Гибкие автоматизированные системы и робототехника
Раводин О.М.
(Кафедра КИБЭВС)
Томск-2007

Общие вопросы автоматизации производственных процессов.

№ 1
Что такое “Система”?
• Все то, что мы хотим считать системой
• Совокупность элементов, объединенных одной целевой функцией.

№ 2
Модель объекта - это:
• система, обладающая интересующими нас свойствами объекта.

№ 3
Kакого типа бывают модели?
• Математическая.
• Физическая.
• Алгоритмическая.

№ 4
Система считается простой, если она:
• имеет адекватную модель.

№ 5
Система считается сложной, если:
• для нее нет адекватной модели.

№ 6
Система считается большой, если:
• для ее реализации не хватает ресурсов.

№ 7
Что происходит с системой при достижении целевой функции?
• Oна распадается.
• Oна перестает существовать.

№ 8
Что такое "Иерархическая система"?
• Система, элементы которой имеют подчинение сверху вниз.

№ 9
Как называется система, имеющая адекватную модель?
• Простая.

№ 10
Понятие "Технологический автомат" - чему оно соответствует?
• Технологическая машина, в которой выполнение цикла и его возобновление осуществляется без участия человека. Например, автомат для установки интегральных схем на плату.

№ 11
Понятие "Роботизированный технологический комплекс" - чему оно соответствует?
• Совокупность единицы технологического оборудования, ПР и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы.

№ 12
Понятие "Манипулятор" - чему оно соответствует?
• Управляемое устройство или машина, предназначенная для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещениях объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом, например - схватом.

№ 13
Понятие "Автооператор"- чему оно соответствует?
• Автоматическая машина, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора и не перепрограммируемого устройства управления.

№ 14
Понятие "Промышленный робот" - чему оно соответствует?
• Автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления, предназначенного для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.

№ 15
Понятие "Гибкий производственный модуль" - чему оно соответствует?
• Это единица оборудования с программным управлением для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, и имеющая возможность встраивания в ГПС.

№ 16
Какова главная целевая функция производственно-экономической системы?
• Получение прибыли.

№ 17
Для массового производства высокая прибыль позволяет:
• разработать индивидуальные технологические процессы с детальной проработкой;
• создать однопредметные автоматические линии на базе специальных и агрегатных станков;
• обеспечить высокую степень автоматизации.

№ 18
Для мелкосерийного производства характерно:
• отсутствие индивидуальных технологических процессов с детальной проработкой;
• групповые и индивидуальные процессы без детальной проработки;
• низкий уровень специализации;
• укрупнение операции (интегрирование).

№ 19
Особенность задач системного проектирования информационно-вычислительных комплексов (ИВК) и средств состоит в том, что они должны решаться на каких этапах жизненного цикла ИВК?
• Логический
• Технический
• Технологический
• Структурный

№ 20
Под моделью жизненного цикла создания понимается структура определяющая последовательность выполнения и взаимосвязь процессов действий и задач на протяжении стадии создания ВС. Что характерно для каскадной модели цикла?
• Переход на следующую стадию происходит только после завершения работы текущей стадии.
• Возврата на пройденные стадии не предусмотрено.
• На каждой стадии формируется законченный набор проектируемой документации.
• Выполнение в строгой последовательности стадии работ позволяет планировать сроки завершения работ и соответствующие задачи.

№ 21
Под моделью жизненного цикла создания понимается структура определяющая последовательность выполнения и взаимосвязь процессов действий и задач на протяжении стадии создания ВС. Что характерно для спиральной модели цикла?
• Сложно определить конец итерации.
• Система создается по частям с использованием метода прототипа.
• Избавляет заказчиков и разработчиков от полного и точного формирования.
• Более тесное взаимодействие заказчика и разработчика.
• Неполное завершение работ на каждой стадии тем не менее позволяет переходить на следующую стадию не дожидаясь полного завершения текущей.

Принципы построения систем управления.

№ 22
Что такое "управление"?
• Целенаправленное воздействие на систему.
• Организация движения по заданной траектории.

№ 23
Для поиска наилучшего управления необходимо задать:
• критерий качества;
• целевую функцию.

№ 24
Программное управление - это:
• вариант управления без обратной связи;
• вариант управления системой, имеющей адекватную модель.

