Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП"
An overview of some components of the developed intelligent system "CONTROL _TEP" using intelligent robots is considered.
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2014
|
| Schriftenreihe: | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84843 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП" / Ю.В. Писаренко, Е.Ю. Мелкумян // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2014. — № 13. — С. 165-174. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-84843 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-848432015-07-17T03:02:12Z Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП" Писаренко, Ю.В. Мелкумян, Е.Ю. An overview of some components of the developed intelligent system "CONTROL _TEP" using intelligent robots is considered. Проводиться короткий огляд деяких компонент розроблюваної інтелектуальної системи «УПРАВЛІННЯ_ТЕП» з використанням інтелектуалізованих роботів. Проводится краткий обзор некоторых компонент разрабатываемой интеллектуальной системы «УПРАВЛЕНИЕ_ТЭП» с использованием интеллектуализированных роботов. 2014 Article Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП" / Ю.В. Писаренко, Е.Ю. Мелкумян // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2014. — № 13. — С. 165-174. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84843 004.896 ru Комп’ютерні засоби, мережі та системи Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
An overview of some components of the developed intelligent system "CONTROL _TEP" using intelligent robots is considered. |
| format |
Article |
| author |
Писаренко, Ю.В. Мелкумян, Е.Ю. |
| spellingShingle |
Писаренко, Ю.В. Мелкумян, Е.Ю. Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП" Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| author_facet |
Писаренко, Ю.В. Мелкумян, Е.Ю. |
| author_sort |
Писаренко, Ю.В. |
| title |
Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП" |
| title_short |
Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП" |
| title_full |
Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП" |
| title_fullStr |
Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП" |
| title_full_unstemmed |
Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП" |
| title_sort |
некоторые компоненты интеллектуальной системы "управление_тэп" |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84843 |
| citation_txt |
Некоторые компоненты интеллектуальной системы "Управление_ТЭП" / Ю.В. Писаренко, Е.Ю. Мелкумян // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2014. — № 13. — С. 165-174. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| work_keys_str_mv |
AT pisarenkoûv nekotoryekomponentyintellektualʹnojsistemyupravlenietép AT melkumâneû nekotoryekomponentyintellektualʹnojsistemyupravlenietép |
| first_indexed |
2025-07-06T11:58:20Z |
| last_indexed |
2025-07-06T11:58:20Z |
| _version_ |
1836898688118554624 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 165
J. Pisarenko, E. Melkumyan
SOME COMPONENTS OF
INTELLECTUAL SYSTEM
“CONTROL_TEP”
An overview of some components of
the developed intelligent system
"CONTROL _TEP" using intelligent
robots is considered.
Key words: intelligent systems, ro-
botics, mathematical software, vir-
tual environment.
Проводиться короткий огляд де-
яких компонент розроблюваної
інтелектуальної системи «УП-
РАВЛІННЯ_ТЕП» з використан-
ням інтелектуалізованих роботів.
Ключові слова: інтелектуальна
система, робототехніка, мате-
матичне забезпечення, віртуальне
оточення.
Проводится краткий обзор неко-
торых компонент разрабатывае-
мой интеллектуальной системы
«УПРАВЛЕНИЕ_ТЭП» с исполь-
зованием интеллектуализирован-
ных роботов.
Ключевые слова: интеллектуаль-
ная система, робототехника,
математическое обеспечение,
виртуальное окружение.
Ю.В. Писаренко,
Е.Ю. Мелкумян, 2014
УДК 004.896
Ю.В. ПИСАРЕНКО, Е.Ю. МЕЛКУМЯН
НЕКОТОРЫЕ КОМПОНЕНТЫ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
«УПРАВЛЕНИЕ_ТЭП»
Введение. В последние десятилетия из-за
увеличения сложности производства с при-
менением энергоемких технологий, радиоак-
тивных и токсичных веществ техно-
экологические происшествия (ТЭП), вероят-
ность возникновения которых достаточно
высока, становятся практически неизбежны-
ми. Недостаточность средств на проведение
плановых ремонтных работ и замену изно-
шенного оборудования, снижение требова-
ний к эффективности работы надзорных ор-
ганов и государственной инспекции, падение
технологической и производственной дисци-
плины, снижение уровня квалификации об-
служивающего персонала приводит к необ-
ратимым последствиям. Особую опасность в
этой ситуации представляют объекты уголь-
ной, химической и атомной промышленно-
сти. Впечатляющие факторы, возникающие
при этом, образуют экстремальные условия
для выживания в них не только работников,
которых спасают, но и личного состава спа-
сателей, которые ликвидируют последствия
аварий. Уменьшить степень участия человека
при проведении работ в опасных условиях
можно, используя интеллектуализированные
роботы (ИР).
