Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Autopilot do śmigłowca bezzałogowego - program w środowisku Simulink

Janiec T., Romicki M., Butkiewicz B.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2008

|

Nr 3-4 (194-195)

117-123

PL

Badania i rozwój nad śmigłowcami autonomicznymi są obecnie szeroko zakrojone. Yamaha Motors dysponuje modelem, który jest używany komercyjnie głównie w spryskiwaniu obszarów rolnych. Celem niniejszej pracy wykonanej na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej w lnstytucie Systemów Elektronicznych, bylo opracowanie w środowisku Matlab-Simulink koncepcji autopilota dla śmigłowca bezzałogowego. Stanowila ona wstęp do obecnie rozpoczętej sprzętowej realizacji układu z mikroprocesorem. Zaprojektowano układ sterowania - kontroli lotu, mający za zadanie utrzymywanie śmigłowca w zawisie oraz wykonywanie prostych zadań, takich jak lot na zadaną wysokość i odległość oraz lądowanie. Autopilot zawiera układ sterowania i model śmigłowca zamknięte w pętlę sprzężenia zwrotnego. Układ sterowania zrealizowano w oparciu o logikę rozmytą, stosujac 6 regulatorów typu FPID. Układ sterowania jest typu regałowego, wykorzystujący bazę wiedzy opisującej działania konieczne do uzyskania poprawnego ruchu śmigłowca. Zalety takiego rozwiązania uwidaczniają się szczególnie w procesach słabo poznanych, w których opis matematyczny jest trudny, bądź skomplikowany lib niemożliwy do uzyskania. Matematyczny model śmigłowca musi uwzględniać dostatecznie dużo zjawisk tak, aby nie odbiegał on zbytnio od rzeczywistego zachowania obiektu. Model ten nie może być jednak zbyt skomplikowany ze względu na skończone możliwości obliczeniowe i konieczność spełnienia warunku pracy w czasie rzeczywistym. Wiarygodny model nieliniowy opracowano w NASA (Complexity Helicopter Math Model). Został on użyty do budowy autopilota śmigłowca Yamaha R-50, w prezentowanej pracy również skorzystano z modelu tego typu. Jako środowisko najbardziej odpowiednie ze wzgledu na możliwość realizacji i późniejsze testowanie wybrano oprogramowanie Matlab-Simulink. Przeprowadzono wiele testów weryfikujacych poprawność rozwiązania. Szczególnie badano zachowanie i stabilność śmigłowca po przyłożeniu skoków prędkości i skoku kątów Eulera, zarówno każdy oddzielnie, jak i równoczenie. Badano typowe zadania, jak wznoszenie na zadaną wysokość, zawis, ruch na zadaną wysokośc i odległość, lądowanie. Zarejestrowano wykresy położenia, predkości, kątów orientacji oraz sygnałów sterujących. Ponadto, specjalny program pozwala na wizualizację ruchu śmigłowca. Uzyskane rezultaty można uznać za dobre i spełniajace załozenia. Ze względu na tematykę pracy konieczne było nawiązanie współpracy z Wydziałem MEiL Politechniki Warszawskiej oraz Wojskową Akademią Techniczną.

EN

Research and development on autonomous helicopters are now a wide-ranging. Yamaha Motors has a model that is used commercially mainly in the areas of agricultural spraying. The purpose of this work done at the Department of Electronics and Information Technology of Warsaw University of Technology at the Institute of Electronic Systems, was to develop concepts for unmanned helicopter autopilot in Matlab-Simulink environment. It was the introduction to the current hardware implementation of the system working with a microprocessor. The flight control system was designed, with the task of maintaining the helicopter in hover and performing simple tasks, such as the flight to the given altitude and distance and landing. Autopilot contains the control system and a helicopter model in the closed loop feedback. A control system was implemented on the basis of fuzzy logic, using 6 regulators of FPID type. A control system is a rack type, using a knowledge base describing the actions necessary to obtain the correct helicopter movement. The advantages of such solution are particularly apparent in the weakly known processes, in which the mathematical description is difficult or complicated or impossible to obtain. Helicopter mathematical model must take into account sufficiently so much phenomena, that it has not diverged too much from the actual behavior of the object. The model can not be too complicated because of the finite computing possibilities and the necessery condition to perform in real time. Credible nonlinear model was developed at NASA (Complexity Helicopter Math Model). It has been used to build a Yamaha R-50 helicopter autopilot, in presented work the model of this type was also used. Matlab-Simulink software was selected as the most suitable for the task, because of the implementation possibility and subsequent testing. Numerous tests were performed for verifying the correctness of solution. In particular, were studied the helicopter behavior and stability after applying step of speed and step of Euler angles, both each separately and simultaneously. The typical tasks were studied, such as climb to the given altitude, hover, movement to given altitude and distance, landing. Were recorded graphs for position, velocity, orientation angles and the control signals. In addition, a special program allowed visualization of helicopter movement. The obtained results can be considered as good and satisfying the assumptions made. Given the themes of work, it was necessary to establish cooperation with the MEiL Department of Warsaw University of Technology and Military University of Technology.

