Przedstawione w rozdziale 2 przykłady prac związanych z opracowywaniem układów sterowania autonomicznego i systemów wspomagania kierowcy, zarówno w pojazdach samochodowych jak i rolniczych, wskazują, że są one istotnym przedsięwzięciem zmierzającym do polepszenia komfortu ich użytkowania. Przy obecnym stanie wiedzy konstruktorzy są w stanie projektować układy sterowania zapewniające wymaganą dokładność jazdy dla części zabiegów agrotechnicznych. Problemem pozostaje jednak uciążliwe wprowadzanie trajektorii referencyjnych, które często muszą zostać wprowadzone do systemu przed rozpoczęciem jazdy, co bywa skomplikowane i czasochłonne. Takie podejście realizowane jest dla pojazdów w pełni autonomicznych, przy czym należy zaznaczyć, że w tego typu pojazdach operator nie uczestniczy w prowadzeniu maszyny rolniczej i mimo odciążenia psychicznego traci możliwość sprawowania pełnej kontroli nad realizowanym procesem technologicznym. Bardziej pożądanym rozwiązaniem, z punktu widzenia możliwości wpływania kierowcy na realizowany tor jazdy, jest opracowanie interaktywnego układu sterowania wspomagającego proces jazdy przy wykorzystaniu chwilowej jazdy autonomicznej. Istotne jest także poznanie dynamiki procesu sterowania celem pozyskania danych umożliwiających dostosowywanie dokładności realizacji ścieżki ruchu do wymagań różnych zabiegów agrotechnicznych. Metoda pozyskiwania wiedzy o dynamice procesu sterowania z udziałem regulatora o działaniu interaktywnym została przyjęta jako główne narzędzie analizy własności opracowanego systemu, a włas ności dynamiczne proponowanego układu sterowania są obszarem badawczym niniejszej rozprawy.
3.1. Obszar badawczy
Tematyka badań nad dynamiką procesów sterowania pojazdami autonomicznymi, a w szczególności nad pojazdami wyposażonymi w układy tylko wspomagające k ierowcę w prowadzeniu maszyn i agregatów rolniczych, jest rzadko spotykana w literaturze.
Prawdopodobnie wynika to z faktu prowadzenia badań przez nieliczne ośrodki przemysłowe zajmujące się produkcją systemów sterowania autonomicznego, a wyniki badań są pilnie strzeżone. W związku z tym, obszar badań przedstawiony w tej pracy wyznacza dynamika procesów sterowania pojazdami rolniczymi ze sterowaniem interaktywnym.
Systematycznie dokonujące się zmiany w realizacji procesów technologicznych, podyktowane wymaganiami stawianymi przez rozwój rolnictwa precyzyjnego, wywołują konieczność stosowania nowych rozwiązań maszyn ze sterowaniem zapewniającym
odpowiednie dokładności jazdy (z punktu widzenia prawa i docelowych operatorów, istotne jest również bezpieczeństwo użytkowania). Dlatego, mimo istnienia znanych metod sterowania autonomicznego maszynami rolniczymi i wspomagania kierowcy, wymagane jest rozwiązanie jeszcze szeregu problemów. Dotyczą one:
Zapewnienia możliwości poruszania się maszyn i agregatów rolniczyc h po torach krzywoliniowych na polu i w obrębie pola;
Zapewnienia kierowcom maszyn i agregatów rolniczych możliwości wpływania na realizowany tor ruchu w trakcie jazdy metodą wskazań punktów referencyjnych w czasie rzeczywistym, co zapewni operatorom pełną kontrolę nad realizowanym procesem technologicznym;
Zapewnienia kierowcom maszyn i agregatów rolniczych możliwości wpływania na dokładność realizacji ścieżki ruchu poprzez oddziaływanie na pracę regulatora w zależności od warunków jazdy.
W związku z powyższym, opracowanie metody umożliwiającej określenie dynamiki procesów sterowania dla zautomatyzowanych układów wspomagających proces realizacji wymagane j ścieżki ruchu jest ważnym problemem poznawczym i utylitarnym, który został podjęty w prezentowanej prac y. Zastosowanie takiej metody umożliwiłoby wskazanie zmiennych lub parametrów mających szczególnie istotny wpływ na odpowiedź regulatora. Pozyskane dane będzie można wykorzystać w procesie projektowania nowych sterowników z zaimplementowaną funkcją oddziaływania kierowcy na regulator celem dostosowywania dokładności jazdy w zależności od potrzeb w danym procesie technologicznym.
Teza pracy jest następująca: uwzględniając aktualny stan wiedzy w zakresie automatycznego sterowania możliwe jest opracowanie metody badania dynamiki procesów sterowania interaktywnego maszynami i agregatami rolniczymi. Sterowanie maszynami i agregatami rolniczymi przy wykorzystaniu regulatora o działaniu interaktywnym stanowi nowe wartości uzyskane w toku realizacji niniejszej pracy.
3.2. Cele pracy
Głównym celem rozprawy jest opracowanie metody umożliwiające j badanie dynamiki procesów sterowania maszynami i agregatami rolniczymi dla potrzeb analizy własności systemu sterowania wykorzystującego regulator o działaniu interaktywnym.
Do osiągnięcia celu głównego konieczna jest realizacja zadań wynikających z potrzeby opracowania, implementacji i weryfikacji wyżej wymienionej metody. Zadania te zostały zdefiniowane następująco:
1. Sformułowanie prawa regulacji automatycznej (regulatora) zapewnia jącego stabilność układu dla potrzeb sterowania maszynami i agregatami rolniczymi realizującymi ruch wzdłuż referencyjnej ścieżki ruchu.
2. Pozyskanie eksperymentalnych danych o dokładności prowadzenia przez człowieka wytypowanego agregatu rolniczego względem wyznaczonej ścieżki referencyjnej oraz o zachowaniu się obiektu w toku badań. Ocena wpływu działań kierowcy na dokładność jazdy.
3. Opracowanie układu sterowania o działaniu autonomicznym i analizy symulacyjne.
4. Przystosowanie opracowanego systemu (algorytmu) sterowania do koncepcji sterowania maszynami i agregatami rolniczymi, przy wykorzystaniu regulatora w układzie interaktywnym, gdzie główną rolę w kierowaniu maszyną będzie pełnił kierowca a układ sterowania będzie wspomagał go w osiągnięciu punktu docelowego. Ocena poprawności działania interaktywnego układu sterowania oraz ocena porównawcza pozyskanej trajektorii symulacyjnej ze ścieżką uzyskaną z eksperymentalnych badań terenowych oraz ze ścieżką z analiz symulacyjnych autonomicznego układu sterowania.
5. Opracowanie metody identyfikacji wrażliwości regulatora działającego w układzie sterowania interaktywnego na modyfikację jego zmiennych lub parametrów.
6. Weryfikacja opracowanej metody badania wrażliwości regulatora poprzez analizy porównawcze z wynikami testów symulacyjnych w postaci zmian trajektorii ruchu w zależności od modyfikacji wyznaczonych zmiennych lub parametrów.
Efektem realizacji wszystkich zadań winno być opracowanie metody identyfikacji dynamiki procesów sterowania oraz układu sterowania interaktywnego, wspomagającego prowadzenie maszyn i agregatów rolniczych po torach prostoliniowych i krzywoliniowych dla potrzeb realizacji prac polowych i przejazdów poza polem.