Управление в разомкнутом контуре

Вот заманчивый план: чтобы проехать квадрат со стороной один метр, четыре раза выполнить команды «вперёд 5 секунд, поворот налево 1,5 секунды». Мы вывели формулы, поэтому робот должен начертить идеальный квадрат. Но если запустить этот план на настоящем роботе, фигура почти никогда не замыкается. Робот оказывается в нескольких сантиметрах от места старта — или ещё дальше.

Такое управление называют разомкнутым контуром: команды заранее рассчитываются и отправляются, а ничто не измеряет, что произошло на самом деле. Противоположный подход — замкнутый контур, в котором используется обратная связь (контур из первого урока). Разомкнутый контур подходит, когда окружающий мир предсказуем. Но роботы редко работают в предсказуемом мире.

Почему «одна и та же команда» даёт разные результаты.

• Пробуксовка колёс. На гладком полу, пыли или ковре колесо может вращаться, не перемещая робота на полное расстояние.
• Моторы не близнецы. Два мотора, получившие одну и ту же команду, обычно вращаются с немного разной скоростью. Даже крошечная разница в скорости означает, что ω не совсем равна нулю, поэтому «прямой» путь изгибается.
• Напряжение батареи падает по мере разрядки, поэтому позже та же команда задаёт меньшую скорость.
• Размер колёс и ширина колеи не совсем такие, какие указал программист. Колесо, которое на 1 процент больше, за один оборот проходит на 1 процент большее расстояние.
• Начало движения и остановка. Робот не может мгновенно изменить скорость: он разгоняется и замедляется за короткое время, которое план не учитывал.

Каждая из этих ошибок мала. Проблема в том, что маленькие ошибки складываются (в разделе World 2 это показано на числах).

Проведи мысленный эксперимент. Представь, что из-за ошибки направления каждый поворот «поверни налево на 90 градусов» получается равным 88 градусам. После четырёх углов робот повернулся на 352 градуса, а не на 360, поэтому путь не замыкается: ему не хватает 8 градусов, чтобы смотреть в направлении старта, а ошибка положения добавляется сверху. Робот с замкнутым контуром измерял бы направление с помощью датчика после каждого поворота и продолжал поворачивать, пока датчик не покажет 90 градусов.

Исправление — тема следующих миров. Сначала робот должен оценить, где он находится (Мир 2). Затем контроллер использует разницу между «где я хочу быть» и «где, как я думаю, я нахожусь», чтобы исправить движение (Мир 3). Датчики для внешнего мира появятся в Мире 4.