Systemy sterowania programowanego

Sterowanie pojazdem w labiryncie

Pojazd posiada napęd i sterowanie. Labirynt jest obszarem podzielonym na jednakowe komórki, które posiadają ścianki „przejezdne” lub „nieprzejezdne”. Labirynt posiada wejście i wyjcie i jest kwadratem, który posiada rozmiar N * N komórek. Zależnie od układu ścianek istnieje droga (trajektoria) jedna lub więcej dróg od wejścia do wyjścia labiryntu.

Rys. 1. Pojazd w labiryncie

Pojazd może wykonywać następujące ruchy: [M - „do przodu”, R - „do tyłu”, L - „w lewo”, P - „w prawo”]. Pojazd posiada czujniki zderzenia ze ścianką. Czujnik [Z] jest umieszczony z przodu pojazdu, czujnik [T] jest na tyle pojazdu. Zakładamy, że pojazd wykonuje manewry w granicach komórki labiryntu, co przedstawia rysunek poniżej

Rys. 2. Ruch pojazdu po zderzeniu ze ścianką komórki labiryntu

Założenia do systemu sterowania pojazdem

Rys. 3. Struktura systemu sterowania pojazdem

Działanie pojazdu.

Ustawiamy pojazd na wejściu do labiryntu i włączamy program. Program włącza i wyłącza napędy i skręty pojazdu zależnie od zderzeń z przodu i tyłu pojazdu. Zakładamy, że program wyznacza drogę pojazdu, która prowadzi do wyjścia labiryntu.

Identyfikacja programu sterowania.

Analiza zdarzeń, które są powodowane ruchem pojazdu w labiryncie. Przyporządkowanie do zdarzeń sterowań, które wyznaczą poprawną drogę pojazdu w labiryncie. Metodą zapisu wyników analizy, zdarzeń i sterowań, jest diagram blokowo - decyzyjny.

Program sterowania

Wariant 1

Zakładamy, że pojazd wykonuje sterowanie w przód. Po zderzeniu przodem wykonuje manewr cofania, jednocześnie skręt w lewo. Manewr cofania i skrętu jest wykonywany w czasie dT₁, który jest tak dobrany, że manewr mieści się w granicach komórki labiryntu, co przedstawia rysunek poniżej.

Rys. 4 Ruch pojazdu w komórce labiryntu

Rys. 5. Analiza diagramu sterowania pojazdem

Program, który wykonuje tylko sterowanie R, L, przy pewnym układzie ścian w labiryncie nie wyprowadzi pojazdu z labiryntu. Pojazd, przy pewnym układzie ścian, będzie wykonywał niekończącą się pętlę, co przedstawia rysunek poniżej.

Rys. 6 Przykład drogi pojazdu, sterowanego diagramem z rysunku 5

Wariant 2

Zakładamy, że w labiryncie ustawiono ścianki jak na rysunku 7. Pojazd opuści labirynt, jeżeli pojedzie drogą, którą zaznaczono linią ciągłą.

Rys. 7. Ustawienie ścianek w labiryncie i droga pojazdu

Pojazd na drodze, przedstawionej na rysunku 7, wykonuje kolejno manewry: „zderzenie, w tył, w lewo”; „zderzenie, w tył, w lewo”; „zderzenie, w tył, w prawo”.

Rys. 8 Diagram sterowania pojazdem „manewr do tyłu, w lewo, po zderzeniu przodem”

Rys. 9 Diagram sterowania pojazdem „manewr do tyłu, w prawo, po zderzeniu przodem”

Diagram na rysunku 8 jest sterowaniem pojazdu, które po zderzeniu przodem wykonuje manewr „„manewr do tyłu, w lewo”, następnie pojazd kontynuuje jazdę „do przodu”.

Diagram na rysunku 8 jest sterowaniem pojazdu, które po zderzeniu przodem wykonuje manewr „„manewr do tyłu, w prawo”, następnie pojazd kontynuuje jazdę „do przodu”.

Sterowanie pojazdem zgodnie z trajektorią przedstawioną na rysunku 7 przedstawia diagram strukturalny na rysunku 10.

Rys. 10. Diagram strukturalny sterowania pojazdem

Diagram na rysunku 10 jest złożony z symboli strukturalnych postaci:

. Symbol strukturalny zastępuje dowolny diagram, który posiada „start” i „stop”. Na rysunku 10 symbole strukturalne nazwane „manewr do tyłu, w lewo, po zderzeniu przodem” posiadają diagram z rysunku 8, symbol nazwany „manewr do tyłu, w prawo, po zderzeniu przodem” posiada diagram z rysunku 9.

Diagram jest zakończony symbolem „wyjście sterowania”, postaci:

, który zawiera definicję wyjścia sterowania: M = 0, R = 0, L = 0, P = 0, powodujące „zatrzymanie pojazdu”.

Wariant 3

Zakładamy, że w labiryncie ustawiono ścianki jak na rysunku 11. Pojazd, odbijając się od wewnętrznej ścianki i ścianek granicznych nie opuści labiryntu. Początkową część trajektorii pojazdu przedstawiono na rysunku 11.

Rys. 11. Ustawienie ścianek w labiryncie i droga pojazdu

Wstawić ściankę do labiryntu, która zapewni, że pojazd opuści labirynt. Podać odpowiedni diagram sterowania, stosując symbole sterowania i diagramy z rysunku 8 i 9.

