בקרה

•   1 מערכות בקרה
•   2 אז מה זה בקרה?
•               2.1 בקרה בחוג פתוח לעומת בקרה בחוג סגור
•   3 התנסות 1 : בקרה בחוג פתוח
•   4 התנסות 2: בקרה בחוג סגור

מערכות בקרה

בפרק זה נלמד על מושג הבקרה ותפקידו במערכת רובוטית. למעשה, כבר התנסינו בבקרה בסיסית של הרובוט, בתכנית שבה הוא נמנע מלהתנגש במכשולים: הרובוט נוסע בציר ישר כל עוד אין מכשול בדרכו, וכשהוא מגלה כזה הוא מצבע פניה על מנת לא להתנגש במכשול. במקרה זה, הרובוט ביצע בקרה על תנועתו, במובן זה שהוא תיקן את תנועתו על פי נתוני קלט שהוא קרא מהסביבה.

להבנת מושג הבקרה טוב יותר, נתבונן על גופנו כדוגמא: גוף האדם הוא מערכת מורכבת מאוד, הדורשת בקרה לא פשוטה. לדוגמא, פעולת ההליכה הנראית לנו כל כך מובנת מאליה היא שילוב של:

• הנעת שרירים: רגליים, ידיים, בטן, גב.
• בדיקת מצב שיווי המשקל ומרכז הכובד - אם גופנו נוטה קדימה מדי אנו עלולים ליפול לפנים. באותו אופן איננו רוצים שגופנו יטה לאחור או הצידה.
• תיקון - באמצעות שרירי הגב והבטן אנו מאזנים את גופנו כך שמרכז הכובד של הגוף יישאר מעל הרגליים וביניהם.

הטבלה הבאה משווה בין גוף האדם לרובוט:

מרכיב	גוף האדם	רובוט
כוח מניע	שרירים	מנועים
מפעילים	רגליים, ידיים, גב, בטן, וכו'	צירים, תמסורת, גלגלים
חיישנים	חושי הראייה, שמיעה, ריח, מישוש, טעם	חיישני מרחק, מגע, אור

אז מה זה בקרה?

ראשית, נתחיל עם הגדרת מושג הבקרה:

הגדרה:בקרה היא מנגנון המייצב מערכת נתונה על ידי ביצוע מדידות של גדלים פיזיקליים שונים, ובהתאם לערכי המדידות מבצע מנגנון זה תיקונים למערכת.

לדוגמא, במערכת גוף האדם מנגנון הבקרה מתקן את תנועת הגוף בהליכה על פי חוש הראייה - חוש זה משמש גם בכדי לדעת האם מרכז הכובד נמצא במקום המתאים (מעל הרגליים) וגם בכדי להמנע מהתקלות במכשולים.

בקרה בחוג פתוח לעומת בקרה בחוג סגור

ישנם שני סוגי בקרה עיקריים ברובוטיקה:

• בקרה בחוג פתוח - מצב בו מנגנון הבקרה אינו מבצע מדידות בכדי לתקן את פעולת הרובוט, אלא מפעיל אותו על פי תכנית מוגדרת מראש. לדוגמא, בתכנית שבה הורינו לרובוט לנוע על ארבע צלעות ריבוע הבקרה היתה מסוג חוג פתוח - לא ביצענו תיקון לתנועה כתוצאה ממדידות חיישנים כלשהם. כל שינוי הכיוון שביצע הרובוט תוכננו מראש ולא הושפעו מהמציאות. הערך הנמדד היחיד בתכנית זו היה הזמן שנדרש לרובוט בכדי להשלים תנועה על צלע יחידה. אנו קוראים לערך זה משתנה מבוקר.

הגדרה: משתנה מבוקר הוא הנתון של המערכת אותו אנו מנסים לייצב, כלומר לתקן את ערכו על פי ערכי המדידות המתקבלים מהחיישנים.

• בקרה בחוג סגור - מנגנון הבקרה מבצע תיקונים לרובוט על פי ערכים הנמדדים על ידי החיישנים תוך כדי תנועה. לדוגמא, בתכנית שבה הרובוט נמנע מהתנגשות במכשולים, חיישן תת-אדום מעביר ערכי מרחק ממכשולים ואם קיים מכשול במרחק קצר מהרובוט הוא מבצע פניה.

התנסות 1 : בקרה בחוג פתוח

בהתנסות זו נגרום לרובוט לנוע אל יעד מסוים בהנתן המרחק אל היעד מראש. מטרות ההתנסות:

• המחשת המושג "בקרה בחוג פתוח"
• המחשת המושג "משתנה מבוקר"

בצעו את ההתנסות על פי המוסבר בחוברת.

התנסות 2: בקרה בחוג סגור

בהתנסות זו נגרום לרובוט לנוע כמו קודם אל עבר קו מטרה, אך הפעם מבלי שיהיה ידוע המרחק אליו. באמצעות חיישן תת-אדום נבדוק אם הגענו כבר אל הקו. מטרות ההתנסות:

• המחשת המושג "בקרה בחוג סגור"
• שימוש בחיישן לזיהוי קווים במשטח

בצעו את ההתנסות על פי המוסבר בחוברת.