Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 39.
-
ГИБРИДНЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ МНОГОАГЕНТНОЙ ЗАДАЧИ КОММИВОЯЖЁРА
В.А. Костюков , Ф.А. Хуссейн2025-04-27Аннотация ▼Рассматривается проблема распределения задач в многоагентной системе, где каждый
агент представляет собой робота, а каждая задача представляется позицией, которая должна
быть посещена одним агентом. Эта задача очень похожа на многоагентную задачу коммивояжё-
ра, которая в отличие от знаменитой задачи коммивояжера, задействует несколько коммивоя-
жёров, которые посещают заданное количество городов ровно один раз и возвращаются в исход-
ное положение с минимальными затратами на поездку. Поэтому проводится анализ многоагент-
ной задачи коммивояжёра как представителя задачи целераспределения. Многоагентная задача
коммивояжера является важной для области оптимизации маршрутов и распределения задач
между несколькими агентами. Она включает в себе две различные, однако, взаимосвязанные под задачи: распределение городов между агентами и определение порядка посещения городов каж-
дым агентом. В литературе существуют три концепции решения этой проблемы относительно
решения ее двух составляющих подзадач: оптимизационная концепция, где обе подзадачи реша-
ются одновременно; концепция Cluster-First, Route-Second – где сначала решается вопрос о назна-
чении задач каждому коммивояжеру, а потом - вопрос о порядке посещений пунктов назначений
для каждого коммивояжёра; концепция Route-First, Cluster-Second – где сначала решается вопрос
о порядке посещения пунктов назначения, а затем происходит разделение этого цикла между
агентами без изменения порядка посещений. В этой работы предлагается гибридный подход к
решению многоагентной задачи коммивояжера, который объединяет идеи двух известных кон-
цепций: Cluster-First, Route- econd и Route-First, Cluster- econd чтобы получить их позитивные
аспекты и избавиться от их негативных сторон. Для оценки эффективности разработанного
метода было проведено сравнительное исследование. Оценка результатов осуществлялась на
основе трех ключевых критериев: вычислительного времени получения решения многоагентной
задачи коммивояжера, суммарной длины пройденных маршрутов коммивояжерами и максималь-
ной длины маршрута среди них. Анализ экспериментальных данных показал, что при использова-
нии предложенного метода максимальная длина пути среди пройдённых агентами маршрутов
(дисбаланс нагрузки) уменьшается в среднем на 26%. -
ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО АДАПТИВНОГО АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ МЕТОДА ОБУЧЕНИЯ С ПОДКРЕПЛЕНИЕМ
А. Н. Карапеев , Е.Ю. Косенко , М. Ю. Медведев , В. Х. Пшихопов2025-04-27Аннотация ▼Предложен и исследован алгоритм адаптивного управления двигателем постоянного тока,
базирующийся на применении технологии машинного обучения с подкреплением. Дан обзор и крат-
кий анализ состояния дел в области интеллектуальных систем управления приводами. Представ-
лено математическое описание двигателя, приведена структурная схема обучения интеллекту-
ального агента. Предложена интеллектуальная система адаптивного управления скоростью
вращения двигателя, при построении которой двигатель представляется в виде черного ящика с
заданными ограничениями на вход и выход. Система управления строится на базе алгоритма
Q-обучения нулевого порядка. Предполагается, что выходом интеллектуального агента является
управление, подаваемое на вход двигателя. Экспериментальным путем подобрано множество
таких управлений, позволяющих реализовать заданную точность поддержания частоты враще-
ния. В интеллектуальной системе используются приближенные табличные оценки ценности каж-
дого из управлений в зависимости от желаемой и текущей частоты вращения двигателя. В на-
стоящей статье проведено исследование влияния дискретности представления значений состоя-
ния, используемого множества управляющих воздействий, применяемых вознаграждений, а так-
же параметров алгоритма обучения на ошибку управления. Исследована чувствительность ин-
теллектуальной системы управления к изменению параметров моделируемого двигателя и не из-
меряемому моменту сопротивления на валу двигателя. По результатам проведенного исследова-
ния сделан вывод о необходимости использования модифицированного алгоритма, в котором
предполагается измерение или оценка тока статорной обмотки двигателя и использование непре-
рывного упарвления. В данной постановке задачи алгоритм управления обеспечивает робастность
к переменным параметрам и внешнему возмущению. Также обсуждаются вопросы аппроксимации
функции ценности управления с помощью полиномов и с применением нейронной сети. Показана
возможность высокой точности аппроксимации с помощью нейронной сети простой структуры -
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ЦЕЛЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В МНОГОАГЕНТНОЙ СИСТЕМЕ
В.А. Костюков , Ф.А. Хуссейн144-1552025-10-01Аннотация ▼Рассматривается задача целераспределения в рамках многоагентной системы, где каждый агент представляется автономным роботом, а каждая задача соответствует позиции в двухмерной среде, которую должен посетить один из агентов. Эта задача по своей сути схожа с многоагентной версией классической задачи коммивояжёра, где вместо одного участника задействуется несколько агентов. Каждый из них должен пройти уникальный маршрут, охватывающий определённое множество городов. В связи с этим проводится исследование многоагентной задачи коммивояжёра как одного из форматов постановки задачи целерапределения. Эта задача имеет большое значение в области маршрутизации и оптимального распределения задач. Её решение включает две тесно связанные подзадачи: определение набора точек, закрепляемых за каждым агентом, и построение оптимального маршрута их посещения. В научной литературе представлены три основных подхода к решению этой задачи: подход одновременной оптимизации, при котором обе подзадачи решаются совместно; подход Cluster-First, Route-Second, где сначала распределяются города между агентами, а затем определяется порядок посещения городов каждого агента; подход Route-First, Cluster-Second, предполагающий изначальную оптимизацию порядка посещения всех городов с последующим его делением между агентами без изменения порядка посещения. В данной работе предлагается гибридный метод, сочетающий элементы подходов Cluster-First, Route-Second и Route-First, Cluster-Second. Цель – объединить сильные стороны обеих подходов и избавится от их недостатков. Для проверки эффективности разработанного метода проведено сравнительное исследование с методами, реализующие подходов Cluster-First, Route-Second и Route-First, Cluster-Second. Оценка проводилась по трём основным метрикам: время, затраченное на построение решения, суммарная длина всех маршрутов, а также максимальная длина маршрута среди всех агентов. Результаты экспериментов показали, что применение предложенного метода позволяет сократить максимальную длину маршрута (тем самым снизив дисбаланс нагрузки между агентами) в среднем на 26%.
