Hiyerarşik kontrol sistemi - Hierarchical control system

Bir hiyerarşik kontrol sistemi (HCS) şeklidir kontrol sistemi cihazları ve yönetim yazılımı bir dizi şeklinde tahsis edildiği hiyerarşik ağaç . Ağaçtaki bağlantılar bir bilgisayar ağı tarafından uygulandığında , bu hiyerarşik kontrol sistemi aynı zamanda bir ağ bağlantılı kontrol sistemi şeklidir .

genel bakış

Karmaşık davranışa sahip insan yapımı bir sistem genellikle bir hiyerarşi olarak düzenlenir. Örneğin, bir komuta hiyerarşisi , göze çarpan özellikleri arasında üstlerin, astların ve örgütsel iletişim hatlarının organizasyon şemasına sahiptir . Hiyerarşik kontrol sistemleri, karar verme sorumluluğunu bölmek için benzer şekilde organize edilmiştir.

Hiyerarşinin her bir öğesi , ağaçtaki bağlantılı bir düğümdür . Ulaşılacak komutlar, görevler ve hedefler ağaçta üst düğümlerden alt düğümlere doğru akar, duyumlar ve komut sonuçları ise ağaçta alt düğümlerden üst düğümlere doğru akar. Düğümler ayrıca kardeşleriyle mesaj alışverişi yapabilir. Hiyerarşik bir kontrol sisteminin iki ayırt edici özelliği, katmanlarıyla ilgilidir.

  • Ağacın her bir üst katmanı, hemen alt katmanından daha uzun bir planlama ve yürütme süresi aralığı ile çalışır.
  • Alt katmanların yerel görevleri, amaçları ve duyumları vardır ve faaliyetleri, genellikle kararlarını geçersiz kılmayan üst katmanlar tarafından planlanır ve koordine edilir. Katmanlar , en düşük, reaktif katmanların alt sembolik olduğu hibrit bir akıllı sistem oluşturur. Rahat zaman kısıtlamalarına sahip olan üst katmanlar, soyut bir dünya modelinden akıl yürütme ve planlama yapma yeteneğine sahiptir. Bir hiyerarşik görev ağı hiyerarşik kontrol sisteminde planlama için iyi bir seçimdir.

Yapay sistemlerin yanı sıra, bir hayvanın kontrol sistemlerinin bir hiyerarşi olarak düzenlenmesi önerilmektedir. Olarak algısal kontrol teori , bir organizmanın davranışı bu algılamaları kontrol edilmesi için bir aracı olduğu varsaymaktadır, organizmanın kontrol sistemleri algıları şekilde yapılmış olarak hiyerarşik desende organize edilmesi önerilmektedir.

Kontrol sistemi yapısı

Bir üretim kontrol işleminin fonksiyonel seviyeleri.

Ekteki diyagram, bir endüstriyel kontrol sisteminin bilgisayarlı kontrolünü kullanarak fonksiyonel üretim seviyelerini gösteren genel bir hiyerarşik modeldir.

Şemaya atıfta bulunarak;

  • Seviye 0, akış ve sıcaklık sensörleri gibi saha cihazlarını ve kontrol valfleri gibi son kontrol elemanlarını içerir.
  • Seviye 1, endüstriyelleştirilmiş Giriş/Çıkış (G/Ç) modüllerini ve bunlarla ilişkili dağıtılmış elektronik işlemcileri içerir.
  • Seviye 2, sistemdeki işlemci düğümlerinden bilgi toplayan ve operatör kontrol ekranlarını sağlayan denetleyici bilgisayarları içerir.
  • Seviye 3, süreci doğrudan kontrol etmeyen, ancak üretimin izlenmesi ve hedeflerin izlenmesi ile ilgili olan üretim kontrol seviyesidir.
  • Seviye 4, üretim planlama seviyesidir.

Uygulamalar

İmalat, robotik ve araçlar

Robotik paradigmalar arasında, bir robotun yukarıdan aşağıya bir şekilde, planlama ağırlıklı, özellikle de hareket planlama üzerinde çalıştığı hiyerarşik paradigma yer alır . Bilgisayar destekli üretim mühendisliği , 1980'lerden beri NIST'in araştırma odağı olmuştur . Otomatik Üretim Araştırma Tesisi, beş katmanlı bir üretim kontrol modeli geliştirmek için kullanıldı. 1990'ların başında DARPA , askeri komuta ve kontrol sistemleri gibi uygulamalar için dağıtılmış (yani ağ bağlantılı) akıllı kontrol sistemleri geliştirmeye yönelik araştırmalara sponsor oldu . NIST , bir üretim hücresini , robot vinci ve otomatikleştirilmiş bir aracı çalıştırmak için kullanılan genel bir hiyerarşik kontrol sistemi olan Gerçek Zamanlı Kontrol Sistemini (RCS) ve Gerçek Zamanlı Kontrol Sistemi Yazılımını geliştirmek için daha önceki araştırmaları temel aldı .

Kasım 2007'de DARPA , Urban Challenge'ı düzenledi . Kazanan giriş, Tartan Racing, katmanlı görev planlama , hareket planlama , davranış oluşturma, algılama, dünya modelleme ve mekatronik ile hiyerarşik bir kontrol sistemi kullandı .