Учитывая вышеизложенное, в Институте
кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Ук-
раины разрабатывается концепция интеллек-
туальной системы «УПРАВЛЕНИЕ_ТЭП» и
ее основные компоненты при участии со-
трудников Национального технического уни-
верситета Украины «Киевского политехни-
ческого института» кафедры технической
Ю.В. ПИСАРЕНКО, Е.Ю. МЕЛКУМЯН
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 166
кибернетики факультета информатики и вычислительной техники.
На основании проведенного обзора существующей литературы выявлена
высокая актуальность проблемы создания интеллектуальной системы (ИС)
«УПРАВЛЕНИЕ_ТЭП» в целом, включая создание концепции всей информаци-
онно-аналитической системы (ИАС_tir) поддержки создании и функционирова-
ния технопарка интеллектуализированных роботов (ТИР), генерацию принципов
структурирования ТЭП с позиции формирования технопарка ИР, привязанных к
структуре всего множества ТЭП.
Математическое обеспечение поддержки работы виртуального окруже-
ния функционирования ИР. Одной из задач интеллектуальной системы «УП-
РАВЛЕНИЕ_ТЭП» является моделирование параметров и функций ИР в среде
виртуального окружения.
Учитывая данное, рассмотрены принципы и результаты разработки инфор-
мационной технологии (информационное, математическое, алгоритмическое и
программное обеспечение) для задач имитационного моделирования ИР во
внешней среде.
Развиваемое коллективом авторов [1, 2] математическое обеспечение можно
представить в общем виде.
Пусть в классе V управлений, для которого существует решение задачи (на-
чальной либо краевой, либо начально-краевой) (1), (2):
М: t, x → Ф(t, x )∈ Н; t, x ∈ D (1)
уравнение эволюции вектор-функции Ф(t, x ):
QU Ф(t, x ) = W(t, x ), (2)
где W(t, x )∈ F, F – функциональное пространство, которому принадлежит мате-
матическая модель W(t, x ) постоянно действующего источника; оператор QU –
нелинейный, зависящий от времени t, неограниченный и зависящий от неста-
ционарного управления U(t) ∈ V.
Для всех U(t) ∈ V при t∈(0, Т) можно ставить задачу синтеза такого управ-
ления U*(t) ∈ V, для которого решение уравнения:
QU * Ф(t, x ) = W(t, x ) (3)
удовлетворяет необходимому критерию управляемости:
Ф1(t, x ) < Ф(t, x ) < Ф2(t, x ), t ∈ (0, Т) (4)
с заданными мажорирующими функциями Ф1 и Ф2 из пространства V.
Критерий управляемости (4) для разных предметных областей выбирается
индивидуально.
Формализация задач виртуального моделирования компоновки и
работы ИР для типовых ТЭП. Задача виртуального моделирования ИР делится
на три этапа (рис. 1).
НЕКОТОРЫЕ КОМПОНЕНТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 167
РИ
С
. 1
. Э
та
пы
в
ир
ту
ал
ьн
ог
о
мо
де
ли
ро
ва
ни
я
И
Р
в
ра
мк
ах
И
С
«
У
П
РА
В
Л
ЕН
И
Е_
ТЭ
П
»:
И
А
С
–
и
нф
ор
ма
ци
он
но
-а
на
ли
ти
че
ск
ая
си
ст
ем
а;
Т
З
–
те
хн
ич
ес
ко
е
за
да
ни
е;
G
12
–
1
2-
ме
рн
ое
х
ар
ак
те
ри
ст
ич
ес
ко
е
пр
ос
тр
ан
ст
во
о
пи
са
ни
я
ТЭ
П
; Т
И
Р
–
те
хн
оп
ар
к
ин
те
лл
ек
ту
ал
из
ир
ов
ан
ны
х
ро
бо
то
в
Ю.В. ПИСАРЕНКО, Е.Ю. МЕЛКУМЯН
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 168
Этап 1. Формирование технического задания (ТЗ) от заказчика на компо-
новку ИР.