-
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА ОБ ОПТИМАЛЬНОМ УПРАВЛЕНИИ СТРУНОЙ
Г. В. Куповых , А.Г. Клово , И.А. Ляпунова2020-11-22Аннотация ▼Общепринято, что задачи оптимального управления или задачи проектирования
системы определяют для заданного объекта или системы объектов управления закон или
некоторую управляющую последовательность действий, которые обеспечивают максимум
или минимум заданной совокупности критериев качества системы. При этом может рас-
сматриваться задача быстродействия, т.е. задача о приведении системы в заданное со-
стояние за наименьшее время. Также изучаются задачи минимизации заданного функцио-
нала при фиксированном времени управления системой. Оптимальное управление тесно
связано с выбором наиболее рациональных режимов управления сложными объектами.
Проблеме управления посвящено много работ, кроме того в настоящее время подобными
исследованиями занимаются известные математические школы. В задачах с сосредото-
ченными параметрами исследуемые системы описываются обыкновенными дифференци-
альными уравнениями или их системами. В этом случае важную роль в таком исследовании
играет принцип максимума Понтрягина. Для уравнений с частными производными говорят
о системах с распределенными параметрами. В данной работе исследуется возможность
синтеза оптимального управления одной системой с распределенными параметрами. Рас-
смотрена модель колебаний струны под воздействием управляющих функций в граничных
условиях. Показана роль выбора минимизируемого функционала в создании возможностей
синтеза оптимального управления. В этом случае осуществляется поиск управляющего
воздействия в каждой точке временного промежутка, что приводит к возможности по-
строения его в явном виде. Сформулированы условия, при которых существуют всюду оп-
тимальные управления в соответствующих функциональных пространствах. В конкрет-
ной постановке задачи всюду оптимальное управление построено в явном виде. -
СИНТЕЗ СИНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РАЗРЫВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АКТИВНОЙ ПОДВЕСКОЙ АВТОМОБИЛЯ
А. С. Синицын2020-07-20Аннотация ▼Рассматривается проблема проектирования активных систем подвески транспортных
средств, в которых исполнительный механизм (ИМ) не является идеальным и подвержен влия-
нию гистерезиса и мертвой зоны. Целью данной работы является синтез системы управления,
позволяющей уменьшить влияние гистерезиса и мертвой зоны на эффективность работы сис-
темы адаптивной подвески. Параметры системы подобные гистерезису требуют значитель-
ных усилий для их идентификации и более того могут в широких пределах изменяться на про-
тяжении жизненного цикла системы. Таким образом учесть гистерезис при синтезе системы
управления является весьма трудной задачей, равно как и построение наблюдателей. Решением
данной проблемы может быть применение систем разрывного управления, которые в извест-
ной мере являются робастными к параметрических и структурным изменениям в объекте
управления. Существующие подходы к синтезу систем разрывного управления опираются на
линейную или линеаризованную модель объекта управления. Таким образом эффективность
подобного рода систем может существенно отличаться при работе регулятора в составе
реального, нелинейного объекта управления. Предлагаемая система разрывного управления
позволяет снизить чувствительность системы к возмущениям, обусловленным неидеально-
стью ИМ, а так-же учитывает нелинейную структуру объекта управления. Эффективность
замкнутой системы исследована на динамической модели построенной при помощи пакета
Simulink. Предлагаемая система разрывного управления сравнивается с адаптивным синерге-
тическим регулятором. В качестве возмущающего воздействия выбрано дорожное покрытие
класса C по классификации ISO 8608. Для оценки эффективности предлагаемой системы оцени-
ваются следующие параметры: взвешенной ускорение подрессоренной массы; относительное
перемещение амортизатора и сила реакции шины. Для каждого параметра определяется сред-
неквадратическое и максимальное значение. Результаты численного моделирования позволяют
сделать вывод что применение систем разрывного управления позволяет улучшить следующие
показатели эффективности адаптивной подвески: более чем в два раза уменьшить максималь-
ное значение взвешенного ускорения подрессоренной массы и более чем на 20 % уменьшить мак-
симальную нагрузку на шину. -
КОНЦЕПЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОПЕРАТИВНОЙ ГРУППЫ РТК