Yapay zeka

Kapsama alma mimarisi , davranış tabanlı robotik ile büyük ölçüde ilişkili olan yapay zeka geliştirmeye yönelik bir metodolojidir . Bu mimari, karmaşık akıllı davranışı, sırayla katmanlar halinde düzenlenen birçok "basit" davranış modülüne ayırmanın bir yoludur. Her katman, yazılım aracısının belirli bir hedefini (yani bir bütün olarak sistem) uygular ve daha yüksek katmanlar giderek daha soyut hale gelir. Her katmanın amacı, alttaki katmanların hedefini kapsar, örneğin, yemek-yemek katmanı tarafından ilerleme kararı, en düşük engel-kaçınma katmanının kararını hesaba katar. Davranışın bir üst katman tarafından planlanmasına gerek yoktur, bunun yerine davranışlar duyusal girdiler tarafından tetiklenebilir ve bu nedenle yalnızca uygun olabilecekleri durumlarda etkindir.

Takviyeli öğrenme , her düğümün davranışını deneyimle geliştirmeyi öğrenebileceği hiyerarşik bir kontrol sisteminde davranış elde etmek için kullanılmıştır.

James Albus'un Referans Model Mimarisinden bir düğümdeki bileşenler

James Albus , NIST'deyken , RCS'den ilham alan hiyerarşik bir kontrol sistemi olan Referans Model Mimarisi (RMA) adlı akıllı sistem tasarımı için bir teori geliştirdi. Albus, her bir düğümü bu bileşenleri içerecek şekilde tanımlar.

  • Davranış oluşturma , üst, üst düğümden alınan görevlerin yürütülmesinden sorumludur. Ayrıca, alt düğümler için planlar ve görevler verir.
  • Duyusal algı , alt düğümlerden duyumları almaktan, daha sonra gruplamaktan, filtrelemekten ve başka şekilde bunları yerel durumu güncelleyen ve üst düğüme gönderilen duyumları oluşturan daha yüksek seviyeli soyutlamalara işlemekten sorumludur.
  • Değer yargısı , güncellenen durumu değerlendirmekten ve alternatif planları değerlendirmekten sorumludur.
  • Dünya Modeli , alt düğümlerin soyutlama düzeyinde kontrollü sistem, kontrollü süreç veya ortam için bir model sağlayan yerel durumdur .

En düşük seviyelerinde, RMA, dünya modelinin doğrudan kontrollü süreç veya gerçek dünya ile eşleştirildiği, matematiksel bir soyutlama ihtiyacından kaçınıldığı ve zaman kısıtlamalı reaktif planlamanın uygulanabildiği bir kapsayıcı mimari olarak uygulanabilir. bir olarak sonlu durum makinesi . Bununla birlikte, RMA'nın daha yüksek seviyeleri, otomatikleştirilmiş planlama ve çizelgeleme ile uygulanan karmaşık matematiksel dünya modellerine ve davranışlarına sahip olabilir . Belirli davranışlar mevcut duyumlar tarafından tetiklenemediğinde, daha ziyade tahmin edilen veya beklenen duyumlar tarafından, özellikle de düğümün eylemlerinin sonucu olarak ortaya çıkanlar tarafından tetiklendiğinde planlama gereklidir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Findeisen, sayfa 9
  2. ^ [1] 2008-01-19'da Wayback Machine Tartan Racing takım açıklamasında arşivlendi
  3. ^ Urmson, C. ve arkadaşları,. Tartan Yarışı: DARPA Urban Challenge Bir Çok Modal Yaklaşımı Arşivlenmiş de 2013/05/20 Wayback Machine 2007 sayfa 4
  4. ^ Brooks, RA "Planlama sonra ne endam kaçınarak sadece bir yoludur" Arşivlenen'den at 2007/03/11 Wayback Makinesi , Teknik raporunda, 1987 MIT Yapay Zeka Laboratuvarı
  5. ^ Takahashi, Y. ve Asada, M., Behavior Acquisition by Multi-Layered Reinforcement Learning. 1999 IEEE Uluslararası Sistemler, İnsan ve Sibernetik Konferansı Bildiriler Kitabı, sayfa 716-721
  6. ^ Albus, JS Akıllı Sistem Tasarımı için Referans Model Mimarisi. Arşivlenmiş 2008-09-16Antsaklis, PJ, Passino, KM'deki Wayback Machine'de (Eds.) (1993) Akıllı ve Otonom Kontrole Giriş. Kluwer Academic Publishers, 1993, Bölüm 2, s.27-56. ISBN  0-7923-9267-1
  7. ^ Meystel, AM, Albus, JS, Intelligent Systems, John Wiley and Sons, New York, 2002, s. 30-31

daha fazla okuma

  • Albus, JS (1996). "Aklın Mühendisliği" . Hayvanlardan Animasyonlara 4: Uyarlanabilir Davranış Simülasyonu Üzerine Dördüncü Uluslararası Konferans Bildiriler Kitabı . MİT Basın.
  • Albus, JS (2000). "İnsansız kara araçları için 4-D/RCS referans model mimarisi". Robotik ve Otomasyon, 2000. Bildiriler. ICRA'00. IEEE Uluslararası Konferansı . 4 . doi : 10.1109/ROBOT.2000.845165 .
  • Findeisen, W.; Diğerleri (1980). Hiyerarşik sistemlerde kontrol ve koordinasyon . Chichester [İng.]; New York: J. Wiley.

Dış bağlantılar