Программирование доверенной память-центрической системы управления движением робототехнических и мехатронных систем

Машиностроение и машиноведение

2022. Т. 29. № 2. С. 197-210.

DOI: 10.34759/vst-2022-2-197-210

Авторы

Зеленский А. А.*, Ивановский С. П.**, Илюхин Ю. В.***, Грибков А. А.****

ФГБОУ ВО «Московский государственный технологический университет «Станкин», 127994, г. Москва, Вадковский пер., д.1

*e-mail: zelenskyaa@gmail.com
**e-mail: .ivanovskiy@stankin.ru
***e-mail: y.ilyukhin@stankin.ru
****e-mail: a.gribkov@stankin.ru

Аннотация

Дается обоснование необходимости развития систем управления движением промышленных роботов, станков с ЧПУ и других мехатронных систем. Определяются требования по обеспечению доверия к таким системам с точки зрения функциональной надежности и информационной безопасности. Предлагается перспективная память-центрическая архитектура систем управления движением, обеспечивающая решение основных проблем в области функциональности и доверия к системам управления. Исходя из специфики систем управления с память-центрической архитектурой устанавливаются базовые требования к программированию таких систем управления. Согласно этим требованиям язык программирования должен быть предметно-ориентированным, декларативным (с элементами функционального и логического языка), интерпретируемым (или языком ассемблера), а программа должна реализовывать модель акторов и обеспечивать повышение доверия к системе управления движением. Для удовлетворения заданным требованиям авторами создан предметно-ориентированный декларативный интерпретируемый язык модульной цифровой системы, определены механизм реализации акторной модели посредством метапрограммирования, а также инструменты повышения доверия к системе управления за счет децентрализации управления и локализации данных.

Ключевые слова:

промышленный робот, программа, мехатронный, система управления движением, доверие, память-центрический, предметно-ориентированный, декларативный, актор, метапрограммирование

