智能跟蹤控制系統的動(dòng)畫(huà)仿真設計

本文針對傳統仿真方法的不足，采用opengl圖形系統結合vc++軟件開(kāi)發(fā)平臺設計出智能跟蹤控制系統三維動(dòng)畫(huà)仿真軟件。在該軟件的設計方案中，提出自動(dòng)導入的方法使其能直接導入來(lái)自各種現場(chǎng)的數據，克服數據來(lái)源復雜的難題;提出幾何變換法實(shí)現視點(diǎn)調整功能，使仿真過(guò)程具有多角度可視性;利用程序的延時(shí)技術(shù)實(shí)現仿真速度的可控性，提高了軟件對仿真對象進(jìn)行觀(guān)察研究的能力。

　　2 仿真軟件總體框架

　　智能跟蹤控制系統三維動(dòng)畫(huà)仿真軟件的基本任務(wù)是提供仿真數據的導入功能，智能體軌跡跟蹤過(guò)程的精確重演，提供仿真過(guò)程的交互功能。通過(guò)數據導入功能，不論是來(lái)自于實(shí)物實(shí)驗還是仿真實(shí)驗的數據都能較容易地被該仿真軟件使用。仿真運行時(shí)要能生成三維動(dòng)畫(huà)圖像，精確模仿智能體軌跡跟蹤過(guò)程。仿真過(guò)程中要能夠對視點(diǎn)和速度進(jìn)行調整，以便于從各個(gè)方向和不同的距離觀(guān)察，以及快放和慢放軌跡跟蹤過(guò)程，進(jìn)一步方便對仿真結果進(jìn)行分析和處理。

　　軌跡跟蹤控制系統可能只涉及到一個(gè)智能體，也可能涉及到若干個(gè)智能體，各個(gè)智能體在跟蹤過(guò)程中可能組成編隊并擔任著(zhù)不同的職能，不同類(lèi)型的智能體以及不同的跟蹤任務(wù)其跟蹤控制方法也不同[3]。但跟蹤原理基本一致，即智能體根據預設的或者捕捉到的目標軌跡，經(jīng)過(guò)計算產(chǎn)生控制信號輸入，使其發(fā)出跟蹤行動(dòng)，產(chǎn)生跟蹤軌跡。

　　為了便于整體開(kāi)發(fā)和擴展應用，根據軌跡跟蹤過(guò)程的特點(diǎn)和研究需求，將軟件按照實(shí)現的功能進(jìn)行模塊化設計，并通過(guò)操作界面來(lái)控制其功能的實(shí)現。圖1所示為該仿真軟件的框架結構。

　　圖1 仿真軟件框架示意圖

　　該仿真軟件主要設計有導入模塊、重演模塊、控制模塊三大功能模塊，以及提供用戶(hù)界面的界面模塊。其中界面模塊用vc++[4]開(kāi)發(fā)，為用戶(hù)提供可實(shí)現各項功能的操作界面。導入模塊可將復雜數據源的數據導入到指定存儲器中;重演模塊將數據生成軌跡跟蹤過(guò)程的三維動(dòng)畫(huà);控制模塊實(shí)現用戶(hù)交互功能，可以在仿真過(guò)程中通過(guò)它調整仿真速度和視點(diǎn)位置。

　　3 智能跟蹤控制系統建模

　　根據軌跡跟蹤基本原理建立智能軌跡跟蹤控制系統模型。

　　設定目標軌跡為：

　　s0(t)=[s0(t),s0(t),s0(t)]t，

　　智能跟蹤控制系統為：

　　(1)其中t為時(shí)間參數，x(t)=[x1(t),x2(t),x3(t)]t為系統的狀態(tài)向量，u(t)=[u1(t),u2(t),u3(t)]t為系統的輸入向量，f(t)=[f1(t),f2(t),f3(t)]t為系統的控制信號輸入向量，ai,i=1,2,3為系統狀態(tài)的常數系數矩陣，bi,i=1,2,3為系統輸入的常數系數矩陣。

　　設計控制信號輸入f(t)使系統(1)有一個(gè)特解為s0(t)這時(shí)：

　　(2)由于系統(1)漸近穩定，因而系統(1)的任意解都趨向于s0(t)。

　　利用matlabsimulink工具箱[5]可將數學(xué)模型轉換為計算機仿真模型。圖2為系統(1)第一個(gè)變量的仿真模型。input controller為系統的控制器模塊，其功能是將采集的目標狀態(tài)s0通過(guò)函數計算得到系統的控制信號f1輸出。

　　圖2 系統(1)第一個(gè)變量的仿真模型