CC BY
32
of fire safety of objects and their results for peoples and material value important in forest extinguishment in city.
Keywords: fire risk, fire, fire existence frequency, refusal intensity, probability of unfailing work, probability of refusal.
УДК 004.383.8.032.26 Проф. Р.О. Ткаченко, д-р техн. наук;
здобувач О.Р. Ткаченко; проф. 1.Г. Цмоць, д-р техн. наук;
acnip. I. €. Ваврук - НУ "Львiвська полiтехнiка "
ВИКОРИСТАННЯ СИМУЛЯТОРА НЕЧ1ТКО1 ЛОГ1КИ ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ КЕРУВАННЯ РОБОТОТЕХН1ЧНОЮ СИСТЕМОЮ
Розроблено структуру штелектуальних 3aco6iB керування рухом мобшьно'' ро-бототехшчно'' системи з використанням контролера нечетко'' лопки. Визначено лш-гвютичш змшш, функци належност та сформовано базу правил для керування мо-бшьною робототехшчною системою при об''зд перешкоди. Здiйснено моделювання i вiзуaлiзaцiю руху мобiльноï робототехнiчноï системи з використанням середовища TControllerWorkshop.
Ключовг слова: мобшьна робототехнiчнa система, нечiткa лопка, ультразвуко-вий давач, контролер нечетко'' логiки.
Постановка проблеми. На сьогодш досить поширене використання штелектуальних засоб1в для керування робототехшчними системами (РТС). Створення штелектуальних засоб1в може здшснюватись з використанням ек-спертних систем, штучних нейронних мереж, нечетко' лопки, еволюцшних метод1в та генетичних алгоритм1в або поеднанням декшькох з них [1].
Основними перевагами використання нечетко' лопки для моделювання керування мобшьними РТС е забезпечення бшьш високо' стшкосп пор1в-няно з шшими методами; використання неоднозначно заданих вхщних зна-чень, що особливо важливо, якщо мобшьна РТС функцюнуе у невизначених умовах; зменшення часу проектування тощо. Нечетка лопка використо-вуеться у випадках, коли важко або неможливо описати систему традицшни-ми методами. Особливютю штучних нейромереж е 'х висока швидкод1я, на-дшнють та вщмовостшюсть [13].
Система керування рухом мобшьно' РТС повинна забезпечувати взаемодто з зовшшшм середовищем i на основ! цього здшснювати побудову маршруту, керувати параметрами руху тощо. Мобшьш РТС подшяють на: наземш, плавают, летают тощо. Наземш мобшьш РТС подшяють, своею чертою, на колют, крокукт та пбридш. На цей час найбшьший практичний ш-терес викликають наземш колюш РТС, оскшьки вони проста в розробленш та моделюванш.
Отже, актуальною задачею е використання штелектуальних засоб1в на основ1 нечетко' лопки та нейромереж для керування мобшьними колюними РТС.
Анал1з останшх досл1джень i публ1кац1й. Анал1з останшх досль джень i публжацш засвщчив, що юнукш штелектуальш засоби на баз1 нечетко' лопки мають таю недолжи [1-7]: невисока точшсть; невисока швидкод!я; зaлежнiсть результaтiв вщ методу дефaзифiкaцiï. Для подолання зазначених
Нацюнальний лкотехшчний унiверситет УкраУни
недолiкiв запропоновано використовувати нейронечику модель Т-контроле-ра, що реалiзована в середовищi T-Controller Workshop [3-6]. При цьому за-безпечуеться збiльшення швидкодп та точносп завдяки використанню висо-кошвидкiсного нейромережевого методу дефазифжацп з нульовою методичною похибкою перетворення.
Завдання i мета досл1дження. Мета дослiдження полягае в здшснен-нi моделювання i вiзуалiзацп руху мобшьно! колюно! РТС при об'lздi переш-коди. Для досягнення поставлено! мети в робот розв'язуються такi задачi: розроблення структури штелектуальних засобiв керування рухом мобшьно! колюно! РТС з використанням нечико! логiки та нейромереж, визначення лшгвютичних змшних, функцiй належностi та побудови бази правил для керування рухом мобшьно! РТС.
Виклад основного матерiалу. Структура штелектуальних 3aco6ie керування рухом мобильно1 РТС. Запропоновано побудову структури штелектуальних засобiв керування рухом мобшьно! РТС здшснювати за модуль-ним принципом. Основними компонентами структури штелектуальних засо-бiв керування рухом мобшьно! РТС е: мобшьна РТС, модуль збирання та об-роблення даних i програмний контролер нечико! лопки [7].
