CC BY
19
Военная секция
УДК 007.52:681.5182.001.57
Н.Е. Сергеев
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ В ПРОСТРАНСТВЕ ПРИ ПОМОЩИ ЛИНГВИСТИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕННЫХ
При решении задачи различается два объекта: первый является целью, второй - объектом управления. Цель изменяет непрерывно свое положение. Объект управления имеет возможность получить информацию о местоположении цели в плоскости, поперечной оси наибольшего перемещения по изменению координаты граничных точек. Перемещение цели по оси наибольшего смещения определяется по изменению размера цели. Получение информации о цели затруднено тем, что даже при равномерном и прямолинейном движении возможно некоторое изменение формы контура цели. Такая проблема возникает, если наблюдение за объектом осуществляется с помощью телевизионных камер, тепловизоров или других приборов, позволяющих воспроизводить форму наблюдаемого объекта. Форма изображения объекта может меняться из-за изменения интенсивности освещения объекта, изменения направления освещения объекта, вращения объекта, изменения прозрачности среды и температуры объекта и фона, появления маскирующих признаков.
Объектом управления может быть любое тело, самодвижущееся или движущееся под воздействием внешних факторов в ограниченных (трубопроводах, тоннелях) или неограниченных (вода, воздух) средах. На объекте управления имеются, кроме средств получения информации о цели, средства реализации управляющего воздействия (например, рули управления средствами движения и воздействия на цель).
Базу данных описываемой модели представляют наблюдаемые или информативные (терминальные) атрибуты, которые могут быть получены непосредственно датчиками или приборами, производные атрибуты, которые используются как промежуточные при принятии решений, и управляемые атрибуты, которые используются для управления объектом.
Смещение объекта или изменение формы объекта определяется заполнением контрольных интервалов точками цели с одной стороны и точками фона с другой. При этом предполагается, что изображение объекта отличается от фона цветом или интенсивностью. Допускается слияние отдельных частей изображения объекта с фоном (пропадание границ), в том числе и в местах расположения контрольных интервалов. Контрольные интервалы выбраны в следующих основных направлениях (рис. 1): северное (К); южное (8); восточное (0); западное (").
При сложных изменениях формы объекта используются еще и дополнительные направления: северо-восточное - N0; северо-западное - К" юго-восточное -80; юго-западное - 8". Первоначальное расположение контрольных интервалов производится специальной присоединенной процедурой в течение первых тактов наблюдения за целью (процедура Р1ос_0).
При решении подзадачи поддержания заданного расстояния до цели производится масштабирование и корректировка положения контрольных интервалов. Из-за неточности соответствия полученных данных фактическим параметрам объекта атрибуты цели описываются лингвистическими нечеткими переменными (ЛП) [1]. Экспертный опрос для создания словаря предметной области проводился при наблюдении за объектами эллиптической формы. Эксперту предоставлялась возможность изменять формы функций принадлежности в реальном времени и наблюдать за изменением качества управления. Для объектов сложной формы построены функции отображения предметной шкалы на универсальную для различных углов между осью наибольшего перемещения объекта и направлением наблюдения, и они в некотором приближении описывают форму объекта.
Атрибуты "М-заполнение" и '^-заполнение" описываются одноименными с наименованием атрибутов ЛП с терм-множествами Т8=,Ш=("малое", "среднее", "большое", "очень большое"). Лингвистические переменные атрибутов "О-заполнение" и "^-заполнение" имеют следующие терм-множества: TO=TW=("очень малое", "малое", "среднее", "большое") Дополнительные атрибуты имеют следующие терм-множества: TNO=TNW=("малое", "большое"), TSO=TSW=("незначительное", "нормальное", "значительное").
Для трехмерных объектов сложной формы предусмотрена специальная процедура (Р_уаг), которая обучает систему оценке характера перемещения конкретного объекта с использованием функций отображения предметной шкалы на универсальную шкалу при предварительном моделировании вращения объекта в разных плоскостях. Результатом такого обучения является база данных, описывающая форму объекта наблюдения. На рис. 2 изображены функции принадлежности термов ЛП, описывающие атрибуты "М-заполнение", "0-заполнение", "МО-заполнение" "NW-заполнение". Носителями нечетких множеств являются шкалы смещений.