Этап 2. Синтез образца ИР, используя комплектующие подчиненного ТИР,
и проведение имитационного моделирования движения ИР в заданном инже-
нерном сооружении (ИНС) для выявления ошибки, определения недостающих
элементов, получения информации о коэффициенте использования комплек-
тующих, а также отработки функций ИР в автономном режиме и с участием си-
туационного центра (СЦ) и др.
Этап 3. Формирование задания на производство экспериментального об-
разца ИР.
Рассмотрим работу этапа 2. Для проведения более эффективного моделиро-
вания необходимо рассматривать объект «внешняя среда + зона влияния ТЭП +
ИР + СЦ» как сложную систему в смысле системного анализа и формировать
для этого соответствующую многоуровневую блочно-иерархическую систему
математических моделей различного уровня детализации. Таким образом, про-
цесс виртуальной компоновки и моделирования движения ИР является много-
итерационным и требует дальнейшего развития. На этапе 2, для уменьшения
вычислительных нагрузок на бортовой процессор синтезируемого ИР для задач
мониторинга типовых ТЭП, виртуальное моделирование движения манипуляци-
онной системы предложено обеспечить для основных штатных состояний ИНС
и наиболее вероятных нештатных ситуаций системы с помощью автоматизиро-
ванной информационно-аналитической системы ИАС_top. Результаты вычисле-
ний в форме векторных файлов распределения базовых характеристик среды за-
гружаются в бортовое хранилище ИР.
Методика автоматизации процедуры синтеза образца ИР на этапе виртуаль-
ного моделирования и его движения в виртуальном окружении заданной внеш-
ней среды представлена в работах [1–5]. При этом функционально структуру
виртуального окружения можно разделить на три основных уровня: физическая
среда, виртуальная среда, пульт оператора.
Следует отметить, что функции ИР могут быть реализованы как на самом
ИР, так и в региональном СЦ.
Система управления (СУ) автономным ИР строится по иерархическому
многоуровневому принципу:
1 уровень – СУ поведением (стратегический уровень),
2 уровень – СУ движением (тактический уровень),
3 уровень – СУ исполнительными механизмами (приводной уровень).
В работе [2] авторами затрагивается тактический уровень и решается задача
обеспечения управления формой траектории движения манипуляционной сис-
темы ИР и режимами работы бортовых средств дистанционной регистрации с
учетом необходимости беречь ресурсы энергии и после цикла обследования
Объекта вернуться на Базу самостоятельно.
http://robot-rad.narod.ru/strategy.html
http://robot-rad.narod.ru/tactick.html
http://robot-rad.narod.ru/lowlevel.html
НЕКОТОРЫЕ КОМПОНЕНТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 169
Для воспроизведения сложной системы взаимодействующих элементов эта-
па 2 виртуального моделирования требуется получить описание процесса, раз-
вивающегося во времени.
Состояние каждого элемента моделируемой системы описывается набором
параметров, хранящихся в памяти компьютера в виде таблиц. Взаимодействия
элементов системы описываются алгоритмически. Моделирование осуществля-
ется в пошаговом режиме. На каждом шаге моделирования изменяются значения
параметров системы. Программа, реализующая имитационную модель, отражает
изменение состояния системы, выдавая значения ее искомых параметров в виде
таблиц по шагам времени или в последовательности происходящих в системе
событий. Для визуализации результатов моделирования часто используется гра-
фическое представление, в том числе анимированное.
