Повышение точности оценки состояния динамичных объектов комплексом MATLAB-Arduino при проектировании кибер-физических систем

Abstract

RU: Решена задача повышения эффективности взаимодействия MATLAB и Arduino при проектировании кибер-физических систем путем внесения изменений в реализацию стандартного протокола обмена со стороны Arduino. Предложено при запросе MATLAB на чтение данных с первого аналогового порта Arduino выполнять аналогово-цифровое преобразование данных со всех требуемых аналоговых портов с дальнейшей последовательной передачей полученных данных в MATLAB, что позволяет повысить качество управления динамичными процессами за счет уменьшения области неопределенности состояния многомерной быстродействующей системы управления. Кроме того, предложено функции предварительной обработки показаний датчиков выполнять средствами Arduino, что повышает гибкость кибер-физической системы за счет возможности изменения аппаратного обеспечения без изменения программного кода и протокола обмена MATLAB. Формальное описание взаимодействия MATLAB и Arduino позволяет реализовать протокол обмена с использованием беспроводных интерфейсов, микропроцессорных устройств и платформ, не совместимых с Arduino. UK: Розв’язано задачу підвищення ефективності взаємодії MATLAB і Arduino при проектуванні кібер-фізичних систем шляхом внесення змін у реалізацію стандартного протоколу обміну з боку Arduino. Запропоновано при запиті MATLAB на читання даних з першого аналогового порту Arduino виконувати аналогово-цифрове перетворення даних з усіх необхідних аналогових портів з подальшою послідовною передачею отриманих даних в MATLAB, що дозволяє підвищити якість управління динамічними процесами за рахунок зменшення області невизначеності стану багатовимірної швидкодіючої системи управління. Крім того, запропоновано функції попередньої обробки показань датчиків виконувати засобами Arduino, що підвищує гнучкість кібер-фізичної системи за рахунок можливості зміни апаратного забезпечення без зміни програмного коду і протоколу обміну MATLAB. Формальний опис взаємодії MATLAB і Arduino дозволяє реалізувати протокол обміну з використанням бездротових інтерфейсів, мікропроцесорних пристроїв та платформ, не сумісних з Arduino. EN: The problem of accuracy increase of MATLAB and Arduino interaction when cyber-physical systems designing by making changes into the implementation of the standard protocol of Arduino has been solved. It has been proposed to carry out the analog-digital conversion of all required analog pins with further sequential data transmission to MATLAB when requesting to read data from the first analog pin of Arduino. It allows improving control quality of dynamic processes by reducing the uncertainty range of a high-speed multi-dimensional control system state. In addition, it has been offered to perform the preprocessing of sensors data by means of Arduino that increases the flexibility of cyber-physical systems due to the possibility of the hardware changing without MATLAB software and protocol changing. A formal description of MATLAB and Arduino interaction allows realizing the communications protocol using wireless interfaces as well as microprocessor units and platforms, which are not compatible with Arduino.