Иерархия систем управления

Иерархическая структура – это многоуровневый набор взаимодействующих подсистем, каждая из которых несет свою функциональную нагрузку и ответственна за решение определенной задачи. В современных мехатронных системах, как правило, используется иерархия “сверху – вниз”, когда нижний уровень полностью подчинен вышестоящему.

На рис. 4.1 приведена типовая структура системы управления мехатронным модулем. Выделяются четыре уровня управления: интеллектуальный, стратегический, тактический и исполнительный.

Интеллектуальный уровень – высший уровень управления в системе. Назначение этого уровня – принятие решений о движении механической системы в условиях неполной информации о внешней среде и объектах работ. Функции интеллектуального уровня в современных промышленных мехатронных системах обычно выполняет человек – оператор, реже мощный компьютер верхнего уровня управления.

Стратегический уровень управления предназначен для планирования движений мехатронной системы. Планирование движений предполагает разложение задачи движения на последовательность согласованных во времени элементарных действий и формализацию целей управления для каждого из этих действий.

Формализация целей управления означает, что для каждого из элементарных действий должны быть записаны математические соотношения, реализация которых обеспечивает успешное выполнение действия. Так для технологических роботов на стратегическом уровне решается задача геометрического планирования движения рабочего органа.

Тактический уровень выполняет преобразование команд управления движением, поступающих со стратегического уровня, в программу управления. Программа управления определяет законы согласованного управления во времени всех звеньев механического устройства (технологического объекта) с учетом типа и технических характеристик исполнительных приводов.

Назначением исполнительного уровня управления является расчет и выдача управляющих сигналов исполнительным приводам мехатронной системы в соответствии с программой управления и учетом технических характеристик силовых преобразователей. Системы исполнительного уровня представляют собой локальные систем автоматического регулирования координат исполнительных двигателей.

Для всех без исключения иерархических систем управления мехатронными модулями действует незыблемый принцип, согласно которому по мере продвижения от высших к низшим уровням управления понижается интеллектуальность системы, но повышается ее точность (IPDI – Increasing Precision with Decreasing Intelligence). При этом под “интеллектуальностью” понимается способность системы приобретать специальные знания, позволяющие уточнить поставленную задачу и определить пути ее решения, а под “неточностью” – неопределенность в операциях по решению данной задачи.