Библиографический список

  1. Погосян М.А., Верейкин А.А. Управление положением и движением летательных аппаратов в системах автоматической посадки: Аналитический обзор // Вестник Московского авиационного института. Т. 27. № 3. С. 7-22. DOI: 10.34759/vst-2020-3-7-22
  2. Кульков В.М., Юн С.У., Фирсюк С.О. Метод управления движением малых космических аппаратов с использованием надувных тормозных устройств для торможения при орбитальном полете до входа в атмосферу // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 3. С. 23-36. DOI: 10.34759/vst-2020-3-23-36
  3. Фёдоров А.В., Хоанг В.Т. Программный комплекс для проектирования алгоритмов управления движением сервисного модуля на геостационарной орбите // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 4. С. 192-205. DOI: 10.34759/vst-2020-4-192-205
  4. Leiserson C.E., Thompson N.C., Emer J.S. et al. There’s plenty of room at the Top: What will drive computer performance after Moore’s law?// Science. 2020. Vol. 368. No. DOI: 10.1126/science.aam9744
  5. Ghose, Hsieh K., Boroumand A., Ausavarungnirun R., Mutlu O. Enabling the Adoption of Processing-in-Memory: Challenges, Mechanisms, Future Research Directions. 2018, 45 p. URL: CoRR abs/1802.00320
  6. Singh G., Chelini L., Corda S. et al. Near-Memory Computing: Past, Present, and Future // Microprocessors and Microsystems. DOI: 10.48550/arXiv.1908.02640
  7. Каляев И.А., Заборовский В. Искусственный интеллект: от метафоры к техническим решениям // Control Engineering Россия. 2019. № 5(83). С. 26-31. URL: https://controleng.ru/wp-content/uploads/8326.pdf
  8. Cell Broadband Engine Programming Tutorial. Version 2.0. IBM Systems and Technology Group. 2006б 185 p. URL: https://arcb.csc.ncsu.edu/~mueller/cluster/ps3/CBE_Tutorial_v2.0_15December2006.pdf
  9. Зеленский А.А., Илюхин Ю.В., Грибков А.А. Память-центрические модели систем управления движением промышленных роботов // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 4. С. 245-256. DOI: 10.34759/vst-2021-4-245-256
  10. Зеленский А.А., Абдуллин Т.Х., Илюхин Ю.В., Харьков М.А. Высокопроизводительная цифровая система на основе ПЛИС для управления движением многокоординатных станков и промышленных роботов // СТИН. 2019. № 8. С. 5-8.
  11. Nios® II Processor Reference Guide. Intel Corporation, 2020, 230 p. URL: https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/hb/nios2/n2cpu-nii5v1gen2.pdf
  12. Nios® II Software Developer Handbook. Intel Corporation, 2021. URL: https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/hb/nios2/n2sw_nii5v2gen2.pdf
  13. Waterman A., Asanović K. The RISC-V Instruction Set Manual. Volume I: User-Level ISA. Document Version 2.2. 2017, 145 p. URL: https://riscv.org/wp-content/uploads/2017/05/riscv-spec-v2.2.pdf
  14. Зеленский А.А., Франц В.А., Семенищев Е.А. Алгоритм планирования траектории рабочего органа манипулятора для привязки базисных систем координат с использованием технического зрения // Вестник машиностроения. 2019. № 10. С. 3-7.
  15. Зеленский А.А., Шадрин Н.Г., Абдуллин Т.Х., Харьков М.А. Высокоскоростная промышленная сеть реального времени киберфизических систем // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2019. № 11 (185). С. 46-52.
  16. Харьков М.А., Ивановский С.П., Зеленский А.А., Абдуллин Т.Х. Распределенная система управления электроавтоматикой станков, промышленных роботов и автоматизированных комплексов на основе высокопроизводительного интерфейса связи // Вестник МГТУ Станкин. 2018. № 1(44). С. 91-95.
  17. EtherCAT Communication Manual. Cat. No. Q179-E1-01. OMRON Corporation, Industrial Automation Company. 2010. URL: https://www.tecnical.cat/PDF/OMRON/Vision/Q179-E1-01.pdf
  18. Ethernet POWERLINK Communication Profile Specification. EPSG, 2016. URL: https://www.ethernet-power-link.org/fileadmin/user_upload/dokumente/downloads/technical_documents/epsg_ds_301_v-1-3-0__4_.pdf
  19. Mühe H., Angerer A., Hoffmann A., Reif W. On reverse-engineering the KUKA Robot Language // 1st International Workshop on Domain-Specific Languages and models for ROBotic systems. 2010. URL: https://arxiv.org/pdf/1009.5004.pdf
  20. HrBasic Reference Manual Ver. 5.50. Hirata 2004-2005. URL: https://www.hirata.de/fileadmin/content/05_Kontakt/Support_Download/Programmierhandbuch_fuer_HR-Basic_Syntax_Version_2_10-2008__H-XXXX-1E.pdf
  21. Сутормин Д.К., Тюлькин М.В. Robot Control Meta Language. Метаязык для роботов. — Пермь, Издательский центр «Титул», 2015. — 72 с.
  22. Finkel R. Advanced programming languages design. — University of Kentucky. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. 1996. — 363 p. URL: https://www.researchgate.net/publication/220692467_Advanced_programming_language_design
  23. IEC 61131-3 International standard. Second edition 2003-01. Programmable controllers. Part 3: Programming languages. URL: https://d1.amobbs.com/bbs_upload782111/files_31/ourdev_569653.pdf
  24. Burgin M. Systems, Actors and Agents: Operation in a multicomponent environment. 2017. DOI: 10.48550/arXiv.1711.08319
  25. Rinaldi L., Torquati M., Mencagli G., Danelutto M., Menga T. Accelerating Actor-based Applications with Parallel Patterns // 27th Euromicro International Conference on Parallel, Distributed and Network-Based Processing (13-15 February 2019; Pavia, Ital). DOI: 10.1109/EMPDP.2019.8671602
  26. Shah V., Salles M. Reactors: A Case for Predictable, Virtualized Actor Database Systems // International Conference on Management of Data SIGMOD’18 (10-15 June 2018; Houston TX USA), pp. 259–274. DOI: 10.1145/3183713.3183752
  27. Lohstroh М., Menard С., Bateni S., Lee E. Toward a Lingua Franca for Deterministic Concurrent Systems // ACM Transactions on Embedded Computing Systems. 2021. Vol. 20. No. 4. Article 36. DOI: 1145/3448128
  28. Batko P., Kuta M. Actor model of Anemone functional language // The Journal of Supercomputing. 2018. Vol. 74, pp. 1485-1496. DOI: 10.1007/s11227-017-2233-1
  29. Brodie L. Thinking Forth: A Language and Philosophy for Solving Problems. — Punchy Publishing, 2004. — 316 p. URL: https://jztkft.dl.sourceforge.net/project/thinking-forth/reprint/rel-1.0/thinking-forth-color.pdf
  30. Steele L. Common LISP. The Language. — 2nd Edition. — Thinking Machines, Inc., 1990. — 1029 p. URL: https://www.cs.cmu.edu/Groups/AI/html/cltl/cltl2.html
  31. Porter J., Menascé D., Gomaa H. Decentralized Software Architecture Discovery in Distributed Systems. Technical Reports. George Mason University, Department of Computer Science, 2016. URL: https://cs.gmu.edu/media/techreports/GMU-CS-TR-2016-2.pdf
  32. Porter J., Menascé D., Gomaa H. DeSARM: A Decentralized Mechanism for Discovering Software Architecture Models at Runtime in Distributed Systems. MoDELS@Run.time, 2016. URL: http://ceur-ws.org/Vol-1742/MRT16_paper_3.pdf
  33. Getting Started with Erlang User’s Guide. Version 12.0.2. Ericsson AB, 2021. URL: https://erlang.org/doc/getting_started/users_guide.html
  34. ISO/IEC 30170:2012. Information technology — Programming languages — Ruby. 2012, 313 p. URL: https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso-iec:30170:ed-1:v1:en
  35. Зеленский А.А., Порядин Д.В., Морозкин М.С. Интерпретатор ядра СЧПУ. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU2020612803. Бюл. № 3, 03.03.2020.
  36. Зеленский А.А., Порядин Д.В., Морозкин М.С., Купцов В.Р. Графический интерфейс системы ЧПУ «Перспектива». Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ Бюл. № 3, 28.02.2020.
  37. Raphael B. The structure of programming languages // Communications of the ACM. 1966. Vol. 9. No. 2, pp 67–71. DOI: 1145/365170.365175
  38. Volkova V., Kozlov V., Mager V., Chernenkaya L. Classification of methods and models in system analysis // XX IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements — SCM (24-26 May 2017; St. Petersburg, Russia). DOI: 10.1109/SCM.2017.7970533
  39. Hilfinger P. A Model of Programming Languages. University of California, Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, Computer Science Division. 1998. URL: https://people.eecs.berkeley.edu/~jrs/61bf98/reader/ucb/java-model.pdf
  40. Martini S. The Standard Model for Programming Languages: The Birth of a Mathematical Theory of Computation // OpenAccess Series in Informatics (OASIcs). 2020. Vol. 86, 8:1-8:13. DOI: 10.4230/OASIcs.Gabbrielli.8

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024