность в смысле Адамара, а также в изучении процессов управляемости электромеханической колесной платформы, в том числе результатов для скоростей, ускорений и рывков, необходимых для иллюстрации процессов управляемости роботизированных колесных платформ. Путем сравнения с теоретически установленными собственными свойствами колесных платформ показана правильность результатов компьютерного моделирования. Выводы по данному исследованию заключаются в том, что разработанные подходы к компьютерному моделированию процессов управляемости роботизированных колесных платформ позволяют учитывать влияние управления на различные характеристики, включая скорость, ускорение, а также рывки движений, необходимые для проектирования оптимального в разных смыслах управления.Комп'ютерне моделювання розглядається як необхідний інструмент для розробки відповідних автономних систем управління, оптимальних у різних сенсах, і, особливо, щодо забезпечення обмежень ривків рухів для роботизованих колісних платформ. Предметом дослідження є розробка теорії та методики комп'ютерного моделювання процесів керованості роботизованих колісних платформ. Метою даного дослідження є врахування ривків колісних платформ, які визначаються похідними за часом прискорення центру мас колісної платформи, так що ця похідна розглядається як кількісна оцінка ривків. Обговорюється некоректність у розумінні Адамара визначення ривків шляхом прямого диференціювання фазових координат у разі комп'ютерного моделювання за допомогою обчислювальних методів. Завдання даного дослідження полягають у розробці узагальнених підходів щодо математичного та комп’ютерного моделювання та в теоретичному отриманні властивостей колісних платформ, що придатні для перевірки результатів комп’ютерного моделювання, а також у проведенні розрахунків для отримання кількісних результатів щодо процесів керованості для конкретного випадку електромеханічної чотириколісної платформи при прямолінійному русі в режимі розганяння зі стану спокою. Методи цього дослідження базуються на рівняннях Лагранжа другого роду, а також на електромеханічних аналогіях та на остаточному представленні математичних моделей у вигляді системи звичайних диференціальних рівнянь першого порядку з початковими умовами для подальшого обчислювального розв’язування. Комп'ютерне моделювання виконується за допомогою вільного програмного забезпечення Scilab з відкритим кодом. Результати цього дослідження полягають у запропонованому коректному способі обчислення ривків через фазові координати без їхнього диференціювання, що дозволяє виключити некоректність у розумінні Адамара, а також представити процеси керованості для електромеханічної колісної платформи, включаючи результати для швидкості, прискорення та ривків, які необхідні для ілюстрації процесів керованості роботизованих колісних платформ. Шляхом порівняння з теоретично встановленими властивостями колісних платформ показано правильність результатів комп'ютерного моделювання. Висновки щодо цього дослідження полягають у тому, що розроблені підходи щодо комп’ютерного моделювання процесів керованості роботизованих колісних платформ дозволяють врахувати вплив керування на різні характеристики, включаючи швидкість, прискорення, а також ривки рухів, які необхідні для проектування управління, оптимального в різних сенсах

    Similar works