В. Х. Пшихопов, А.Р. Гайдук, М. Ю. Медведев, Д. Н. Гонтарь, В.В. Соловьев, О.В. Мартьянов2020-07-10Аннотация ▼Рассматривается задача формирования группы автономных робототехнических ком-плексов с целью нейтрализации обнаруженной группы противника. Группа робототехнических комплексов должна быть сформирована таким образом, чтобы поставленная ей задача по нейтрализации обнаруженного противника была выполнена с большой долей вероятности. Поставленная проблема математически представляет собой задачу о назначениях. Исходными данными для решения указанной задачи являются: типы и число объектов обнаруженной груп-пы противника; данные о расположении объектов противника; данные о составе и характери-стиках средств, имеющихся в нашей группировке; тип формируемой группы (робототехниче-ская или смешанная); цель выполнения операции; действия группы по окончании операции. Предлагается решение задачи, базирующееся на оценках эффективности применения отдель-ных робототехнических комплексов. Решение сформулировано в виде последовательности эта-пов. На первом этапе осуществляется расчет априорных эффективностей применения каждо-го элемента обнаруженной группы противника. На втором этапе, исходя из экспертных оце-нок, производится выбор коэффициентов эффективности применения каждого из имеющихся робототехнических комплексов против каждого элемента обнаруженной группы противника. На третьем этапе осуществляется коррекция априорных оценок эффективности применения имеющихся в распоряжении робототехнических комплексов, с учетом выбранных на втором этапе коэффициентов. На четвертом этапе производится формирование группы робототех-нических комплексов таким образом, чтобы ее суммарная эффективность применения превы-шала суммарную эффективность применения обнаруженного противника в 2,0–2.5 раза. Пред-ложенная методика формирования группы позволяет сформировать как количественный, так и качественный состав группы. В статье приводится пример формирования группы, целью которой является нейтрализация обнаруженного противника. Результаты статьи могут использоваться при моделировании групп роботов, обладающих высокой степенью автономно-сти. Такие группы могут не только выполнять поставленную задачу, но в автоматическом режиме составлять план решения задачи.
-
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ В ПРИВОДАХ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
А.А. Кабанов , В.А. Крамарь , А.В. Зуев , В. Ф. Филаретов , А.Н. Жирабок192-2042025-08-04Аннотация ▼В работе рассматривается задача идентификации дефектов в приводах робототех-нических систем, модель динамики которых описывается линейными дифференциальными уравнениями. Решение задачи идентификации дефектов предложено искать на основе решения вспомогательной задачи оптимального управления для динамической системы, в которой роль неизвестной вектор-функции, описывающей возникающие дефекты, выпол-няет некоторое вспомогательное управление, которое должно обеспечить минимум функ-ционалу невязки. На основе полученного решения вспомогательной задачи оптимального управления предложен диагностический наблюдатель дефектов. При этом сам дефект находится через решение соответствующего алгебраического уравнения Риккати и диф-ференциального уравнения для вспомогательной переменной. В отличие от популярных подходов к решению задачи идентификации дефектов, основанных на наблюдателях, ра-ботающих в скользящем режиме, предлагаемый метод позволяет расширить класс сис-тем, для которых может быть решена задача идентификации. Известно, что методы проектирования наблюдателей скользящего режима накладывают определенные ограничения на рассматриваемые системы. Предложенный подход на основе оптимального управ-ления может дать результаты и для систем с нелинейной динамикой. В этом случаем, вероятно, эффективными будут методы приближенного решения задач оптимального управления, основанные на представлении системы в линейной форме с коэффициентами, зависящими от состояния (так называемый метод State-dependent Riccati Equation, SDRE). Совершенствование предложенного метода в этом направлении будет являться предме-том последующих исследований. Изложенная теория показана на примере идентификации дефектов в приводе постоянного тока. Рассмотрены разные случаи для системы с полны-ми наблюдениями (известен весь вектор состояния) и с неполными наблюдениями. На мо-делировании было показано, что качество идентификации дефектов можно повысить за счет выбора соответствующих значений матриц штрафов в функционале невязки, при этом можно добиться хорошего диагностирования отдельно по различным каналам вхо-ждения дефектов. В работе представлены рекомендации по выбору матриц штрафов. Результаты моделирования подтвердили работоспособность синтезированных с помощью предложенного метода диагностических наблюдателей
-
УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ АНПА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НА МАРШРУТНОЙ ТРАЕКТОРИИ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ОТКАЗОВ
Л. А. Мартынова , М. Б. Розенгауз2022-03-02Аннотация ▼Целью исследований является возвращение автономного необитаемого подводного ап-
парата на маршрутную траекторию в кратчайший срок после проведения обсервации при
возникновении отказов в исполнительных устройствах, обеспечивающих движение аппарата.