Предлагаемое решение задач виртуального моделирования, например, при
исполнении мониторинга стесненных условий ИНС типа шахты в режиме авто-
номного управления, позволяет:
1) смоделировав виртуальное окружение, в котором движется манипуляци-
онная система ИР, просчитать варианты возможных траекторий движения;
2) для семейства «всех» возможных и приемлемых для выполнения основ-
ной задачи траекторий манипуляционной системы синтезировать оптимальную
траекторию (по энергоэкономическим характеристикам и с учетом особенностей
ИНС), важных для обследования Объекта;
3) определить параметры бортового программного обеспечения ИР для
распределения объема выполняемых им вычислений между серверной и аппа-
ратной частями в рамках автоматизированной ИАС_top.
При этом предусматривается остаток запаса энергии в бортовых источни-
ках, необходимый для того, чтобы ИР мог вернуться на Базу. Предполагается
передача накопленной информации об Объекте на Базу и далее в СЦ (с учетом
низкой пропускной способностью канала связи on-line с Базой и низкой мощно-
сти передатчика ограниченной ёмкостью бортового источника питания).
Таким образом, на этапе 2 процесс моделирования затрагивает два режима
функционирования ИР:
1) моделирование автономной работы ИР с элементами принятия решения
ИР (рис. 2, блоки 2–11);
2) моделирование работы в паре <СЦ, ИР> для решения более сложных за-
дач, не учитывающих алгоритмы бортового программного обеспечения ИР
(рис. 2, блоки 1–14). Диаграмма последовательностей процесса взаимодействия
элементов второго этапа виртуального моделирования, развивающегося во вре-
мени, показана на рис. 3.
Распознавание образов (данных об Объекте мониторинга) происходит на
серверной части аппаратного обеспечения ИР (как части ИАС_top в СЦ), а об-
новление массива координат траектории – на бортовой части ИР только после
получения соответствующего запроса.
Ю.В. ПИСАРЕНКО, Е.Ю. МЕЛКУМЯН
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 170
РИС. 2. Алгоритм синтеза траектории при взаимодействии пары <СЦ, ИР> в рамках вирту-
ального окружения ИАС_top
НЕКОТОРЫЕ КОМПОНЕНТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 171
РИС. 3. Диаграмма последовательностей процесса взаимодействия элементов пары <СЦ, ИР>
во времени. Показано: ЛПР – лицо, принимающее решение, СППР – система под-
держки принятия решений
Ю.В. ПИСАРЕНКО, Е.Ю. МЕЛКУМЯН
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 172
В случае обращения в СЦ за инструкциями в нештатной ситуации переда-
ются данные о:
- состоянии батареи;
- координаты ИР относительно начала Объекта мониторинга;
- данные внутренних/внешних сенсоров.
Исходя из того, что на сегодняшний момент при возникновении ТЭП на
шахтах уровень загрязненности, информация о текущей геометрии завала и т. п.
определяется людьми вручную без использования дополнительной техники,
возникла необходимость автоматизировать процесс мониторинга ТЭП, а также,
усовершенствовать информационную базу анализа типовых ТЭП и компоновки
подходящей оптимальной конфигурации ИР.
В частности, в данной работе в качестве примера предлагается следующий
вариант задачно-ориентированной инструкции (ЗОИ) для обеспечения управле-
ния формой траектории движения манипуляционной системы ИР при выполне-
нии исследования стесненных условий ИНС типа шахты (длиной не более 60 м)
на этапе 2 виртуального моделирования:
1) заехать в туннель, выполнять программу обследования шахтной атмосфе-
ры, приблизиться к Объекту мониторинга (узкое место);
2) после выполнения пункта 1), задействовать манипуляционную систему
для выполнения программы обследования пункта 4);
3) в процессе выполнения всех этапов, с заданной периодичностью опреде-
лять свои текущие координаты (относительно начала туннеля): задействовать
показания отклонений трехосного гироскопа, акселерометра, диаметр шестерен
гусеничного шасси;
4) в процессе выполнения данного пункта по показаниям дальномеров сле-
дить за наличием препятствий. Если препятствия не обнаружены, то выполнять
пункт 4), двигаясь вдоль объекта по «базовой траектории обследования» (зало-
женной в программе), следить за отклонением, корректировать положение уг-
лов на сервомоторах шарниров. Если препятствие обнаружено, то переходить
к пункту 6) «Процесс синтеза траектории на борту ИР»;
5) обновить массив координат траектории (запрос на Базу), синтезировать
траекторию, продолжить движение вдоль полученной траектории с учетом
пункта 5). Если обойти препятствие невозможно, то выполнять пункт 7);
6) включить режим экономии батареи, ждать дальнейших Инструкций от
Базы; управление движением робота в среде с препятствиями;
7) одновременно со всеми этапами включить программу текущего контроля
остатка энергозапаса бортовых двигателей и по достижению критических значе-
ний энергозапаса прекратить все измерения и возвращаться на Базу повторив
маршрут в обратном порядке (в случае исчерпания остаточного энергоресурса
бортовых систем до 1/3∙Е (Е – полный заряд батареи) сообщить СЦ о переходе в
режим «Возврат на Базу»).