Рис. 1. Структура штелектуальних засоб1в керування рухом моб1льно1 РТС
Змша траекторп руху здшснюеться на основi шформацп, що надхо-дить з давачiв вiддалi платформи РТС. Можуть використовуватись рiзнома-нiтнi давачi вщдал^ але найчаспше для задач керування рухом використову-ються ультразвуковi [8, 9, 11, 12].Запропоновано використовувати три давачг Приклад 1х розмiщення наведено на рис. 2, де Ь\-Ь3 давачi вiддалi.
Рис. 2. Розмщення ультразвукових давач1в на мобгльшй РТС
Принцип роботи ультразвукових давачiв полягае у випромшюванш короткого ультразвукового iмпульсу, що вщбиваеться вiд об'екта i приймаеться давачем. При цьому виявлення об'екпв залежить вiд властивос-тей поверхнi та кута падiння на об'ект [8, 9].Основною характеристикою ультразвукових давачiв е зона виявлення (рис. 3). Довжина "слшо! зони", в
якш давач не може знайти об'ект, залежить вiд довжини iмпульсу та часу за-тухання коливань [9].
Вхщш данi отримують з давачiв мобшьно! РТС та через модуль зби-рання та оброблення даних надходять у програмний контролер нечетко! лоп-ки (Т-контролер). У ньому вiдбуваeться перетворення параметрiв, що отри-муються з давачiв у процеш функцiонування мобшьно! РТС в параметри, за допомогою яких здiйснюeться керування мобшьною РТС. Контролер нечетко! лопки оперуе нечiткими величинами, до яких вщносять нечiткi множини, не-четю змiннi та лiнгвiстичнi змiннi [5-7, 10].
Нечетка множина А в деякому просторi X задаеться множиною пар А={х, цА(х)); хе X}, де цА(х) - функцiя належносп, що показуе степiнь належ-носп кожного елемента х до нечетко! множини А [7]. Максимальне значення функцп належносп - 1, що означае повну належнiсть елемента до нечетко! множини. Нечетка змшна задаеться набором <а, X, А>, де а - назва нечетко! змшно!; X- область !! визначення; А - нечетка множина, що мютить можливi значення, як може приймати нечiтка змiнна а [10].
Лшгвютична змiнна задаеться набором <в, Т, X, G, М>, де в - назва лшгвютично! змшно!; Т - множина значень лшгвютично! змшно! (терм-мно-жина); X - область визначення нечетких змшних; G - синтаксична процедура, що дае змогу генерувати новi терми (значення), використовуючи елементи Т-множини; М - семантична процедура, що дае змогу поставити у вщповщнють новому значенню лшгвютично! змшно!, що отримана з допомогою процеду-ри G вщповщну нечiтку множину [10].
Контролер нечетко! лопки функцюнуе за таким принципом: вхщш даш перетворюються з чiтких величин в нечетю в блоцi фазифжацп обробля-ються в блоцi прийняття ршень та перетворюються з нечiтких величин у чет-га в блощ дефазифжацп.
Блок фазифжацп призначений для перетворення конкретних четких величин х=(х1, х2,..., хп) у нечiткi за рахунок зютавлення конкретного значення вхщно! величини та значення функцп належносп ц(х) вiдповiдного терму вхщно! лшгвютично! змшно!. Основна складнють цього етапу полягае у фор-муваннi функцш належностi та визначеннi кiлькостi термiв лшгвютично! змшно!. Наприклад, для розв'язання задачi об'!зду перешкод мобiльною РТС може використовуватись вхщна лiнгвiстична змшна - "вщстань до перешко-ди", що отримуеться з давачiв вщдал^ I! вiдповiдними термами можуть бути: Т={"мала", "середня", "велика"}.
'Слша зона1 г**т*—
Зона в»явления
Активна зона выявления
^цю^льний лiсотexнiчний yнiвepситeт Укpaïни
Бaзa пpaвил мiстить МНОЖИНУ нечiтких пpaвил. Ск^дн^ть pеaлiзaцiï цього 6локу полягae в зaбезпеченнi достaтньоï кiлькостi тa несyпеpечностi нечiтких пpaвил, щоб вони повнютю охоплювaли всi можливi випaдки при pозв'язaннi постaвленоï зaдaчi тa aдеквaтно вiдобpaжaли цiль yпpaвлiння. Для нейронечи^ моделi Т-контpолеpa пpaвилa зaписyються в тaкiй фоpмi [3-S]:
Rk(B):(X\ is Aik and... andXn is Ank) or... or (X is A1m and... andXn is Anm) де Xi - вхщш змшш, Rk - пpaвило, Aik, Aim,Bk - терми лiнгвiстичних змiнних.