Необходимость решения задачи вызвана тем, что при преодолении аппаратом расстояний в
несколько тысяч километров возникает отклонение его положения от маршрутной траекто-
рии ввиду накопления погрешности счисления координат бортовой инерциальной навигацион-
ной системой. В результате аппарат вынужден возвращаться на маршрутную траекторию,
в ходе которого возможно возникновение отказа в исполнительных устройствах, обеспечи-
вающих движение аппарата. Ранее в такой постановке задача не рассматривалась, а подхо-
ды, используемые в аналогичных ситуациях к беспилотным летательным аппаратам, оказа-
лись непригодными. Наиболее характерными причинами, отличающими подводный аппарат
от беспилотника, являются: различие в причинах отклонения от маршрутной траектории
(инерциальная система у аппарата и ветер у беспилотника), отсутствие навигации по сигна-
лам спутниковых радионавигационных систем и невозможность контроля своего местопо-
ложения при возвращении на маршрут, низкая маневренность аппарата по сравнению с бес-
пилотником. Для решения задачи обеспечения движения аппарата к маршрутной траектории
в случае возникновения отказа исполнительного устройства, обеспечивающего движение ап-
парата, предложено взамен отказавшего устройства выбрать альтернативное из числа дуб-
лирующих. Выбор дублирующего устройства определен, прежде всего, моментом, создавае-
мым устройством для маневрирования аппарата по курсу. При этом показано, что ввиду ог-
раничений на возможности дублирующего устройства обеспечить аппарату требуемый ма-
невр по курсу, необходимо выбирать также и траекторию движения аппарата при возвраще-
нии на маршрутную траекторию. Для этого были проанализированы пять возможных мето-
дов возвращения, отличающихся динамикой изменения курса, протяженностью пути, про-
должительностью маневрирования. С учетом плавности изменения курса для каждой траек-
тории были определены наиболее подходящие исполнительные устройства, способные обеспе-
чить движение аппарата по выбранной траектории. Основным критерием при выборе тра-
ектории, наряду с учетом ограничений, являлась минимизация пройденного пути до маршрут-
ной траектории с целью экономии энергоресурса аппарата. После выбора исполнительного
устройства и траектории движения аппарата для восстановления на маршрутной траекто-
рии приведена последовательность вычислений для определения параметров исполнительного
устройства в каждый момент времени на всем протяжении возвращения аппарата на мар-
шрутную траекторию. Результаты проведенных исследований позволили решить задачу вос-
становления положения автономного необитаемого подводного аппарата на маршрутной
траектории за кратчайшее время при возникновении отказа в исполнительных устройствах,
обеспечивающих его движение. -
РАЗРАБОТКА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАЛВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМИ ПРОЦЕССАМИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА
А.Л. Ляшенко2021-12-24Аннотация ▼Рассмотрена необходимость регулирования температуры теплоносителя в гидрав-
лических прессах, обеспечивающих горячее склеивание фанеры, регулирование давления в
каналах пресса и поддержания технологических параметров на заданном уровне. В качест-
ве объекта управления рассмотрен колонный гидравлический пресс П-714-Б для горячего
склеивания фанеры, установленный на Усть-Ижорском фанерном комбинате. В статье
представлено описание колонного гидравлического пресса. Для мониторинга параметров
представленной установки фанерного производства, предлагается рассмотреть нагрева-
тельные плиты пресса и пакеты фанеры как объект с распределенными параметрами.
Для разработки математической модели объекта управления была рассмотрена функцио-
нальная схема данного устройства с основным оборудованием и технологическими пото-
ками теплоносителя. Разработана методика моделирования объектов данного класса как
объектов с распределёнными параметрами. Рассмотрение процессов, протекающих в каналах нагревательных плит, позволило составить дифференциальные уравнения движения,
описывающие течение рабочей среды в системе каналов. Разработанная методика мате-
матического моделирования распространения тепла в нагревательных плитах пресса и
пакетах фанеры позволила составить математическую модель для рассматриваемого
объекта. Данная математическая модель получилась достаточно сложной, и решить
полученную систему дифференциальных уравнений в частных производных аналитически
(выделить передаточную функцию) не представляется возможным. Для численного анали-
за рассматриваемого объекта управления были составлены дискретная модель уравнений
и вычислительный алгоритм. В процессе составления дискретных моделей были решены
задачи «стыковки» граничных условий, обеспечения устойчивости вычислительной схемы и
выбраны шаги дискретизации по пространственным переменным. Для компьютерного
моделирования было специально разработано программное обеспечение. С его помощью
были рассчитаны значения температур в контрольных точках. Представленная матема-
тическая модель позволила произвести численный эксперимент, в результате которого
были получены частотные характеристики исследуемого объекта. Данные характеристи-
ки были использованы при синтезе распределенного высокоточного регулятора. -
ПОЛУМАРКОВСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ С ДИНАМИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ
Д. А. Мищенко , А.А. Львов , А. А. Никифоров , Алалван Амин Раад Джихад, М.С. Светлов2021-12-24Аннотация ▼Предложена полумарковская модель телекоммуникационной сети. Рассмотрен вари-
ант динамического управления трафиком системы массового обслуживания как частного
случая телекоммуникационной сети. Основная цель управления – минимизация средних за-
трат в единицу времени на обслуживание входящего потока информации (пакетов). При
этом учтены различная пропускная способность каналов, скорость обработки информа-
ции в канале и информационная емкость буферов. Предложен подход к организации дина-
мического управления с учетом помехоустойчивости (информационной надежности) и
помехозащищенности (защиты информации). Рассмотрена задача динамического управле-
ния телекоммуникационной сетью на примере простой одноканальной структуры типа
«точка-точка», которая моделируется как линейная однонаправленная Марковская цепь.
Были введены параметры тарифа обслуживания, стоимости штрафа за отказ от обслу-
живания. Анализ позволяет сделать следующие замечания, что распределение входного
информационного потока пакетов – пуассоновское, закон распределения длины пакетов и
скорости их поступления имеет экспоненциальный характер, что в совокупности харак-
теризует Марковский процесс. Однако одновременно имеют место задержки в обслужи-
вании по отношению к моментам времени поступления запросов на обслуживание, включая
задержки, связанные с переполнением буфера. Предложенная полумарковская модель телекоммуникационной сети может быть использована и для более сложных сетевыхструктур. В частности, для телекоммуникационных сетей, состоящих не только из одной одноканальной системы передачи информации (одноканальной системы массового обслу-
живания), а представляющих собой совокупность нескольких систем, то есть для много-
канальных телекоммуникационных сетей. -
ГИБРИДНЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Л. А. Гладков, Н.В. Гладкова , М. Д. Ясир2021-11-14Аннотация ▼Рассматривается задача размещения элементов цифровой вычислительной техники.