№ 25
Какой тип управления соответствует целевой функции |x(t)-x₀|=0 ?
• Система автоматического регулирования.

№ 26
Какой тип управления соответствует целевой функции |x(t)-x_зад(t)|=0 ?
• Cледящая система.

№ 27
Какой тип управления соответствует целевой функции |x(t)-x_зад(t)|=min ?
• Экстремальная система.
• Оптимальная система.

№ 28
Пусть dx/dt - скорость изменения состояния объекта. Для линейной функции g(x,u,h) как записать уравнение движения в векторной форме с учетом матриц преобразования F(t), G(t), Г(t)?
• dx(t)/dt = F(t)x(t) + G(t)u(t) + Г(t)H(t).

№ 29
Пусть dx/dt - скорость изменения состояния объекта. Для линейной функции g(x,u,h) как записать уравнение движения в векторной форме с учетом стационарности матриц преобразования F(t),G(t),Г(t)?
• dx(t)/dt = Fx(t) + Gu(t) + ГH(t).

№ 30
Пусть dx/dt - скорость изменения состояния объекта. Для линейной функции g(x,u) как записать уравнение движения в векторной форме с учетом стационарности матриц преобразования F(t),G(t),Г(t) и при отсутствии управляющих сигналов?
• dx(t)/dt = Fx(t) + ГН(t).

№ 31
Пусть dx/dt - скорость изменения состояния объекта. Для линейной функции g(x,u) как записать уравнение движения в векторной форме с учетом матриц преобразования F(t),G(t),Г(t) и отсутствия управления?
• dx(t)/dt = F(t)x(t) + Г(t)H(t).

№ 32
Пусть dx/dt - скорость изменения состояния объекта. При управлении от цифровой машины дифференциальное уравнение заменяется на разностное, т.е. dx/dt → (x_n-x_n-1) / τ. Пусть τ=1. Для линейной функции g(x,u) как записать уравнение движения в векторной форме с учетом матриц преобразования F(t), G(t), Г(t)?
• x_n+1-x_n=F[n]x_n+G[n]u_n+Г[n]H_n.
• x_n+1=Ф[n]x_n+G[n]u_n+Г[n]H_n.

№ 33
Пусть dx/dt - скорость изменения состояния объекта. При управлении от цифровой машины дифференциальное уравнение заменяется на разностное, т.е. dx/dt → (x_n-x_n-1) / τ. Пусть τ=1. Для линейной функции g(x,u) как записать уравнение движения в векторной форме с учетом стационарности матриц преобразования F(t), G(t), Г(t)?
• x_n+1=Фx_n+Gu_n+ГH_n.
• x_n+1-x_n=Fx_n+Gu_n+ГH_n.

№ 34
Пусть dx/dt - скорость изменения состояния объекта. При управлении от цифровой машины дифференциальное уравнение заменяется на разностное, т.е. dx/dt → (x_n-x_n-1) / τ. Пусть τ=1. Для линейной функции g(x,u) как записать уравнение движения в векторной форме при отсутствии шумов и с учетом матриц преобразования F(t), G(t), Г(t)?
• x_n+1-x_n=F[n]x_n+G[n]u_n.
• x_n+1=Ф[n]x_n+G[n]u_n.

Системы числового программного управления.

№ 35
Гибкое производство предполагает экономическое управление, организационное, техническое, управление технологическими процессами. Какие задачи и с каким периодом решаются при экономическом управлении?
• Долговременное планирование производства.
• Год.
• Годы.

№ 36
Гибкое производство предполагает экономическое управление, организационное, техническое, управление технологическими процессами. Какие задачи и с каким периодом решаются при организационном управлении?
• Долговременное распределение оборудования и ресурсов.
• Год.
• Месяцы.

№ 37
Гибкое производство предполагает экономическое управление, организационное, техническое, управление технологическими процессами. Какие задачи и с каким периодом решаются при техническом управлении?
• Организация процесса изготовления изделий.
• Сутки.
• Часы.
• Минуты.