При побyдовi бaзи пpaвил спочaткy необхiдно видшити в кожнiй ви-хiднiй лшгвютичнш змiннiй певнi терми i зaдaти ïx фyнкцiï нaлежностi. По-пм для кожного теpмy виxiдноï лiнгвiстичноï змiнноï необxiдно зaдaти ^a-вило, використовуючи кон'юнкцiю (опеpaцiя "AND") тa диз'юнкцiю (опеpaцiя "OR"). Шприктад, вихщною лiнгвiстичною змiнною може бути "кут повороту". Ïï теpмaми можуть бути: 7={"нaпpaво", "прямо", "нaлiво"}. Тодi пpaвило для терму "нaпpaво" може бути представлено у виглядi:
Пpaвило 1 ("нaпpaво"): ("вiдстaнь до перешкоди першого дaвaчa" is "великa" and "вiдстaнь до перешкоди другого дaвaчa" is "великa" and "вщ-CTam до перешкоди третього дaвaчa" is '^ana") or.. .or ("вiдстaнь до перешкоди першого дaвaчa" is "середня" and... and "вiдстaнь до перешкоди третього дaвaчa" is "середня").
Блок прийняття ршень пpизнaчений для перетворення вxiдноï нечи-коï множини у вихдну нечiткy множину з викоpистaнням пpaвил, що мю-тяться в бaзi пpaвил Rk=Mk^Nk, де Rk - пpaвило, Mk, Nk - нечпта множини.
Блок дефaзифiкaцiï пpизнaчений для перетворення нечiткиx множин, що тадходять з блоку прийняття ршень у чiткy величину y, що подaeться в систему кеpyвaння рухом мобiльноï РТС. Особливiстю anTOpm^y Т-контро-леpa e нейромережевий метод дефaзифiкaцiï, що здiйснюeться зa допомогою кaскaдy двох нейромереж моделi геометричних перетворень тa дae змогу от-pимaти нульову методичну похибку перетворення [3-5].
Для кеpyвaння рухом викоpистовyeться знaчення виxiдноï змiнноï y, що тадходить з блоку дефaзифiкaцiï. У зaгaльномy випaдкy колiснi мобiльнi РТС подшяють нa РТС тaнкового типу тa РТС з системою рульового yпpaв-лiння. У РТС тaнкового типу колесa e фiксовaними вщносно плaтфоpми. РТС з системою рульового yпpaвлiння оснaщенi спецiaльними поворотними меxa-нiзмaми i можуть здiйснювaти поворот колю вщносно плaтфоpми.
Модeлювaння pyxy моб1льно'1 РТС npn обг1зд1 пepeшкоди. Для мо-делювaння руху мобiльноï РТС викоpистовyeться нейpонечiткa модель Т-контpолеpa, що pеaлiзовaнa в пpогpaмномy сеpедовищi TControllerWorkshop [S, б]. Основш пеpевaги цього сеpедовищa полягaють у зaбезпеченнi високоï швидкодiï i точности Екpaннy форму сеpедовищa TControllerWorkshop таве-дено нa рис. 4.
Вхщними пapaметpaми e вiддaль до перешкоди, що отpимyeться з дa-вaчiв вiддaлi. Для опису вxiдниx пapaметpiв використовуються лiнгвiстичнi змiннi Lj-L3, що вщповдають вiддaлi до перешкоди отpимaноï з трьох дaвaчiв вiддaлi. У пpогpaмномy сеpедовищi TControllerWorkshop пеpедбaченa мож-
304
Збipник нayково-тexнiчниx пpaць
ливють вводити значення вхщних даних вручну або зчитувати з файлу. Для кожно! вхщно! змшно! необхiдно задати множину значень (TepMiB) 7={" Small", "Average", "High"}, що позначають малу, середню i велику вщ-стань до перешкоди вiдповiдно. Функцп належностi кожного терму задають-ся парами чисел, перше з яких вказуе на значення вщсташ до перешкоди (значення лшгвютично! змшно! Lh де i - номер ультразвукового давача), а друге - на значення функцп належност при певному значеннi лшгвютично! змшно! [6'.