Проведен анализ современного состояния исследований по данной теме, отмечена актуаль-
ность рассматриваемой задачи. Подчеркнута важность разработки новых эффективных ме-
тодов решения подобных задач. Показано место задачи размещения в общем цикле конструк-
торского этапа проектирования. Отмечена важность качественного решения задачи разме-
щения с точки зрения успешного выполнения последующих этапов проектирования. Отмечена
важность минимизации задержек соединений в процессе проектирования устройств большой
размерности. Проведен обзор и анализ различных моделей и критериев оценки решения задачи
размещения. Подчеркнуто, что важнейшим критерием является длина соединений, она оказы-
вает существенное влияние на применяемые при проектировании технологии. Выполнена ком-
плексная математическая постановка задачи размещения элементов цифровой вычислитель-
ной техники. Приведена целевая функция и ограничения рассматриваемой задачи размещения
как задачи оптимизации. Проанализированы перспективные подходы к решению задач проек-
тирования, описаны гибридные методы и модели решения сложных многокритериальных задач
оптимизации и проектирования. Описаны принципы работы и модель нечеткого логического
контроллера. Приведено описание используемой схемы нечеткого управления. Определены
функции различных блоков нечеткого логического контроллера. Предложена структура много-
слойной нейронной сети, реализующей функцию Гаусса. Описано взаимодействие блоков нечет-
кого генетического алгоритма. Предложена модель гибридного алгоритма решения задачи
размещения. Определены управляющие параметры нечеткого логического контроллера. Пред-
лагаемый гибридный алгоритм реализован в виде прикладной программы. Были проведены серии
вычислительных экспериментов для определения эффективности разработанного алгоритма и
выбора оптимальных значений управляющих параметров. -
АЛГОРИТМ РЕКОНСТРУКЦИИ МАТРИЦЫ СМЕЖНОСТИ ПРИЧИННЫХ ГРАФОВЫХ МОДЕЛЕЙ В ОТСУТСТВИИ НАБЛЮДАЕМЫХ ПЕРЕМЕННЫХ
А. Н. Целых, В.С. Васильев , Л. А. Целых2021-11-14Аннотация ▼Рассматривается проблема моделирования сложных систем при отсутствии на-
блюдаемых переменных. Для решения этой проблемы предлагается использовать причин-
ные графовые модели. Класс причинных моделей, который мы здесь рассматриваем, опре-
деляется как нестохастические причинные модели с ненаблюдаемыми переменными. Эти
модели представляются в виде направленного графа, создаваемого на основе человеческих
ментальных репрезентациях. При этом на дугах причинность выражена в виде некоторых
меток, которые имеют знак, определяющий направление изменений состояния системы.
Рассматриваемые причинные модели включают неоднородные, сложные и качественныетипы переменных, иллюстрирующие нечисловую природу узлов и связей, а, следовательно,
отсутствие и невозможность получения временных рядов данных. В условиях отсутствия
наблюдаемых переменных и невозможности проведения экспериментов, проблема рекон-
струкции матрицы смежности графовой причинной модели становится гораздо более
сложной. Требуется получить модель с определенным спектральным разложением, которое
реализует основную функцию моделируемой системы. На основе этой концепции предлагает-
ся новый метод реконструкции матрицы смежности, реализованный на соответствующей
матрице причинного распространения или передаточной матрице. Идея состоит в том,
чтобы использовать комбинаторную оптимизацию на основе спектральной теории графов
для генерации данных из качественной нестохастической причинной модели и реконструиро-
вать матрицу смежности, используя эти данные. В этом случае собственные векторы
идентифицируются как ключевые цели процесса реконструкции матрицы, что постулирует
фундаментальный подход, основанный на спектральных свойствах графа. Результаты вы-
числительных экспериментов решения задачи реконструкции матрицы смежности для при-
чинных графовых моделей в отсутствии наблюдаемых переменных с использованием разра-
ботанного алгоритма показали, что алгоритм эффективно реконструирует матрицы в за-
данных параметрах с допустимыми показателями схожести. Доказана сходимость при-
ближения к решению алгоритма реконструкции матриц не медленнее, чем со скоростью
геометрической прогрессии. С технической точки зрения, преимуществом алгоритма явля-
ется реализация инструмента автоматической настройки параметра регуляризации, при-
годного для пользователей без предварительных математических знаний. -
АЛГОРИТМ ЭФФЕКТИВНЫХ УПРАВЛЕНИЙ В НЕСТОХАСТИЧЕСКИХ ПРИЧИННЫХ МОДЕЛЯХ В ОТСУТСТВИИ НАБЛЮДАЕМЫХ ПЕРЕМЕННЫХ ДЛЯ СИСТЕМ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
А. Н. Целых , В. С. Васильев , Л.А. Целых2021-11-14Аннотация ▼Рассматривается проблема репликации процесса принятия человеком управленческих
решений в условиях неопределенности и неполноты исходных данных. Лицо, принимающее
решение, опирается на свою систему взглядов, в которую входит общее видение системы,
относительно которой принимается решение. Система представлена в виде причинной
модели, созданной на основе ментальных представлений человека. Эти модели представ-
ляют собой направленные графы, на дугах которых причинность выражена в виде меток,
которые имеют знак, определяющий направление изменений состояния системы. Вершины
этого направленного графа представляют собой концепты высокого уровня абстракции.