2

Automatyczne wizyjne rozpoznawanie lądowiska helikopterowego

Grzywacz K., Romicki M., Butkiewicz B.

Prace Instytutu Lotnictwa

|

2008

|

Nr 3-4 (194-195)

112-116

PL

Prezentowana praca jest próbą pokazania, że kamera i procesor mogą pomagać pilotowi śmigłowca przy lądowaniu w trudnych warunkach. Przy podchodzeniu do lądowania, gdy pilot jest zajęty obserwacją terenu i szukaniem lądowiska sygnał, że kamera widzi lądowisko i może je wskazać byłby cenną informacja. W prezentowanej pracy zajęto się tylko wąskim wycinkiem przedstawionego procesu — znalezieniem niezawodnych algorytmów rozpoznania jednego ze wzorców lądowisk w kształcie obwódki i litery H. Do rozpoznawania kręgów / elips wykorzystano kołową transformatę Hougha (CHT) o ograniczonej do 3 wymiarów tablicy akumulacji. Po wyszukaniu elips, analizowane jest ich wnętrze i najbliższe zewnętrzne otoczenie, w celu potwierdzenia lub nie występowania w nim litery H. Ze względu na wymóg inwariantności procedur rozpoznających H względem takich przeksztalceń geometrycznych, jak translacja, skalowanie, obrót i pochylenie zdecydowano się na wykorzystanie centralnych momentów geometrycznych i momenty Hu oraz symetrii H względem swojego środka, pokrywania się środka H ze środkiem lądowiska czy niepowtarzalność i niezmienność momentów geometrycznych połówek litery H. Przyjęto, że obraz wejściowy zapisany jest za pomocą stratnej kompresji w formacie JPEG. Uzyskane algorvtmy zaimplementowane zostaly w języku C++. Program działa poprawnie, jednak występują czasem błędne rozpoznania lądowiska. Należy się jednak spodziewać, w sekwencji obrazów tej same] sceny rejestrowanych przez kamerę wykrywalność będzie wzrastać w miarę zbliżania.

EN

Presented work is the demonstration trial that camera and processor can help helicopter pilot in the landing process in the difficult conditions. With the landing approach, when pilot is occupied with terrain observation and by the search for a landing field, the signal that camera sees the landing field and can show it will be the valuable information. In the presented work the only narrow segment of a submitted process — the search of certain algorithms of the landings field recognition from patterns of the letter H and the border shape is mentioned. To recognition of the rcumferences/ ellipses the circular Hough transform (CHT) is utilized with the accumulation table limited to 3 dimensions. After ellipses search, their interior and nearest outer surroundings are analyzed, for the confirmation (or not) of the letter H occurrence in it. Considering the requirement of the invariance of the letter H recognizing procedures with regard to such geometric transformations as translation, graduation, turn and inclination, it was decided on the utilization of central geometric moments and Hu moments and H symmetry with regard to its centre, the treating of letter H centre with the centre of landing field or non-repetition and the invariability of the letter H halves geometric moments. It was assumed, that input picture is recorded with the help of lossy compression in the JPEG format. Received algorithms are implemented in the C++ programming language. Program performs correctly, however the incorrect recognition of landing field occurs sometimes. However, it can be expected, that in the sequence of pictures of the same scene recorded by the camera, the recognition will improve in the process of the approach.

