Введение к работе
1.1. Актуальность проблемы. В современном мире большое внимание уделяется созданию и разработке различного рода приспособлений для. инвалидов, дающих возможность человеку не чуствовать себя оторванным от общества. Эта проблема особенно остро стоит в России, где пока инвалидам уделяется очень мало внимания, в то время, как наши условия способствуют росту их числа. Среди производства приспособлений для инвалидов далеко не последнее место занимает изготовление средств передвижения, в частности инвалидных колясок (ИК). Создание инвалидных транспортных средств (ИТС) быстрыми темпами происходит в США, Германии, Японии, Англии и других странах, гае не только налажено серийное производство, но и существует разработка И К под конкретного человека.
На данном этапе своего развития создаются'ИК, способные преодолевать лестничные марши, в которых в качестве движителей используются: гусеницы, симбиоз колес и гусениц, а также колеса с разными приспособлениями, типа штырей, планетарных механизмов и т. д. В существующих ИТС в качестве основных недостатков следует отметить значительные массо-габаритные показатели, ухудшающие маневренность и энергетические характеристики ИК, а также функциональную специализацию ИК, разграничивающих их по условиям применения.
В наших условиях использование электромотор-колес особой конструкции в ИК позволяет решить сразу несколько проблем. Прежде всего их применение дает возможность до предела упростить кинематику, а следовательно уменьшить массо-габаритные показатели, снизить энергопотребление, увеличить запас хода и перевести проблему снижения массо-габаритных характеристик в плоскость уменьшения массы аккумуляторных батарей, определяющих значительную часть веса ИТС. Использование полноприводной схемы ИК в значительной степени увеличивает ее маневренные способности, что в условиях малогабаритности жилья .играет большую роль, а также позволяет повысить проходимость ИТС. Совокупность возможностей, связанных с повышением маневренности и проходимости, позволяет снять барьер между разграничением функций использования ИК, для применения, как в помещениях, городских условиях, так и вне городской черты.
Использование многоприводной системы (МПС) в инвалидном электротранспортном средстве (ИЭТС) требует создания новой структурно - алгоритмической организации системы управления (СУ) для поддержания различных режимов движения, с учетом накладываемых ограничений со стороны человека.
включенного в СУ, ориентированную на наилучшее использование имеющихся ресурсов системы.
1.2. Цель работы - поиск принципов построения, разработка методов исследования и проектирования СУ движением ИК, обеспечивающих: максимальную их маневренность, комфортность и безопасность эксплуатации человеком с ограниченными функциональными возможностями; оптимальное использование информационных, вычислительных и энергетических ресурсов, выделяемых для достижения целей управления.
Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:
анализ кинематики и динамики ИТС, направленный на поиск оптимальных решений конструкций ходовой части, а также средств и СУ;
разработка принципов " структурно-алгоритмической организации СУ, связанной с различными режимами движения ИК, с учетом ограничений накладываемых со стороны человека и ресурсов системы;
-проведение математического моделирования на ЭВМ, подтверждающего эффективность предлагаемых решений и корректность принятых допущений;
- разработка методов проектирования электроприводов
многоприводной инвалидной коляски (МИК).
13. Методы исследований. В работе использовались методы теории автоматического управления, аналитической геометрии, приближенного решения нелинейных дифференциальных уравнений, векторного анализа, элементарных вычислений, цифрового моделирования на ЭВМ.
1.4. Основные положения, выносимые на зашиту:
методы выработки общей стратегии управления МИК, учнтьшающей конструктивные особенности ТС, возможные режимы его движения, а также функциональные и ресурсные ограничения в системе человек - машина;
принцип построения биотехнической системы управления (БТСУ) МИК, основанный на использовании типовых программ движения и максимально снижающий влияние на качество управления запаздывания, обусловленного подачей команд человеком с ограниченной реакцией на изменения внешних условий;
принцип мультиструктурной организации СУ МИК, обеспечивающий максимальное соответствие избираемой структуры текущему режиму движения и, как следствие,- оіпимальное использование наличных ресурсов управления;
- методы автоматизированного проектирования СУ ЭТС, его конструктивных параметров ходовой части, электроприводов, доступные широкому кругу пользователей и позволяющие максимально ослабить влияние субъективного фактора квалификации разработчика на быстрое получение удовлетворительных результатов.
1.5. Научная новизна.
-
Выявлена специфика движения ЭТС, связанная с возможностью возникновения неординарных ситуаций гипа скольжения, буксования, юза, в соответствии с которой была предложена БТСУ, в которой предложен принцип сочетания программного управления с целеуказаниями со стороны человека.
-
Изучены свойства БТСУ, связанные с влиянием человека в СУ и предложены меры, уменьшающие запаздывание вносимое человеком.
-
Предложен принцип структурно-алгоритмической организации СУ МИК на глобальном уровне (режимы движения), позволяющий разбить систему на ряд подсистем, определяющих движение в каждом конкретном случае: прямолинейное, криволинейное, движение по лестничным маршам, с целью наилучшего использования информационных, вычислительных и энергетических ресурсов.
-
Предложен мультиструктурный принцип организации СУ на локальном уровне (разгон, движение с постоянной скоростью, торможение), позволяющий достичь оптимальных показателей по динамическим и энергетическим характеристикам движения объекта, в условиях ограниченности ресурсов.
-
Достоверность теоретических и прикладных результатов исследований подтверждена машинными (ЭВМ) экспериментами. При этом возможность принятия теоретических допущений определялась ' процедурой использования имитационного моделирования, исключающего возникновение неустойчивости вычислительных процедур, для проверки: математических моделей (ММ), с предложенными структурными схемами, на' соответствие с выдвинутыми положениями, . найденными теоретическим или эвристическим путем; - подтверждения положения о достижении наилучших динамических и энергетических показателей системы; -оценки влияния человека в БТСУ.
-
Практическая ценность.
Предложенные принципы построения, алгоритмы управления и методы проектирования БТСУ позволяют:
I. Добиться повьциения маневренности ИЭТС, необходимой в наших малогабаритных помещениях; повысить чувство
комфортности человека, связанное не только с улучшением характеристик движения ИК, но и упрощения управления движущимся объектом; улучшить безопасность реализации режимов движения, обеспечивающую устойчивость движения ЭТС; возможность применения ПК под конкретного человека, за счет изменения программного обеспечения, а не аппаратных реализаций.
-
Проектировать БТСУ ИЭТС, в соответствии с которыми можно добиться наилучших динамических и энергетических показателей движения объекта, обладающих меньшей стоимостью по сравнению с зарубежными аналогами.
-
Обеспечить процесс проектирования формализованными и автоматизированными процедурами, доступными широкому кругу пользователей.
1.8. Апробация работы.
Основные положения диссертации рассматривались И обсуждались:
- на конкурсе "Фундаментальные и прикладные проблемы
информационных систем" (г. Москва 1994 г.) работе был присужден
диплом конкурса;
-за представленную разработку были получены гранты в конкурсах "Конкурс грантов для молодых ученых" (г.Санкт-Петербург) в 1995 и в 1996 году;
- на заседаниях кафедры САУ.
1.9. Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи
общим объемом 14 печатных страниц, а также оформлен патент на
изобретение.
1.10. Структура и-объем работы. Диссертация состоит из
введения, четырех глав, заключения, списка литературы,
включающего 106 наименований, 3-х приложений. Основная часть
работы изложена на 139 страницах машинописного текста. Работа
содержит 79 рисунков и 18 таблиц.