Такой граф моелирует функционирование реальной системы. Таким образом, мы исследуем
проблему предсказания и управления действиями человека на основе нестохастических
причинных моделей в отсутствие наблюдаемых переменных для использования в системах
поддержки принятия решений и экспертных системах. Принятие решений рассматрива-
ется с точки зрения выбора объектов приложения управленческих воздействий – факторов
модели. В настоящем исследовании мы показываем, что применение предложенного алго-
ритма может облегчить принятие решений относительно выбора управляющих воздейст-
вий, которые поддерживают достижение тактических и стратегических целей лица, при-
нимающего решения. Следует отметить, что алгоритм реализует автоматизированный
подбор параметра регуляризации, что делает доступным разработку и применение предложенного алгоритма для пользователей, не имеющих достаточной математической под-
готовки. Сходимость последовательности множителя Лагранжа алгоритма эффектив-
ных управлений доказана. Доказана теорема о резонансе в нестохастической причинной
модели, представленной направленным графом, который определяется областью допус-
тимых значений коэффициента демпфирования в модели управления. Ожидается, что
внедрение этого инструмента в системы поддержки принятия решений повысит надеж-
ность решений, принимаемых в отношении работы системы в целом. Выбор управляющих
воздействий с использованием предложенного алгоритма имеет высокую эффективность
и производительность. Таким образом, результаты, представленные в исследовании, мо-
гут быть полезны для разработки приложений в интеллектуальных системах -
СТАБИЛИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ КВАДРОКОПТЕРА ВДОЛЬ ЗАДАННОЙ ТРАЕКТОРИИ С ПОМОЩЬЮ СУБОПТИМАЛЬНОГО ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ С H2/H -КРИТЕРИЕМ
И. С. Тренёв2022-04-21Аннотация ▼Целью данной работы является построение субоптимального регулятора с -
критерием, стабилизирующего отклонение динамической системы от заданной программной
траектории. Предполагается, что на один вход системы будет подаваться импульсное возму-
щение, а на второй – -возмущение. Рассматриваемая -норма равняется максимально-
му значению -нормы выхода по всем -возмущениям и векторам импульсного возмущения,
для которых сумма квадратичной формы вектора импульсного возмущения с заданной весовой
матрицей и квадрата -нормы второго возмущения не превосходит единицу. В работе реали-
зуется процесс вычисления -нормы в терминах линейных матричных неравенств для
динамической системы. Важную роль в процессе сочетания -нормы и -нормы в -
норме выполняет весовая матрица, входящая в определение данной нормы. Стоит отметить,
что в отличии от -нормы, -норма достигается в смысле наихудшего - и импульсного возмущений, при которых достигается максимальное значение -нормы выхода. Необходи-
мо получить и линеаризовать математическую модель квадрокоптера, построить программ-
ную траекторию движения и стабилизировать отклонения с помощью субоптимального зако-
на управления с -критерием при наличии шумов в системе. В качестве инструмента
поиска субоптимального управления используется аппарат линейных матричных неравенств.
Объектом исследования в данной работе является квадрокоптер, который представляет со-
бой беспилотный летательный аппарат, имеющий четыре двигателя с воздушными винтами
(пропеллерами), создающими тягу. Оси винтов и углы лопастей зафиксированы и регулируются
лишь скорости вращения, что существенно упрощает конструкцию. C помощью уравнения
Ньютона-Эйлера, получена нелинейная математическая модель квадрокоптера, а также про-
изведена линеаризация данной модели в окрестности заданной программной траектории.
В среде MATLAB производится численное моделирование и построение траекторий движения
квадрокоптера, с помощью прикладного пакета для оптимизации YALMIP, Sedumi toolbox, про-
изводится решение линейных матричных неравенств. В среде Simulink, производится построе-
ние блока управления, стабилизирующего движение квадрокоптера вдоль заданной траектории
при наличии - и импульсного возмущений в системе. Производится демонстрация процесса
виртуальной визуализации полета. -
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ВЕКТОРНОГО АНАЛИЗА ЭМГ ПРЕДПЛЕЧЬЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ
Н.А. Будко, М. Ю. Медведев , А.Ю. Будко2021-07-18Аннотация ▼Рассматриваются проблемы увеличения глубины и повышения долговременной ус-
тойчивости каналов связи в интерфейсах человек-машина, построенных на основе данных
об электрической активности мышц предплечья. Возможным вариантом решения являет-
ся применение метода анализа сигналов электромиограмм (ЭМГ), совмещающий векторное
и командное управление. В виду возможности случайного смещения положения электродов
в процессе эксплуатации, построена математическая модель для векторного анализа ЭМГ
в сферических координатах, инвариантная к пространственному расположению электро-
дов на предплечье. Командное управление осуществляется на основе распознавания жес-
тов посредством предварительно обученной искусственной нейронной сети (ИНС). Век-
торное управление заключается в решении задачи калибровки каналов датчиков ЭМГ по
пространственному расположению электродов и расчета результирующего вектора мышечных усилий, используемого в качестве дополнительного информационного канала для
задания направления движения рабочей точки объекта управления. Предложенный метод
апробирован на реально регистрируемых сигналах ЭМГ. Исследовано влияние длительно-
сти обрабатываемых фрагментов сигнала на процесс извлечения информации о враща-
тельном движении кисти. Поскольку изменение положения электродов между сеансами
эксплуатации различно, представлен алгоритм переназначения и калибровки усиления ка-
налов ЭМГ, позволяющий в дальнейшем использовать единожды обученную ИНС для рас-
познавания и классификации жестов. Практическое применение результатов работы воз-
