Робастное управление приводом лазера системы технического зрения

Abstract

RU: Актуальность. Решение задачи SLAM для автономного мобильного робота требует эффективных технических средств для сканирования окружающей местности с целью ее картографирования и обнаружения препятствий. В качестве таких средств широко применяются лазерные сканирующие системы, которые используются как самостоятельно, так и в комплексе с другими средствами в составе единой системы технического зрения робота. Одной из проблем при работе систем технического зрения является способность выявлять относительно небольшие препятствия, что требует сканирования ограниченного сектора поля зрения или даже фокусировки на конкретной точке пространства. Данное исследование посвящено вопросу повышения надежности обнаружения препятствия в поле зрения робота за счет усовершенствования привода лазера системы его технического зрения. Цель работы – повышение надежности обнаружения препятствия в поле зрения системы технического зрения робота за счет робастного управления приводами системы позиционирования лазера. Метод. В работе синтезирован классический ПД-регулятор привода позиционирования лазера, удовлетворяющий предъявленным требованиям к качеству переходного процесса. Проведенная оценка робастных свойств полученной системы управления приводом показала как значительную зависимость ее динамических свойств от вариации значений параметров модели привода, так и потенциальную возможность повышения ее быстродействия. При помощи средств Robust Control Toolbox пакета MATLAB переопределены настройки регулятора, обеспечивающие робастные свойства системы управления. Выполнен анализ влияния параметрической неопределенности модели привода на динамические свойства системы. Результаты. Синтезирован робастный ПД-регулятор привода системы позиционирования луча лазера в системе технического зрения, сочетающий в себе простоту реализации классического регулятора со слабой чувствительностью к наличию неопределенностей. Выводы. Применение полученного регулятора в лазерной системе технического зрения мобильного робота повысит надежность обнаружения препятствия и, как следствие, точность построения карты ограниченного сектора поля зрения робота в условиях параметрической неопределенности модели привода. UK: Актуальність. Рішення завдання SLAM для автономного мобільного робота вимагає ефективних технічних засобів для сканування навколишньої місцевості з метою її картографування і виявлення перешкод. В якості таких засобів широко застосовуються лазерні скануючі системи, які використовуються як самостійно, так і в комплексі з іншими засобами в складі єдиної системи технічного зору робота. Однією з проблем при роботі систем технічного зору є здатність виявляти відносно невеликі перешкоди, що вимагає сканування обмеженого сектора поля зору або навіть фокусування на конкретній точці простору. Дане дослідження присвячене питанню підвищення надійності виявлення перешкоди в полі зору робота за рахунок удосконалення приводу лазера системи його технічного зору. Мета роботи – підвищення надійності виявлення перешкоди в полі зору системи технічного зору робота за рахунок робастного керування приводами системи позиціонування лазера. Метод. В роботі синтезовано класичний ПД-регулятор приводу позиціонування лазера, що задовольняє висунутим вимогам до якості перехідного процесу. Проведена оцінка робастних властивостей отриманої системи керування приводом показала як значну залежність її динамічних властивостей від варіації значень параметрів моделі приводу, так і потенційну можливість підвищення її швидкодії. За допомогою засобів Robust Control Toolbox пакету MATLAB перевизначено налаштування регулятора, що забезпечують робастні властивості системи керування. Виконано аналіз впливу параметричної невизначеності моделі приводу на динамічні властивості системи. Результати. Синтезовано робастний ПД-регулятор приводу системи позиціонування променя лазера в системі технічного зору, що поєднує в собі простоту реалізації класичного регулятора зі слабкою чутливістю до наявності невизначеностей. Висновки. Застосування отриманого регулятора в лазерній системі технічного зору мобільного робота підвищить надійність виявлення перешкод і, як наслідок, точність побудови карти обмеженого сектора поля зору робота в умовах параметричної невизначеності моделі приводу. EN: Context. The SLAM problem solving for an autonomous mobile robot requires efficient technical means for surrounding terrain scanning with the purpose of its mapping and obstacles detecting. As such means, laser scanning systems are widely used both independently and in combination with other tools as a part of a uniform technical vision system of a mobile robot. One of the problems with a technical vision systems operation is the ability to detect relatively small obstacles, which requires scanning of a limited sector within the field of view or even focusing on a specific point of space. This study is devoted to the issue of improving the reliability of obstacles detecting within the robot field of view by improving the laser actuator of the technical vision system. Objective. The objective of the work is to the reliability increasing of obstacles detection within the robot technical vision system field of view due to the robust control of the actuators of the positioning system of the laser. Method. The classical PD-controller for the laser positioning actuator, which meets the requirements for the quality of the transient process, has been synthesized. The evaluation of robust properties of the obtained control system showed both a significant dependence of the actuator dynamic properties on the variation of the values of the actuator model parameters and the potential possibility of its time response increasing. With the help of the MATLAB Robust Control Toolbox, the controller gains have been redefined to ensure the robust properties of the control system. The analysis of the influence of parametric uncertainties of the actuator model on the system dynamic properties is conducted. Results. A robust PD-controller for the laser beam positioning system actuator for the technical vision system has been synthesized. It combines the simplicity of the implementation of a classic controller with a weak sensitivity to the uncertainties presence. Conclusions. The using of the controller at the mobile robot laser technical vision system will increase the reliability of obstacle detection and, as a result, the accuracy of mapping of a limited sector within the robot field of view under the conditions of the parametric uncertainty of the actuator model.