№ 38
Пусть вектор Х - технологические входы, представляющие собой предметы труда; вектор R - средства труда; вектор L - живой труд, т. е. люди, участвующие в производстве. Выходом V производственного процесса является выпуск готовой продукции. В ответ введите производственную функцию в общем виде.
Ответ: V=F(X, L, R)

№ 39
Самолет под действием порывов ветра отклонился от заданного направления на угол FI1. Поворотом руля на угол ϑ курсовая ошибка компенсируется. Самолет имеет момент инерции J: J(d²FI1 / dt²)=-kϑ(t)+m(t), где kϑ(t) - восстанавливающая сила; m(t) - момент, вызванный порывами ветра. Вводим обозначения b=-k/J, FI1(t)=m(t) / J, ϑ(t)=u(t), x₁=FI1′, x₂=d²FI1 / dt²=x₁′,
В векторной форме получим: x_t′=Fх(t)+Gu(t)+ГFI1(t).
Какой вид имеет матрица F?
• 0 1
  0 0

№ 40
Самолет под действием порывов ветра отклонился от заданного направления на угол FI1. Поворотом руля на угол ϑ курсовая ошибка компенсируется. Самолет имеет момент инерции J: J(d²FI1 / dt²)=-kϑ(t)+m(t), где kϑ(t) - восстанавливающая сила; m(t) - момент, вызванный порывами ветра. Вводим обозначения b=-k/J, FI1(t)=m(t) / J, ϑ(t)=u(t), x₁=FI1′, x₂=d²FI1 / dt²=x₁′,
В векторной форме получим: x_t′=Fх(t)+Gu(t)+ГFI1(t).
Какой вид имеет матрица G?
• 0
  b

№ 41
Самолет под действием порывов ветра отклонился от заданного направления на угол FI1. Поворотом руля на угол ϑ курсовая ошибка компенсируется. Самолет имеет момент инерции J: J(d²FI1 / dt²)=-kϑ(t)+m(t), где kϑ(t) - восстанавливающая сила; m(t) - момент, вызванный порывами ветра. Вводим обозначения b=-k/J, FI1(t)=m(t) / J, ϑ(t)=u(t), x₁=FI1′, x₂=d²FI1 / dt²=x₁′,
В векторной форме получим: x_t′=Fх(t)+Gu(t)+ГFI1(t).
Какой вид имеет матрица Г?
• 1
  0

№ 42
Самолет под действием порывов ветра отклонился от заданного направления на угол FI1. Поворотом руля на угол ϑ курсовая ошибка компенсируется. Самолет имеет момент инерции J: J(d²FI1 / dt²)=-kϑ(t)+m(t), где kϑ(t) - восстанавливающая сила; m(t) - момент, вызванный порывами ветра. Вводим обозначения b=-k/J, FI1(t)=m(t) / J, ϑ(t)=u(t), x₁=FI1′, x₂=d²FI1 / dt²=x₁′,
В векторной форме получим: x_t′=Fх(t)+Gu(t)+ГFI1(t).
Какой вид имеет матрица X?
• x₁
  x₂

№ 43
Исторически можно выделить следующие типы СЧПУ:
1. Элементная база - дискретные полупроводниковые элементы и микросхемы малой степени интеграции - NC.
2. Элементная база - микропроцессорные наборы, одномашинные системы - CNC.
3. База - компьютер типа РС и специализированный интерфейс - CNC-PC.

Особенности построения операционной системы реального времени.

№ 44
Задачи реального времени решаются:
• в реальном масштабе времени.

№ 45
При управлении от цифровой машины обычно решаются четыре основных задачи. Назовите их.
• Геометрическая.
• Логическая.
• Технологическая.
• Связь с оператором.

№ 46
При управлении от цифровой машины обычно решаются четыре основных задачи: геометрическая, логическая, технологическая, связь с оператором. Какая из них является самой сложной с точи зрения управления?
Ответ: геометрическая задача

№ 47
Что относится к геометрической задаче?
• Расчет траектории движения в многомерном пространстве.
• Интерполяция.
• Вычисление вектора скорости.
• Управление следящими приводами.
• Опрос датчиков.
• Управление шаговыми приводами.

№ 48
Что относится к логической задаче?
• Обслуживание пульта управления (вкл/ выкл питания, сигнальные индикаторы, переключатели и т.п.).
• Релейное управление простыми приводами.
• Управление электроавтоматикой.
• Анализ состояния дискретных входных ключей.
• Формирование логических сигналов на выходные ключи.

№ 49
Прерывание - это:
• смена задачи с последующим возвращением в снятую задачу.

