Моделирование системы управления гусеничным мобильным роботом с учетом кинематических и динамических параметров

В работе рассмотрена задача построения системы управления движением автономных мобильных гусеничных роботов в неформализованной внешней среде. На основе предложенной математической модели системы управления гусеничным мобильным роботом, учитывающей кинематические и динамические параметры, проведено имитационное моделирование гусеничного мобильного робота в средах динамического моделирования технических систем MATLAB Simulink и SimInTech, что позволило с определенной точностью управлять координатами гусеничного мобильного робота по заранее заданной траектории. Для повышения устойчивости системы управления движением мобильного робота в нее был внедрен ПИД-регулятор тока якоря и электромагнитного момента. В ходе имитационного исследования получены графические зависимости от времени: напряжения питания; угла поворота корпуса робота; скорости гусениц; тока якоря двигателей; электромагнитного момента двигателей; тока якоря двигателей с ПИД-регулятором; пройденного гусеницами пути; электромагнитного момента двигателей с ПИД-регулятором, а также проводилось задание центра масс робота при задании траектории радиусом 10 м в течение 6,2 с. В программном пакете MATLAB Simulink построены модели: общая имитационная, имитационная кинематическая и имитационная динамическая гусеничного мобильного робота, имитационная подсистема блока управления электроприводами. В программной среде SimInTech получена имитационная модель динамической части правого электропривода гусеничного мобильного робота. Проведен сравнительный анализ графических зависимостей угловой скорости катка и тока якоря двигателя гусеничного мобильного робота, полученных в пакетах MATLAB Simulink и SimInTech, который выявил ряд достоинств и недостатков при проверке работы системы управления гусеничным мобильным роботом в неформализованной внешней среде.

1. Farhan, A. S. Dynamic and Kinematic Models and Control for Differential Drive Mobile Robots / A. S. Farhan // International Journal of Current Engineering and Technology. 2013. Vol. 3, Iss. 2. P. 253–263.

2. К вопросу управления мобильным роботом с колесами всенаправленного типа / С. А. Павлюковец [и др.] // BIG DATA и анализ высокого уровня = BIG DATA and Advanced Analytics: сб. науч. ст. IX Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 17–18 мая 2023 г.: в 2 ч. / Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники; редкол.: В. А. Богуш [и др.]. Минск, 2023. Ч. 2. С. 94–102.

3. Романов, П. С. Подходы к созданию интеллектуальной системы управления мобильным роботом [Электронный ресурс] / П. С. Романов, И. П. Романова // Инженерный вестник Дона. 2018. № 1. Режим доступа: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_80_romanovpdf_1ed870ce12.pdf.

4. Ahmad, A. M. Modeling, Simulation and Dynamics Analysis Issues of Electric Motor, for Mechatronics Applications, Using Different Approaches and Verification by MATLAB/ Simulink / A. M. Ahmad, M. K. Mohammed, A. S. Farhan // I. J. Intelligent Systems and Applications. 2013. Vol. 5, Nо 5. P. 39–57. https://doi.org/10.5815/ijisa.2013.05.06.

5. Круглова, Т. Н. Моделирование системы управления полноприводным четырехколесным сельскохозяйственным мобильным роботом / Т. Н. Круглова, А. С. Власов // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2019. Т. 4, № 5. С. 147–154. https://doi.org/10.34031/article_5ce292ca6fa530.67486694.

6. Павлюковец, С. А. Математическая модель системы управления мобильным гусеничным роботом с учетом кинематических и динамических параметров / С. А. Павлюковец, А. А. Вельченко, А. А. Радкевич // Системный анализ и прикладная информатика. 2023. № 3. С. 33–38. https://doi.org/10.21122/2309-4923-2023-3-33-38.

7. Sandeep, K. M. Kinematics, Localization and Control of Differential Drive Mobile Robot / K. M. Sandeep, M. Jharna // Global Journal of Researches in Engineering: H Robotics & Nano-Tech. 2014. Vol. 14, Iss. 1. P. 1–8.

8. Gonzalez, R. Adaptive Control for a Mobile Robot Under Slip Conditions Using an LMI-Based Approach / R. Gonzalez, M. Fiacchini, T. Alamo, J. L. Guzman, F. Rodrigue // European Journal of Control. 2010. Vol. 16, Iss. 2. P. 144–155. https://doi.org/10.3166/ejc.16.144-155.

9. Wheeled Mobiled Robotics. From Fundamentals Towards Autonomous Systems / G. Klancar, A. Zdesar, S. Blazic, I. Škrjanc. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2017. 502 p.

10. Liu, J. Modeling and Simulation of Robotic Arm in MATLAB for Industrial Applications / J. Liu, Q. Luo // 11th International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics (IHMSC), 24–25 August 2019. IEEE, 2019. P. 3