Ti
Рис. 4. Екранна форма середовища TControllerWorkshop
Результатом опрацювання е кут повороту мобшьно! РТС, що опи-суеться лшгвютичною змiнною Q з трьома термами 7={"Qright", "Qforward" та "Qleft"}, що означають рух прямо, поворот направо та поворот налiво вщ-повщно. Для кожного з термiв задаються функцп належностi. Вiдповiднi функцп належностi вхiдних лiнгвiстичних змiнних i вихщно! наведено на рис. 5. ц(Ы) Small Average High ц(ЬЗ)а Small Average High
Рис. 5. Графiчне представлення функцш належностг
Формування бази правил здiйснюeгься для кожного терму вихщно! лшгвюгично1 змшно1 з викорисганням вхщних лiнгвiсгичних змiнних, IX гер-мiв га операцiй кон'юнкцп i диз'юнкцп [6].
На рис. 6 наведено графiчне подання процесу моделювання руху мо-бшьно1 РТС при об'lздi перешкоди в середовищi TControllerWorkshop на ос-новi розроблених правил. При цьому задаються таю функцп належносгi для
Нацюнальний лкотехшчний унiверситет УкраУни
TepMiB лшгвютично! змшно! L1: "Small" - (0,1)(20,0), "Average" - (18,0) (40,1) (60,0), "High" - (58,0)(90,1); для TepMiB лiнгвiстичних змiнних L2 та L3: "Small" - (0,1)(40,0), "Average" - (0,0)(40,1)(90,0), "High" - (40,0)(90,1). При змш значень функцiй належностi буде змiнюватись траeкторiя змодельова-ного руху мобшьно! РТС.
Рис. 6. Графiчне моделюванняруху мобтьноИ РТС при o6'ndi перешкоди Висновки:
1. Використання штелектуальних засоб1в керування мобшьною РТС на 6аз1 нейронечгтко! модел1 Т-контролера, що реал1зована в середовищ1 T-Controller Workshop, забезпечуе збшьшення швидкодп та точност завдя-ки високошвидюсному нейромережевому методу дефазифжацп.
2. Здшснено побудову i опис структури штелектуальних засоб1в керування рухом мобшьно! РТС. Запропоновано використовувати ультразвуковi да-вачi вiддалi для керування рухом мобшьно! РТС при об'!здi перешкоди.
3. Використання розроблено! бази правил, визначених лiнгвiстичних змш-них та вщповщних функцiй належностi забезпечуе здiйснення управлш-ня мобiльною РТС при об'lздi перешкоди.
1. Апостолюк В.О. 1нтелектуальш системи керування: конспект лекцш/В.О. Апостолюк, О.С. Апостолюк. - К. : Вид-во НТУУ "КП1 ", 2008. - 88 с.
2. Назаров Х.Н. Робототехнические системы и комплексы : учебн. пособ. / Х.Н. Назаров. - Ташкент : Изд-во Ташкентского ГТУ, 2004. - 101 с.
3. Ткаченко Р.О. Модель нейронних мереж // Вюник Нацюнального ушверситету "Льв1вська полгтехшка". - Сер.: Комп'ютерна шженер1я та шформацшш технологи. - Льв1в : Вид-во НУ "Льв1вська жштехнка". - 1998. - № 349. - С. 83-86.
4. Грицик В.В. Нов1 тдходи до навчання штучних нейромереж / В.В. Грицик, Р.О. Ткаченко // Доповщ Нацюнально! академп наук Укра!ни. - 2002. - № 11. - С. 59-65.
5. Tkatchenko O. Rule-based Fuzzy Systemof Improved Accuracy / O. Tkatchenko, R. Tkac-henko, Yu. Hirniak, O. Ivakhiv, P. Mushenyk // Proceedingofthe 56-th International Colloquium: Innovationin Mechanical Engineering - Shapingthe Future. - Ilmenau University of Technology, 2011. - Pp. 1-6.
6. Tkatchenko Olexij. T-Controller Workshop User Manual : Sapienware Corporation / Olexij Tkatchenko, 2011. - 16 c.
7. Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы / Д. Рут-ковская, М. Пилиньский, Л. Рутковский. - М. : Горячая линия-Телеком, 2007. - 452 с.