№ 50
Из каких слов состоит вектор прерывания?
• Адрес программы.
• Флаги.

№ 51
Содержимое каких ячеек обязательно изменяется при вводе вектора прерывания?
• Счетчик команд.
• Указатель стека.

№ 52
Известно три типа организации стека. Какой из них использует операционная система?
• Аппаратно-программный.

№ 53
Внешнее устройство ИВК собрало и предварительно обработало информацию. Какой из режимов нужно использовать для ввода данных в ЭВМ?
• Режим прямого доступа к памяти.

№ 54
Внешнее устройство ИВК собрало информацию. Какой из режимов нужно использовать для обработки этих данных в ЭВМ?
• Режим прерывания.

№ 55
В операционных системах есть понятие процесс. Из каких элементов он состоит?
• Дескриптор.
• Паспорт.
• Программа.

№ 56
При использовании принципа семафоров в мониторе операционной системы заложен:
• алгоритм обслуживания запросов.

№ 57
При использовании в системе управления активного монитора-менеджера операционной системы в нем заложен:
• алгоритм работы системы.

№ 58
Процесс находится в состояния ожидание. Где при этом находится программа?
• в ОЗУ.

№ 59
Процесс находится в состояния готов. Где при этом находится программа?
• В ОЗУ.

№ 60
Процесс находится в состояния инициализация. Где при этом находится программа?
• В ОЗУ.

№ 61
Процесс находится в состояния снят. Где при этом находится программа?
• В ОЗУ.
• На винчестере.
• На внешнем устройстве.
• В ПЗУ

№ 62
Процесс находится в состояния готов. Для его инициализации можно использовать режим:
• обращения к подпрограмме;
• системного прерывания.

№ 63
Процесс находится в состояния инициализация. Для перевода его в состояние ожидания можно использовать режим:
• прерывания от внешнего устройства.

№ 64
Процесс находится в состояния ожидания. Для перевода его в состояние инициализация можно использовать режим:
• выход из прерывания.

№ 65
Процесс находится в состояния инициализация. Для перевода его в состояние снято можно использовать режим:
• прерывания от внешнего устройства.

№ 66
Процесс находится в состояния ожидание. Для перевода его в состояние снято можно использовать режим:
• прерывания от внешнего устройства.

№ 67
Из функций G, X, Y, M, L, N, F, какая обязательно должна присутствовать в каждом технологическом кадре?
Ответ: (n)

№ 68
Из функций G, X, Y, M, L, N, F, какая задает скорость подачи в технологическом кадре?
Ответ: (F)

№ 69
Из функций G, X, Y, M, L, N, F, какие задают точку позиционирования в технологическом кадре? Функции в ответ вводите через пробел.
Ответ: (x y)

№ 70
Из функций G, X, Y, M, L, N, F, какая позволяет организовать цикл в технологическом кадре?
Ответ: (L)

№ 71
Из функций G, X, Y, M, L, N, F, какая задает тип позиционирования в технологическом кадре?
Ответ: (G)

№ 72
Из функций G, X, Y, M, L, N, F, какая задает вспомогательные функции в технологическом кадре?
Ответ: (M)

№ 73
Есть функции G, X, Y, M, L, N, F. В третьем кадре технологической программы требуется позиционировать рабочий орган в точке с координатами 40, 30. Напишите программу.
• N3 G00 X40 Y30.

№ 74
Есть функции G, X, Y, M, L, N, F. В пятом кадре технологической программы требуется позиционировать рабочий орган в точке с координатами 44, 30. Напишите программу.
• N5 G00 X44 Y30.

№ 75
Есть функции G, X, Y, M, L, N, F. В пятом кадре технологической программы требуется вывести рабочий орган в точку с координатами 44, 30 со скоростью 200. Напишите программу.
• N5 G90 X44 Y30 F200.

№ 76
Есть функции G, X, Y, M, L, N, F. В пятом кадре технологической программы требуется вывести рабочий орган в точку с приращением по координатам 44, 30 со скоростью 200. Напишите программу.
• N5 G91 X44 Y30 F200.

Задача о транспортном роботе.

№ 77
На рис. представлен первый уровень декомпозиции транспортного робота. Какие элементы нужно добавить?

• Механика.
• Вычислительная система.
• Программное обеспечение.