можно при разработке алгоритмов калибровки, распознавания жестов и управления тех-
ническими объектами на основе электромиографических интерфейсов человек-машина. -
ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ПОДЗАРЯДКИ ГРУППЫ БЛА
В. А. Костюков, М. Ю. Медведев , В.Х. Пшихопов, Е. Ю. Косенко2021-04-04Аннотация ▼В настоящее время началось активное использование групп роботов для решения
целого ряда задач гражданского и военного назначений. В этой связи возникают пробл е-
мы, связанные с групповым управлением, организацией надежных каналов связи и обесп е-
чением эффективного функционирования группы при ограниченных энергетических р е-
сурсах. При решении задачи об оптимизации энергопотребления возникает проблема
повышения эффективности взаимодействия элементов группы со стационарными стан-
циями подзарядки. Эта проблема может быть решена только при рассмотрении объ е-
диненной системы, в которую входят роботы и станции подзарядки. Централизованное
управление такой системой оправдано в случае небольшого числа ее элементов. Однако с
ростом числа элементов группы повышается сложность управления, поэтому более
приоритетным решением становится сочетание централизованного и децентрализо-
ванного методов управления. В комплекс проблем децентрализованного управления такой
группой входит задача организации оптимального взаимодействия её элементов с целью
достижения цели своего функционирования. При организации энергетического обмена
между роботами и станциями подзарядки решение этой задачи играет ключевую рол ь в
оптимизации энергопотребления. В данной статье работе разрабатывается концепция
взаимодействия подвижных и стационарных объектов, подразумевающая возможность
выбора каждым агентом взаимодействия соответствующего компаньона. Такой выбор
производится с учетом текущего состояния системы и оценки истории результатов
взаимодействия. Разработанная концепция детализируется для системы, включающей
БЛА и станции их подзарядки. Предлагается алгоритм децентрализованного выбора пар
взаимодействующих элементов «БЛА– станция подзарядки» на основе двух показателей
– энергетической эффективности процесса заряда, и времени, затрачиваемго БЛА на
достижение целевой точки. Оба показателя учитываются при выборе весовых коэффи-
циентов, назначаемых каждой станции подзарядки в качестве степеней её эффективно-
сти. Также данные показатели входят в оптимизируемый критерий качества. Разраб о-
тана процедура оптимизации, результатом которой является номер станции подзаря д-
ки, наиболее подходящей данному мобильному объекту для взаимодействи я. -
СПЕЦИАЛЬНОЕ МОДЕЛЬНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОАКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОВЫМ ПОВЕДЕНИЕМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
О. В. Кофнов , С.А. Потрясаев , Б.В. Соколов , П. М. Трефилов2021-04-04Аннотация ▼Рассматривается проактивное управление групповым поведением робототехнических
средств на основе поведенческих моделей, где интеллект формируется как результат пове-
дения множества физических сущностей. Исследуемый комплекс представляет собой мно-
жество распределенных агентов, функционирующих в реальном масштабе времени в среде с
возмущающими воздействиями. Для рассматриваемого сетевого объекта используется мо-
дель взаимодействия Дж. Бойда, описывающая цикл работы системы управления этого объ-
екта. Исходными данными для решения поставленной задачи управления являются горизонт
планирования, сценарий действия группы, множество агентов с сопоставленным им набором
элементарных действий, множество предметно ориентированных ограничений на использо-
вание сценария и показатель качества решения задачи управления. Требуется осуществить
распределение агентов в пространстве и во времени на множестве действий сценария с уче-
том всех возможных ограничений. Разработанная технология позволяет опережать воз-
можные сценарии реализации возмущающих воздействий. Используется методология ком-
плексного предсказательного моделирования процессов проактивного управления и координа-
ции поведения самоорганизующейся группы роботов, где в качестве базовых моделей исполь-
зуются новые логико-динамические модели. Одним из основных достоинств разработанных
комбинированных моделей, методов, алгоритмов и программ является обеспечение на кон-
цептуальном, модельно-алгоритмическом, информационном и программном уровнях детали-
зации корректного согласования аналитико-имитационных моделей управления структурной
динамикой сложных динамических объектов с их логико-алгебраическими и логико-
лингвистическими аналогами (моделями), построенными на основе интеллектуальных ин-
формационных технологий. Также разработан специализированный язык описания и исследо-
вания как задач моделирования, планирования, проактивного мониторинга и управления ука-
занными объектами, так и задач диалогового взаимодействия, планирования вычислений,
обработки данных и знаний. Основное отличие и достоинство предложенного подхода со-
стоит в том, что задачи моделирования, планирования и управления конфигурацией и рекон-
фигурацией робототехнических средств решаются не изолировано, а интегрировано в рам-
ках общей проблемы проактивного управления структурной динамикой. -
ОПЕРАТИВНО-ТАКТИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ НАЗЕМНЫХ РТК ВН СРЕДСТВАМ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ПОРАЖЕНИЯ (ПОДАВЛЕНИЯ) ПРОТИВНИКА
А. И. Наговицин, Б.Б. Молоткова2021-04-04Аннотация ▼Проведен анализ уязвимых систем и элементов типового робототехнического ком-
плекса. Сделан вывод о том, что наибольшую опасность представляют уязвимости каналов
управления РТК ВН от средств радиоэлектронного подавления. Приведены классификация
основных угроз для каналов управления РТК, а также результаты анализа возможных эф-
фектов от воздействия описанных выше угроз на каждый из каналов. Проведена оценка эф-