3

Metody wnioskowania przybliżonego. Właściwości i zastosowanie

Butkiewicz B.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2001

|

z. 132

3-117

PL

Badanie właściwości metod wnioskowania przybliżonego jest trudne ze względu na ich liczbę i różnorodność. Dyskusję ograniczono do uogólnionych metod Mamdaniego, Larsena, Tsukamoto i Takagi-Sugeno. Uogólnienie dotyczy matematycznych operacji dogodnych do interpretacji spójników "and", "or", "also" stosowanych w regułach wnioskowania. Podano warunki konieczne, które powinny spełniać te operacje. Nową klasę operacji spełniających te warunki nazwano operacjami podstawowymi (B-operacjami) dla metod wnioskowania. Klasa ta jest szersza niż klasa norm trójkątnych. Specjalną uwagę poświęcono systemom sterowania. Przedstawiono rezultaty poprzednich badań autora i niektóre z nich uogólniono. Głównymi rezultatami teoretycznymi są twierdzenia o niezależności stanu ustalonego systemu ze sterownikami FPD, FPI, FPID od wyboru operacji wnioskowania, o ile zastosowano normy trójkątne lub B-operacje. Twierdzenia te uogólniono na systemy o wielu wyjściach i wejściach (MIMO). Badano ponadto dynamikę systemów. Pokazano, że odpowiedź skokowa zależy bardzo słabo od operacji wnioskowania dla szerokiej klasy operacji stosowanych do interpretacji "and", "or", "also". Zależy ona również słabo od doboru metody defuzzyfikacji. Wprowadzono nową koncepcję twierdzenia rozmytego. Sformułowano rozmyte twierdzenie o dynamice systemu ze sterownikiem rozmytym. W dalszej części pracy badano wpływ metod wnioskowania na modele rozmyte. Analizowano uogólnione modele typu Mamdaniego, Larsena i Takagi-Sugeno. Zaproponowano modyfikację modelu Takagi-Sugeno usuwającą jego niedokładność w strefach przejściowych, obserwowaną dla funkcji przynależności o kształcie trójkątów. W ostatniej części pracy przedstawiono rozmyto-probabilistyczno-ewidencyjny model procesu uszkodzeń elementu oraz przykład jego zastosowania do estymacji niezawodności kondensatorów. Ponadto podano przykłady przemysłowych zastosowań logiki rozmytej do analizy obrazów w metalurgii, do opisu procesu spiekania proszków żelaza oraz konstrukcji inteligentnego czujnika promieniowania podczerwonego z mikroprocesorem rozmytym.

EN

Investigation of approximate reasoning is difficult, because of the many very different reasoning methods. Thus, discussion is limited here to the generalized Mamdani, Larsen, Tsuka-moto, and Takagi-Sugeno methods. The generalization concerns mathematical operations which are suitable for the interpretation of the connectives "and", "or", "also" in reasoning rules. The necessary conditions for these operations are established. A new class of operations, satisfying these conditions, is called B-operations, basic operations for reasoning methods. This class is larger than triangular norms. Special attention was given to the fuzzy control system. Some results of the author's previous works is presented and some of them are generalized. The main theoretical results are theorems about the non-dependence of the steady state of the system with FPD, FPI, and FPID controllers on the choice of reasoning operations, if triangular norms or B-operations are used. These theorems were generalized for fuzzy multiple input multiple output (FMIMO) systems. Moreover, the dynamics of the systems were investigated. It was shown that system step res-ponse has a very weak dependence on the reasoning operation for large class of operations used for the interpretation of "and", "or", "also". There is also weak dependence of the dynamics on the choice of defuzzification method. A new concept of fuzzy theorem was introduced. A fuzzy theorem of system dynamics with fuzzy controller was formulated. In a further part of the work, the influence of reasoning methods on the fuzzy models was investigated. Generalized Mamdani, Larsen, and Takagi-Sugeno models were considered. A modification of the Takagi--Sugeno model is proposed to remove the defects of model nonaccuracy in intermediate areas if standard triangular shape of membership functions are used. In the last part of the work, a probabilistic-fuzzy-evidence model of failure process of the element is presented and an example of its application for the estimation of reliability of capacitors. Moreover, examples of industrial applications of fuzzy logie to the analysis of camera pictures in metallurgy, to the sintering process of iron powders, and intelligent sensor of infrared radiation with a fuzzy microprocessor are described.

4

System sterowania rozmytego z normami trójkątnymi w warunkach granicznych

Butkiewicz B.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2001

|

R. 47, nr 4

11-13

PL

Do interpretacji „i", „lub", „oraz" podczas wnioskowania przybliżonego zastosowano różne matematyczne operacje. Przedstawiono nowe twierdzenie o zachowaniu się systemu w warunkach granicznych i podano interpretację fizyczną warunków jako stan ustalony systemu.

EN

Different mathematical operations are used during approximate reasoning for interpretation of „and", „or", „also" in fuzzy systems rules. New theorem about boundary behavior of the system is presented and proofed and physical interpretations of the theorem as steady-state of a system is shown.