|
| Start | Działalność naukowa | Dydaktyka | Metoda VFO | |
Maciej Marcin Michałek
Instytut Automatyki i Robotyki
Zakład Sterowania i Robotyki
Politechnika Poznańska
Piotrowo 3A, 60-965 Poznań
pok. 420
tel.: (61) 665-2848
faks: (61) 665-2849
e-mail: maciej.michalek@put.poznan.pl
Metoda VFO
Koncepcja orientowania pól wektorowych (ang. VFO = Vector-Field-Orientation) stanowi oryginalną metodę projektowania sterowania ze sprzężeniem zwrotnym dla pewnej podklasy systemów dynamicznych, którą po raz pierwszy w szerszym ujęciu przedstawiono w rozprawie doktorskiej: M. Michałek, Sterowanie metodą orientowania pól wektorowych dla podklasy systemów nieholonomicznych, rozprawa doktorska, Politechnika Poznańska, Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów, Poznań 2006 [plik.pdf]. Rozważana podklasa to grupa bezdryfowych systemów dynamicznych z nałożonymi więzami nieholonomicznymi. Model robota jednokołowego (w praktycznej realizacji jest to pojazd dwukołowy z napędem różnicowym), ze względu na swą strukturę, jest archetypowym przykładem systemu dynamicznego, do którego zastosowanie koncepcji VFO okazało się szczególnie naturalne i efektywne. Do dnia dzisiejszego metodę VFO udało się z powodzeniem zastosować także do systemu łańcuchowego z trójwymiarowym wektorem stanu, manipulatora nieholonomicznego o trzech ogniwach, pojazdu o kinematyce samochodowej, a także do systemu dynamicznego spoza oryginalnie rozważanej klasy, a mianowicie do potrójnego integratora (system liniowy z dryfem). Ostatni przypadek może świadczyć o pewnym stopniu ogólności koncepcji VFO, która pozwala na podobne traktowanie systemów o różnych własnościach dynamicznych (podobieństwa w strukturze systemów ujawniają się dopiero w interpretacji geometrycznej związanej w metodą VFO).
Pierwotną motywację do podjęcia badań nad metodą VFO stanowiły zagadnienia jakości dynamicznej (stanów przejściowych) uzyskiwanej przy sterowaniu ruchem robotów mobilnych. Silnie oscylacyjne stany przejściowe - często nieakceptowalne w praktycznych implementacjach - skutkujące dużym kosztem sterowania, a także skomplikowane postaci równań sterowników znanych z literatury przedmiotu skłoniły do poszukiwania alternatywnego rozwiązania, które skutkowałoby
Metoda VFO spełnienia powyższe wymagania. Dodatkowo okazało się, iż pozwala ona na rozwiązanie jakościowo różnych zadań sterowania - jak śledzenie trajektorii, sterowanie do punktu, przejazd przez uporządkowany zbiór punktów, ruch w obecności zjawisk poślizgu kół robota, ruch z unikaniem kolizji z przeszkodami... - w zunifikowany sposób, zachowując jednakowe równania sterownika. Zmianie podlega natomiast definicja jednego z kluczowych elementów algorytmu tzw. pola wektorowego zbieżności, które ma charakter prędkości uogólnionej i determinuje żądane chwilowe zachowanie się systemu w przestrzeni konfiguracyjnej (stanu). Różne alternatywne definicje tego pola pozwalają na realizację różnych zadań ruchu i wymuszają ewolucję systemu z założoną jakością (np. płynny wjazd na trajektorię referencyjną, wybór strategii ruchu pojazdu - przodem/tyłem, czy efekt naprowadzania platformy robota przydatny w zadaniu parkowania prostopadłego).
Metodyka VFO ma charakter geometryczny, w której wszystkie elementy posiadają prostą i intuicyjną interpretację. Proces sterowania jest zdekomponowany na dwa podprocesy nazwane orientowaniem (pola) oraz popychaniem (wzdłuż kierunku pola orientowanego). Proces orientowania odgrywa tu rolę kluczową - stąd nazwa metody. Ze względu na powyższą dekompozycję i interpretację, technikę VFO można traktować jako próbę uogólnienia koncepcji sterowania we współrzędnych biegunowych (choć sama metoda operuje na oryginalnych zmiennych stanu, bez transformacji do współrzędnych biegunowych).
Strategia VFO jest nadal przedmiotem badań. Obecnie trwają prace nad jej zastosowaniem do zrobotyzowanych pojazdów wyposażonych w przyczepy, rozważając między innymi zadanie zautomatyzowanego cofania pojazdem wieloprzyczepowym (prace w ramach grantu N N514 087038).
Zakres stosowalności strategii VFO, zarówno co do klasy systemów dynamicznych jak i rodzaju rozwiązywanych zadań sterowania/ruchu, pozostaje problemem otwartym - warunków dostatecznych stosowalności na dzień dzisiejszy nie podano. Opis metody VFO, jej zastosowania oraz uzyskane wyniki zawierają publikacje zebrane w zakładce Działalność naukowa oraz prezentacja Metoda VFO i jej zastosowania.
2010