Президентский физико-математический лицей №239 Сергей Александрович Филиппов
Регуляторы Ветвление Задача движения по границе Значение серого Релейные регуляторы Двухпозиционный регулятор Калибровка датчика Корректировка скорости Трехпозиционный регулятор
Регулятор – это совокупность устройств, обеспечивающих желаемое поведение системы. Поплавковый регулятор Ползунова, 1765 г. Центробежный регулятор Уатта, 1788 г.
Ветвление – часть алгоритма, в которой в зависимости от условия выполняется один или другой набор действий. Условие Действия 1 Действия 2 Конец условия Да Нет
Задача двигаться по границе черного и белого с помощью датчика освещенности Значение серого находится на границе и вычисляется через среднее арифметическое: grey=( white+black )/2 Для каждого робота свое значение серого, например grey=25 Калибровка – определение пороговых показаний датчика 1 0 4 0 2 5
1 B C
Двухпозиционный релейный регулятор имеет два состояния : освещенность > серого, освещенность ≤ серого. Двухпозиционный регулятор строится на основе ветвления и выполняет одно из двух действий: плавный поворот направо, плавный поворот налево. Миллисекунда нужна для отдыха контроллера B C ≤25 >25
Движение на релейном регуляторе слишком неровное: робота заносит Для стабилизации можно понизить скорость Или наоборот повысить
Рассмотрим окрестность вокруг значения серого ±5 процентов свет >30 | 30≥ свет >20 | свет ≤20 белый | серый | черный Если показания датчика попадают в окрестность, робот движется прямолинейно – новое действие 25 3 0 | 2 0
В задачах автоматического регулирования управляющее воздействие u обычно является функцией динамической ошибки – отклонения e регулируемой величины x от ее заданного значения x 0 : e = x 0 – x Пропорциональный регулятор – это устройство, оказывающее управляющее воздействие на объект пропорционально его отклонению от заданного состояния. u = k · e Здесь k – это коэффициент усиления регулятора.
Также как и в релейном регуляторе, необходимо определить среднее значение gr e y между черным и белым. Это будет то состояние датчика освещенности s ensor 1, к которому должна стремиться система. e = grey - sensor1
Краткая калибровка с понижением, датчик над белым полем grey=sensor1-(white-black)/2 Полная калибровка с определением белого и черного Ожидание нажатия кнопки Добавить сигнал с задержкой
Краткая калибровка с понижением, датчик над белым полем grey=sensor1-(white-black)/2 Полная калибровка с определением белого и черного Ожидание нажатия кнопки Вывод результата на экран
1 2 B C
Оба на белом – движение прямо, левый ( sensor 1) на черном, правый ( sensor 2) на белом – движение налево, левый на белом, правый на черном – движение направо, оба на черном – движение прямо.
На каждой ветви проверки первого датчика идет проверка второго датчика Алгоритм выполняется только по одной из ветвей Для каждого датчика требуется определить свое значение серого (например, 23 или 26)
Издать звуковой сигнал на каждом перекрестке При звуковом сигнале без ожидания один перекресток фиксируется несколько раз При длительном ожидании робот может сойти с линии Ожидание не должно превышать 200 мс
Издать звуковой сигнал на каждом перекрестке При звуковом сигнале без ожидания один перекресток фиксируется несколько раз При длительном ожидании робот может сойти с линии Ожидание не должно превышать 200 мс
Краткая калибровка Откуда взято вычитаемое число? Оно определено заранее как половина разности крайних показаний датчика grey1=sensor1-(white1-black1)/2 grey2=sensor2-(white2-black2)/2 Для точной калибровки желательно чистое одноцветное поле вне линии Для надежности следует сделать паузу перед началом движения Ожидание нажатия кнопки
На старте обнулить счетчик перекрестков count=0 Построить цикл с условием по счетчику count На каждом перекрестке увеличивать счетчик (один раз!)
На заданном перекрестке count= =3 остановиться и издать звуковой сигнал Для наглядности создать подпрограмму и вызвать ее после увеличения count=count+1 Для действия на другом перекрестке надо добавить в эту программу еще одну проверку условия
На 5 перекрестке сбить объект (после сигнала на 3 перекрестке)
Ошибка рассматривается как разность показаний датчиков Нет зависимости от показаний на сером e=sensor1-sensor2
Датчики могут быть изготовлены с отклонениями Разность показаний на однотонной поверхности - это статическая ошибка До цикла est =sensor1-sensor2 В цикле статическая ошибка устраняется: e=sensor1-sensor2-est
Вытащите первый блок «Подпрограмма» на сцену Назовите её. Блок подпрограммы появится в палитре Двойным щелчком по подпрограмме перейдем к диаграмме её алгоритма
Издать звуковой сигнал на перекрестке Из-за задержки во время сигнала робот может сбиться с линии, поскольку он долго едет вслепую Нужен сигнал без ожидания завершения
Для точной калибровки желательно чистое одноцветное поле вне линии Для надежности следует сделать паузу перед началом движения Ожидание нажатия кнопки Необходимо объявить все переменные в основной программе
Сигнал без ожидания «пиликает» постоянно… Почему? Скорость робота – примерно 30 см/с Ширина линии перекрестка – 3 см На проезд линии робот тратит примерно 100 мс: 3 см / 30 см/с = 0.1 с Значит, он успевает получить команду на сигнал около 100 раз Установим время движения «вслепую» 200 мс – с запасом
Вложенное ветвление – еще один способ проверки перекрестка
Для точной калибровки отдельно считывается черное, отдельно белое поле Ожидание нажатия кнопки
П-регулятор поместить в отдельную подпрограмму Обнуляем счетчик count и задаем все переменные до программы Повторяем цикл, пока значение счетчика меньше 5 На каждом перекрестке добавляем в счетчик 1 count = count + 1
На каждом перекрестке добавляем в счетчик 1 count = count + 1
В начале запоминаем время На каждом перекрестке обновляем время Засчитываем перекресток только через 200 мс
Подпрограмма «Действия» добавляется сразу после увеличения счетчика
Подпрограмма «Действия» сдвигает банки на каждом втором перекрестке Условие четности перекрестка: count % 2 == 0
Сергей Александрович Филиппов Президентский физико-математический лицей № 239 Санкт-Петербург safilippov@gmail.com