8. Zou Yi (2000) Multi-ultrasonic sensor fusion for autonomous mobile robots, Sensor Fusion: Architectures / Zou Yi, Ho Yeong Khing, Chua Chin Seng, Zhou Xiao Wei // Algorithms and Applications IV; Proceedings of SPIE4051. - Pp. 314-321.
9. Жданкин В. Ультразвуковые датчики для систем управления / В. Жданкин // Современные технологии автоматизации : журнал. - 2003. - № 4. - С. 48-62.
Л1тература
10. Круглов В.В. Нечёткая логика и искусственные нейронные сети / В.В. Круглов, М.И. Дли, Р.Ю. Голунов. - М. : Изд-во "Физматлит", 2001. - 221 с.
11. Ткаченко О.Р. Управлшня рухом мобшьно! робототехшчно! системи / О.Р. Ткачен-ко, I.G. Ваврук, Я.П. Юсь // 1нтелектуальш системи прийняття ршень i проблеми обчислю-вального штелекту : матер. М1жнар. наук. конф. ISDMCI'2012. - Херсон : Вид-во ХНТУ, 2012. - С. 206-207.
12. Цмоць 1.Г. Архитектура мобшьно! робототехшчно! системи / 1.Г. Цмоць, Б.Я. Шулак, О.В. Скорохода // 1нтелектуальш системи прийняття ршень i проблеми обчислювального ш-телекту : матер. М1жнар. наук. конф. ISDMCI'2012. - Херсон : Вид-во ХНТУ, 2012. -С. 210-211.
13. Цмоць 1.Г. Принципи побудови та способи НВЮ-реашзаци нейромереж реального часу / 1.Г. Цмоць, О.В. Скорохода, I.G. Ваврук // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2012. - Вип. 22.06. - С. 292-300.
Ткаченко РА., Ткаченко А.Р., Цмоць И.Г., Ваврук И.Е. Использование симулятора нечеткой логики для моделирования процесса управления робототехнической системой
Разработана структура интеллектуальных средств управления движением мобильной робототехнической системы с использованием контролера нечеткой логики. Определены лингвистические переменные, функции принадлежности и сформирована база правил для управления мобильной робототехнической системой при объезде препятствия. Смоделировано и визуально показано движение мобильной робототех-нической системы с использованием среды TControllerWorkshop.
Ключевые слова: мобильная робототехническая система, нечеткая логика, ультразвуковой датчик, контролер нечеткой логики.
Tkatchenko RA., Tkatchenko O.R., Tsmots I.G., Vavruk I.Ye. Using simulator of fuzzy logic for modelling the control robotic systems
The structure of intelligent tools for traffic control mobile robotic systems with the usage of fuzzylogic controller are developed. The linguistic variables, membership functions and rule base are formed for by pass obstacles of mobile robotic systems. The modelling and visualization of mobile robotic systems motion using software TController-Workshop are made.
Keywords: mobile robotic systems, fuzzylogic, ultrasonic sensor, fuzzylogic controller.
УДК 674.09:51-74:519.87:004.942 Доц. В.О. Маееський, канд. техн. наук -НЛТУ Украти, м. Львiв; доц. А.Я. Вус, канд. фiз.-мат. наук -
Львiвський НУ iM. 1вана Франка
МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ РОЗПИЛЮВАННЯ КОЛОДИ СЕКТОРНИМ СПОСОБОМ НА ТАНГЕНЩАЛЬШ ПИЛОМАТЕР1АЛИ З УРАХУВАННЯМ Н РЕАЛЬНО* ФОРМИ
Розроблено математичну модель розпилювання колоди паралельно лшшнш рег-ресшнш ос секторним способом на тангенщальш пиломатерiали. Математична модель ураховуе форму поверхш реально! колоди, отримано! за результатами скануван-ня форми поверхонь !! поперечних перетишв. ОбГрунтовано особливосп математич-но! модел1 розрахунку схем розпилювання колоди (сектор1в) з урахуванням обертан-ня (повороту) колоди або схеми розпилювання навколо ос колоди на заданий кут за розр1зання (розпилювання) вертикальними i горизонтальними шчними площинами.
Ключовг слова: колода, сектор, розпилювання, секторний спошб, моделювання, математична модель, постав (схема розпилювання), лшшна регресшна вюь (ЛРВ), пиломатер1ал тангенщального розпилювання (тангенщальний пиломатер1ал), обер-тання колоди.