Следующие атрибуты определяют координаты управляемого объекта и элементы его движения: высота своя шЬ; скорость своя шУ ; курс свой тС. Эти атрибуты являются терминальными и принимают четкие значения. Производными являются следующие атрибуты: изменение скорости объекта наблюдения (атрибут оУ+) описывается ЛП нечисловой с терм-множеством %У+ ={"значительное уменьшение", "уменьшение", "незначительное", "увеличение", "значительное уве-
личение"}; курс объекта наблюдения (атрибут oC) описывается нечисловой ЛП с областью определения ToC={N,NN0,N0,S,SS0,S0,...,SWW}, что приблизительно описывает проекцию курса цели на плоскость, перпендикулярную курсу управляемого объекта; изменение курса объекта наблюдения (атрибут oC+) описывается нечисловой ЛП с терм-множеством ToC+={"значительное", "незначительное"}; перемещение изображения горизонтальное (атрибут oG+) описывается нечисловой ЛП с областью определения ToG+={"значительно влево", "влево", "незначительное", "вправо", "значительно вправо"}; перемещение изображения вертикальное (атрибут oH+) описывается нечисловой ЛП с областью определения ToH+ ={"резко вниз", "вниз", "незначительное ", "вверх", "резко вверх"}; вращение изображения (атрибут oR+) описывается нечисловой ЛП с областью определения ToR+=<"значительно влево", "влево", "незначительное","вправо", "значительно вправо"); результирующее перемещение объекта наблюдения (атрибут oRST) описывается лингвистической нечисловой переменной, которая определяется по расположению вектора скорости на одном из телесных углов (0, 45, 90, 135, 180), область определения значения ToRST={1,2N, 2МЫ0, 2Ш, 2Ш0, 2S, 2SS0, 280, 2800, 2NNW, 2NW, 2NWW, 2", 288W,28W, 28WW,... ,5}. "1" и "5" соответствуют направлению движения, параллельному движению объекта в противоположных направлениях. Эти атрибуты получают значения по значениям информационных признаков с помощью присоединенных процедур.
Рис. 2. Функция принадлежности заполнений
По результатам наблюдения за объектом отсеиваются случайные перемещения и формируются представления о намерениях в виде предположений о типе траектории, атрибут oFU - тип предполагаемой траектории объекта наблюдения описывается нечисловой FU, область определения ToFU={"•","T","^■","^","•^",
Атрибут целевая функция mFUi представляет цель управления. В ходе управления система может действовать в соответствии с некоторой последовательностью целей, называемых программой. Например, в нашем случае программой может быть "сближение на заданную дистанцию", "поддержание установленной дистанции", "сближение". Для выполнения целевой функции в соответствии с
типом предполагаемой траектории вырабатывается стратегия противодействия -атрибут mFUST.
На основании типа предполагаемой траектории определяется предполагаемое перемещение объекта на следующем шаге. При неудовлетворительных характеристиках предсказания производится переопределение типа предполагаемой траектории. Качественные характеристики предсказания описываются нечисловой лингвистической переменной с областью определения TgG=<"хорошее", "удовлетворительное", "плохое", "пропадание цели". Управляющие воздействия описываются следующими атрибутами: управление горизонтальными рулями (атрибут fH+), описывается числовой переменной, указывающей направление (отрицательное значение - поворот рулей влево, положительное - поворот рулей вправо) поворота рулей и время воздействия механизма привода; управление вертикальными рулями (атрибут fV+), описывается числовой переменной, указывающей направление (отрицательное значение - поворот рулей вниз, положительное - поворот рулей вверх ) поворота рулей и время воздействия механизма привода; атрибут ускорение F+, описывается числовой переменной, указывающей значение величины, направленной на изменение скорости.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Борисов А.Н, Алексеев А.В. и др. Модели принятия решений на основе лингвистической переменной. Рига: Зинатне, 1982.
УДК 621.865.8
В.П. Зарницин, Н.Е. Сергеев, М.П. Кравченко КАЧАЮЩАЯСЯ ПЛАТФОРМА
Для демонстрации и отладки алгоритмов распознавания образов, нечеткого управления и регулирования, экспериментов с системами реального времени разработана квадратная качающаяся платформа с точкой опоры в центре и двумя сервоприводами по углам, расположенными на одной линии, что обеспечивает наклон платформы в двух плоскостях в пределах 10 градусов относительно горизонтального положения с шагом в 0,01 градуса. Это задает элементы движения шарика или любого другого тела качения, находящегося на платформе. Местонахождение тела качения, его траектория, скорость и прочие элементы движения определяются по изображению, передаваемому цифровой камерой, установленной над платформой, при помощи специальных алгоритмов, результатом обработки которых являются расчетные угол и скорость наклона платформы.
Для управления платформой используются стандартные сервомеханизмы, работающие по принципу преобразования длительности импульса в угловое положение. Максимальная скорость привода - 60 градусов за 0,11 секунды, нагрузка на валу 3 кг. Для управления сервомеханизмами разработан блок сопряжения с ЭВМ через интерфейс "Centronics", основная функция которого - преобразование двоичного кода на выходе LPT порта в длительность импульса. Разработанный блок сопряжения незаменим в робототехнике. Помимо управления сервоприводами, возможно управление скоростью коллекторного двигателя постоянного тока.
