Распределенная система терминального управления техническим объектом (стр. 9 из 15)

При численном моделировании исполнительной системы был использован пакет Matlab с подсистемой имитационного моделирования Simulink. При моделировании были приняты следующие значения параметров исполнительной системы:

= 1,5; = 0,12; = 0,002; = 0,02; =0,004; = 0,4; = 0,001; = 0,2; = 10; = 0,001; = 0,2.

Реакция системы на единичный скачок представлена на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Реакция исполнительной системы на единичный скачок

В соответствии с методикой, изложенной в разделе 3, проведем расчет терминального управления. Для этого воспользуемся функцией, реализующей вычисление коэффициентов терминального управления в соответствии с соотношением (3.16). Исходный текст функции приведен в приложении А. Вид управления, которое необходимо подать на вход исполнительной системы определяется соотношением

. (5.1)

Графическая зависимость управляющей функции от времени приведена на рисунке 5.3, а реакция системы на это управление на рисунке 5.4.

Рисунок 5.3 – Управляющая функция

Рисунок 5.4 – Реакция исполнительной системы на управляющую функцию

Сравнивая результаты моделирования, представленные на рисунке 5.2 и 5.4 можно сделать заключение о том, что синтезированное терминальное управление позволило улучшить выходную характеристику исполнительной системы робота манипулятора.

6 Разработка программного обеспечения системы терминального управления техническим объектом

В соответствии с концепцией распределенной системы терминального управления робототехнического комплекса, изложенной в разделе 4, в состав РСТУ входит специализированное программное обеспечение пульта управления РСТУ, выполняющее управление всем комплексом.

6.1 Выбор среды разработки

Язык программирования, на котором будет реализовываться специализированное ПО пульта управления РСТУ должен отвечать следующим требованиям [14, 15]:

- давать возможность работать с массивами данных;

- выполнять различные математические функции;

- возможность визуализации расчетных данных

- давать достаточно простой способ для создания приложений под Windows.

Поэтому в качестве языкового средства выбираем продукт фирмы Borland язык программирования высокого уровня BorlandC++, который является одной из самых популярных систем разработки математического обеспечения. Система предоставляет в распоряжение программиста высокопродуктивные средства разработки 16- и 32-разрядных приложений для операционных систем Windows 95/98, WindowsNT и DOS. Модифицированные библиотеки ObjectWindowsLibrary (OWL) и MicrosoftFoundationClasses (MFC), а также инструменты VisualDatabaseTools (VDBT) для визуальной разработки эффективных приложений баз данных выводят BorlandC++ на новый качественный уровень систем объектно-ориентированного программирования.

При создании приложения для Windows на языке C++, значительное количество времени приходится уделять созданию пользовательского интерфейса, что затрудняет работу и мешает решению основной математической задачи. Чтобы устранить этот недостаток, в качестве среды программирования предлагается использовать систему визуальной разработки приложений RapidApplicationDevelopment (RAD) C++ Builder.

Данный продукт вышел на рынок в 1997 году и уже успел завоевать огромную популярность среди программистов. Перечислим наиболее важные достоинства С++ Builder [15]:

- система имеет удобную визуальную среду, которая обеспечивает разработку приложений из компонентов и поддерживает двунаправленное проектирование (изменения, сделанные в визуальной среде, отражаются на исходном коде программы, а изменение кода отражается в визуальной среде);

- в состав системы входит библиотека визуальных компонентов – VisualComponentLibrary (VCL), ставшую стандартом при создании Windows приложений; существует возможность расширения этой библиотеки компонентами, разрабатываемыми программистом, а также готовыми ActiveX-компонентами сторонних разработчиков;

- С++ Builder содержит в своей основе мощный объектно-ориентированный язык C++, обогащенный новыми синтаксическими конструкциями и понятиями;

- быстрый и надежный компилятор позволяет получать максимально оптимизированные программы;

- интегрированный отладчик с возможностью трассировки программы на уровне машинных команд дает возможность быстро находить ошибки в тексте программы;

- поддержка работы с базами данных, поддерживающих архитектуру клиент-сервер.

Перечисленные выше возможности среды дают основание полагать, что C++ Builder может быть эффективно использован при создании программного обеспечения для РСТУ робототехническим комплексом.

6.2 Функциональные возможности ПО РСТУ

Разрабатываемое ПО должно обеспечивать выполнение следующих функций:

- расчет коэффициентов терминального управления;

- отправку информационных объектов роботу манипулятору;

- ведения файла протокола работы РСТУ;

- выполнять визуализацию расчетных данных.

6.3 Требования к персональной ЭВМ

Для оптимальной работы разрабатываемого программного обеспечения к ПЭВМ предъявляются следующие требования:

- процессор класса Intel Pentium/Celeron с тактовой частотой не менее 1 ГГц;

- объем оперативной памяти не менее 256 Мб;

- объем жесткого диска не менее 20 Гб;

- объем видеопамяти не менее 32 Мб;

- наличие сетевой платы, обеспечивающей пропускную способность 100 Мбит в секунду.

Для возможности модифицирования программы необходимо наличие установленной системы визуального программирования BorlandC++ Builder 6.0.

6.4 Руководство пользователя

Программное обеспечение РСТУ представляет собой исполняемый файл RSTUPult.exe. Компиляция программы осуществлена таким образом, что для нормальной работы программы не требуется никаких дополнительных библиотек, достаточно стандартного набора библиотечных функций, входящий в стандартную поставку операционной системы Windows. После запуска программы на выполнение, открывается главное окно приложения, внешний вид которого представлен на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Главное окно приложения RSTUPult

Далее описывается элементов управления, расположенных на главной форме приложения.

1 – Инкрементное поле для ввода количества начальных условий.

2 – Поле для ввода начальных условий.

3 – Инкрементное поле для ввода количества конечных условий.

4 – Поле для ввода конечных условий.

5 – Поле ввода времени, за которое объект управления должен перейти из заданного начального в заданное конечное положение.

6 – Поле ввода шага по оси времени для расчета управляющей функции.

7 – Поле для графического представления управляющей функции.

8 – Поле списка с значением коэффициентов терминального управления.

9 – Поле для табличного представления интегральной функции.

10 – Поле ввода IP-адреса получателя информационной посылки.

11 – Кнопка ввода исходных параметров для синтеза управления, расчета терминальных коэффициентов, заполнения таблиц данными.

12 – Кнопка формирования и передачи информационного пакета по заданному IP адресу.

13 – Кнопка формирования и записи файла протокола.

14 – Кнопка вывода вспомогательной информации о создателях программы.

15 – Индикатор готовности подсистем мониторинга и передачи информации.

16 – Кнопка закрытия программы.

Первое, что необходимо сделать оператору РСТУ, это ввести все необходимые параметры для расчета коэффициентов терминального управления. Необходимо следить за тем, чтобы введенное число параметров соответствовало их действительному наличию в поле ввода. В противном случае программа генерирует сообщение об ошибке и просит повторить ввод информации. Также необходимо задать время переход из одного граничного состояния в другое и шаг по временной шкале, для построения управляющей функции. После того как введены указанные выше параметры, можно осуществить нажатие на кнопку Ок. После этого происходит вызов соответствующих функций и вывод расчетных значений пользователю. Рассчитанные коэффициенты терминального управления должны быть переданы в микропроцессорную систему робота манипулятора. Это осуществляется нажатием на кнопку «Передать параметры». Однако при этом следует иметь в виду, что поле «IP-адрес» главного окна приложения должно содержать адрес робота манипулятора, а ПЭВМ пульта управления подключено к сети. В противном случае будет сгенерировано окно сообщения вида