Rys. 12. Ustawienie ścianki dodatkowej i droga pojazdu w labiryncie

Rys. 13. Diagram strukturalny sterowania pojazdem

Na diagramie sterowania na rysunku 13, kolejny manewr, wykonywany po zderzeniu jest zależny od poprzedniego manewru. Załóżmy, że sterowanie posiada „pamięć”, w której są zapisywane wykonane manewry. Pamięcią sterowania są zmienne procesowe, które są liczbami przyjmującymi wartości od 1 do N. Diagram sterowania z zastosowaniem dwóch zmiennych procesowych/: ML, MP przedstawia rysunek 14. Zmienna ML jest „pamięcią” wykonanych manewrów „w lewo”, zmienna MP jest „pamięcią” wykonanych manewrów „w prawo”.

Rys. 14. Diagram sterowania z zastosowaniem zmiennych procesowych

WEJŚCiE

WYJŚCiE

P

P

Pojazd po zderzeniu może wykonać manewr cofania, jednocześnie wykonując skręt w lewo lub prawo.

Po wykonaniu manewru porusza się w przód

W przód

pojazd wykonuje „wstecz”, w lewo”

M = 1, R = 0

L = 0, P = 0

Z = 1

Wejście czujnika Z

Sterowanie

M = 0, R = 1, L = 1, P = 0

w czasie dT₁

Wyjście

Zderzenie,

w lewo,

wstecz

Pojazd

Labirynt

Zderzenie,

w lewo,

wstecz

Stop

M = 1, R = 0, L = 0, P = 0

Stop

Stop

Labirynt

WYJŚCiE

WEJŚCiE

Zapętlenie drogi

Po zderzeniu sterowanie manewrem cofania i skrętu w lewo, które trwa w czasie dT₁

Jeżeli nie nastąpiło zderzenie to Z = 0 i program ponownie odczytuje wejście Z

Wejście Z. czujnik zderzenia z przodu pojazdu.

Jeżeli nastąpi zderzenie to zmienna Z przyjmuje wartość 1

Podajemy zmienną M o wartości 1 na wejście układu wykonawczego napędu pojazdu

System sterowania gotowy

Pojazd na wejściu do labiryntu, rozpocznij interpretację programu

Nie

Tak

Start

Nie

W tył, w lewo

W tył, w lewo

W tył,

w prawo

N = 3

Labirynt

N = 3

„zderzenie ze ścianką”

W przód

P

T - zderzenie

tył

Pojazd

T

Z

Skręty pojazdu

Napęd

P - w prawo

L - w lewo

R - rewers

M - motor

Z - zderzenie

przód

Program

P

Pojazd po zderzeniu wykonuje manewr cofania, jednocześnie wykonuje skręt w lewo, w czasie dT₁.

Po wykonaniu manewru porusza się w przód

W przód

pojazd wykonuje „wstecz”, w lewo”

„zderzenie ze ścianką”

W przód

dT

Tak

M = 0, R = 1, L = 1, P = 0

Wejście czujnika Z

Z = 1

Start

M = 1, R = 0

L = 0, P = 0

manewr do tyłu, w lewo, po zderzeniu przodem

Tak

manewr do tyłu, w prawo, po zderzeniu przodem

Nie

dT

manewr do tyłu, w lewo, po zderzeniu przodem

Start

M = 1, R = 0, L = 0, P = 0

M = 0, R = 1, L = 1, P = 0

Wejście czujnika Z

Z = 1

Start

M = 1, R = 0

L = 0, P = 0

M = 0, R = 0, L = 0, P = 0

Zatrzymanie pojazdu

W tył,

w prawo

W tył, w lewo

W tył,

w prawo

N = 3

Labirynt

WEJŚCiE

WEJŚCiE

WEJŚCiE

W tył, w lewo

W tył, w lewo

W tył,

w prawo

N = 3

Labirynt

WEJŚCiE

Dodatkowa ścianka

Zatrzymanie pojazdu

M = 0, R = 0, L = 0, P = 0

manewr do tyłu, w prawo, po zderzeniu przodem

manewr do tyłu, w lewo, po zderzeniu przodem

Stop

manewr do tyłu, w lewo, po zderzeniu przodem

Start

W tył,

w prawo

manewr do tyłu, w prawo, po zderzeniu przodem

MP = 0 ∧ ML = 0

Początkowy stan pamięci:

MP = 0, ML = 0

M = 0, R = 1

L = 1, P = 0

Nie

Tak

stan pamięci po „skręt w lewo”:

ML = ML + 1

Wejście czujnika Z

Z = 1

Start

M = 1, R = 0

L = 0, P = 0

Tak

Nie

Nie

Tak

stan pamięci po „skręt w prawo”:

MP = MP + 1

M = 0, R = 1

L = 0, P = 1

MP = 0 ∧ ML = 1

Nie

Tak

stan pamięci po „skręt w prawo”:

MP = MP + 1

M = 0, R = 1

L = 0, P = 1

MP = 1 ∧ ML = 1

Nie

Tak

stan pamięci po „skręt w lewo”:

ML = ML + 1

M = 0, R = 1

L = 1, P = 0

MP = 2 ∧ ML = 1

---