НЕКОТОРЫЕ КОМПОНЕНТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 173
В работах [4, 5] предлагается архитектура системы виртуального модели-
рования (ИАС_top) для решения указанных задач виртуального моделирова-
ния компоновки и работы ИР для мониторинга типовых ТЭП.
Как отмечалось выше, одним из этапов проведения виртуального моделиро-
вания является автоматизация оптимальной компоновки образца ИР из ТИР для
решения поставленной задачи (рис. 4).
РИС. 4. Процесс синтеза ИР в структурированном ТИР
Суть предлагаемого подхода к синтезу ИР, ориентированного на монито-
ринг ТЭП, заключается в использовании структурированного ТИР в терминах
характеристического пространства G12 [3]. В работах [2, 5] для задач ликвидации
ТЭП в регионах Украины, где развита угледобывающая отрасль, в качестве
примера приведен состав типовых компонент технического оснащения ТИР для
наземных ИР, ориентированных на мониторинг шахтных туннелей.
Выводы. Указана высокая актуальность разработки интеллектуальной сис-
темы (ИС) «УПРАВЛЕНИЕ_ТЕП». Рассмотрены отдельные вопросы создании
компонентов информационного, математического, алгоритмического, про-
граммного, организационного и технического обеспечения ИС «УПРАВ-
ЛЕНИЕ_ТЭП». Приведены основные этапы моделирования функционирования
Ю.В. ПИСАРЕНКО, Е.Ю. МЕЛКУМЯН
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 174
ИР в виртуальном окружении. Разработана UML-диаграмма последовательно-
стей процесса взаимодействия элементов пары «ситуационный центр-
интеллектуализированный робот» (<СЦ, ИР>) во времени. Рассмотрен один из
основных вопросов разработки ИС «УПРАВЛЕНИЕ_ТЕП» − синтез интеллекту-
ального робота в рамках технопарка интеллектуальных роботов. Затронут один
из этапов проведения виртуального моделирования, автоматизация оптимальной
компоновки образца интеллектуализированного робота из технопарка ТИР для
решения поставленной задачи.
1. Писаренко В.Г. Системний аналіз складних об’єктів. – К.: УкрІНТЕІ, 2009. – 133 с.
2. Писаренко В.Г., Писаренко Ю.В., Мелкумян Е.Ю. и др. Применение робототехники для об-
следования шахты после обвала // Искусственный интеллект. – 2010. – № 4. – С. 528 – 534.
3. Писаренко В.Г., Писаренко Ю.В. Разработка информационно-аналитической системы
поддержки принятия решений по управлению опасными быстропротекающими тех-
нологическими происшествиями // Міжнародна конференція “50 років Інституту
кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України”, Україна, Київ, 24-26 грудня 2007
року. Праці конференції. – К., 2008. Вид-во ІК ім. В.М. Глушкова НАН України.
– С. 214 – 222.
4. Писаренко Ю.В. Виртуальное проектирование интеллектуализированных роботов для
разведки и нейтрализации опасных экологических происшествий. – Автореф. дис. …
канд. техн. наук. – НАН Украины, Институт кибернетики имени В.М. Глушкова. – Киев.
– 2006. – 20 с.
5. Мелкумян Е.Ю. Автоматизированная система мониторинга типовых техноэколо-
гических происшествий. – Автореф. дис. канд. техн. наук. – Национальный технический
университет Украины "Киевский политехнический институт". – Киев. – 2011. – 20 с.
Получено 12.09.2014
|