№ 78
На рис. представлена часть декомпозиции транспортного робота. Какие элементы нужно добавить?

• Исполнительные механизмы.
• Датчики.
• Следящие привода.

№ 79
На рис. представлена часть декомпозиции транспортного робота. Какие элементы нужно добавить?

• Универсальная ЭВМ.
• Специализированный интерфейс.

№ 80
На рис. представлена часть декомпозиции транспортного робота. Какие элементы нужно добавить?

• Прикладное ПО.
• Системное ПО.

№ 81
На рис. представлена часть декомпозиции состояний робототехнической системы. Какие элементы нужно добавить?

• Загрузка.
• Выход.
• Работа.

№ 82
На рис. представлена часть декомпозиции состояний робототехнической системы. Какие элементы нужно добавить?

• Останов.
• Пуск.
• Сброс.

№ 83
Режим восстановление робота - это движение:
• в точку с нулевыми координатами.

№ 84
Режим мерные перемещения робота - это движение:
• в точку с введенными координатами.

№ 85
Режим немерные перемещения робота - это движение:
• с введенным направлением скорости.

№ 86
Kак записать векторное уравнение, связывающее курсовую скорость V_K с компонентами V_X и V_Y?
• V_K=V_Xi+V_Yj

№ 87
Заданную траекторию движения робота при управлении от цифровой машины можно представить в виде:
• ломаной линии.

№ 88
На рис. приведена структура следящего привода с управление по координате. Запишите дифференциальное уравнение для него (передаточные коэффициенты всех элементов равны 1).

• dX/dt = X(t)-Xз(t).

№ 89
Имеется двухкоординатный (X,Y) привод, управляемый по релейному закону. Перемещение производится из текeщей точки X(t), Y(t) в заданную Xз, Yз с заданной курсовой скоростью V_k. Запишите формулу для вычисления компонент V_x, V_y.
• V_X=sign(X_з-X_t)×V_k,   V_Y=sign(Y_з-Y_t)×V_k

№ 90
Напишите формулы для вычисления компонент вектора скорости V_x и V_y, для заданной курсовой скорости V_k.

• V_X=V_kcosθ, V_Y=V_ksinθ, arctgθ=(Y_з-Y_t) / (X_з-X_t)

№ 91
Пусть V_k=5, наброс скорости ΔV=2, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 20). Используя асимптотический закон управления V_x=(X_з-X_t)×V_k, V_y=(Y_з-Y_t)×V_k, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=5. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (16 18)

№ 92
Пусть V_k=5, наброс скорости ΔV=2, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 20). Используя асимптотический закон управления V_x=(X_з-X_t)×V_k, V_y=(Y_з-Y_t)×V_k, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=6. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (12 28)

№ 93
Пусть V_k=5, наброс скорости ΔV=3, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 20). Используя асимптотический закон управления V_x=(X_з-X_t)×V_k, V_y=(Y_з-Y_t)×V_k, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=5. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (16 30)

№ 94
Пусть V_k=5, наброс скорости ΔV=3, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 20). Используя асимптотический закон управления V_x=(X_з-X_t)×V_k, V_y=(Y_з-Y_t)×V_k, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=6. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (15 36)

№ 95
Пусть V_k=5, наброс скорости ΔV=2, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 20). Используя релейный закон управления, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=5. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (14 16)

№ 96
Пусть V_k=5, наброс скорости ΔV=2, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 20). Используя релейный закон управления, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=6. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (15 21)

№ 97
Пусть V_k=5, наброс скорости ΔV=4, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 20). Используя релейный закон управления, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=5. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (15 19)

№ 98
Пусть V_k=5, наброс скорости ΔV=4, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 20). Используя релейный закон управления, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=6. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (12 24)

№ 99
Пусть V_k=7, наброс скорости ΔV=4, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 20). Используя релейный закон управления, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=5. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (10 24)

№ 100
Пусть V_k=7, наброс скорости ΔV=4, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 20). Используя релейный закон управления, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=6. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (10 27)

№ 101
Пусть V_k=7, наброс скорости ΔV=4, время цикла t=1. В момент t=0 координаты (0, 0), конечная - (10, 30). Используя релейный закон управления, рассчитать, где будет находиться робот в момент времени и t=6. В ответ введите координаты x и y через пробел.
Ответ: (10 31)