фективности канала радиоуправления при использовании станций активных маскирующих
помех (САП), а также оценка эффективности функционирования канала передачи данных
при применении САП. На основе оценки эффективности канала радиоуправления и канала
передачи данных при применении противником станций активных маскирующих помех оп-
ределена возможная зона эффективного управления, представляющая собой окружность
различного радиуса с центром в точке расположения ПУ. С учетом общих технических тре-
бований к видам вооружения и военной техники сформулированы основные оперативно-
тактические требования к системе противодействия РТК ВН в части радиоэлектронной
защиты такие как электромагнитная совместимость (ЭМС), помехозащищенность и поме-
хоустойчивость, радиотехническая маскировка радиоэлектронных средств (РЭС), защищенность РЭС от радиоэлектронного противодействия противника, защищенность РЭС от
электромагнитных и ионизирующих излучений ядерного взрыва, снижение эффективности
радиоэлектронной разведки противника, защищенность компьютерных средств ППДУ и
образцов НРТС ВН от деструктивных информационных воздействий и другие. Определены
требования к РЭС ППДУ и образцов НРТК ВН по ограничению плотности потока мощности
электромагнитного поля, создаваемого излучением гетеродина приемопередающего устрой-
ства в целях исключения распознавания аппаратурой непосредственной разведки (обнаруже-
ния) средств РЭП и СНО противника. В заключении сформулирован вывод о том, что пред-
ложенный перечень оперативно-тактических требований к системе противодействия РТК
ВН средствам радиоэлектронного поражения (подавления) противника и рекомендации по
ограничению плотности потока мощности электромагнитного поля, создаваемого излуче-
ниями радиопередающих устройств систем управления НРТК ВН должны в полной мере
учитываться при разработке и создании систем управления наземных робототехнических
комплексов военного назначения. Кроме того, при разработке робототехнических комплек-
сов военного назначения необходимо учитывать все возрастающие возможности перспек-
тивных средств радиоэлектронного поражения (подавления) противника. -
РАЗРАБОТКА МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ГРУППЫ АНПА В НЕИЗВЕСТНОЙ СРЕДЕ С ПРЕПЯТСТВИЯМИ
А.М. Маевский , Р. О. Морозов , А. Е. Горелый , В. А. Рыжов2021-04-04Аннотация ▼Рассматривается проблема организации группового движения морских робототех-
нических комплексов (МРТК), в частности автономных необитаемых подводных аппара-
тов (АНПА), в априори неизвестной среде с препятствиями. Выполнен краткий анализ
существующих проектов по тематике группового управления МРТК, и алгоритмов плани-
рования движения. Наличие многочисленных исследований по данному направлению под-
тверждает актуальность обозначенной проблемы. Приведена формальная постановка
задачи движения четырех роботов строем. Предлагаемый в работе метод планированиядвижения группы основан на комбинированном подходе, который организует многоуровне-
вое решение к организации перемещения МРТК. На верхнем уровне разработана система
глобального планирования и отработки миссии на основе метода случайных деревьев ко-
торая обеспечивает общее перемещение группы на основе априорной информации о со-
стоянии среды. Система планирования нижнего уровня корректирует глобальную траек-
торию, позволяя объектам на локальном уровне осуществлять передвижение и взаимодей-
ствие агентов в группе, в том числе обеспечивает их безаварийное перемещение в про-
странстве и выход из областей локальных минимумов. В работе приводится подробное
аналитическое описание разработанного алгоритма и блок-схема его функционирования.
Проведено численное моделирование движения группы из 4 АНПА в недетерминированной
среде с неподвижными препятствиями. Моделирование проводилось с учетом препятст-
вий различной формы и сложности. Результаты математического моделирования проде-
монстрировали решение задачи выхода группы АНПА из области локального минимума.
Приведены натурные испытания на примере группы из трёх безэкипажных катеров, в ре-
зультате которых группа подвижных объектов сформировала строй и осуществила пере-
мещение заданным строем в целевые позиции и вернулась в конечную зону. Кроме того,
разработанный в рамках данной статьи модуль локального планирования был интегриро-
ван в программное обеспечение системы планирования подводного глайдера «Тень». В конце
рассматриваются полученные результаты работы предложенного метода и его дальней-
шее развитие, в частности его применение в трехмерной постановке задачи. -
ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ ТРАНСПОРТНЫМИ ПОТОКАМИ НА ОСНОВЕ СТАНДАРТА МЭК 61499
Д. М. Елькин , В. В. Вяткин2021-01-19Аннотация ▼Количество транспортных средств на дорогах общего пользования постоянно увеличива-
ется, а развитие дорожной инфраструктуры происходит низкими темпами, а не качественное
управление транспортом влечет за собой повышение стоимости перевозок, увеличение аварий-
ности, уровня шума, а также загрязнение окружающей среды. Вследствие этого, возникает
необходимость применения передовых алгоритмов и подходов к управлению транспортом,
чтобы максимально использовать существующую дорожную сеть и увеличить пропускную
способность дорог. В ходе последних исследований выявлено, что на участках дорожной сети с
высокой интенсивностью и изменчивостью трафика, наиболее эффективны адаптивные под-
ходы к управлению дорожным движением. Суть применяемых на сегодняшний день подходов к
адаптивному управлению заключается в том что,они основаны на анализе транспортной за-
груженности и изменяют фазы работы светофора в зависимости от полученных данных в
режиме реального времени.. Адаптивное управление транспортными потоками показывает
намного более лучшие результаты по сравнению с жестким управлением, существенно умень-
шает транспортные задержки, время в пути и выбросы вредных веществ в атмосферу, по-
этому современные исследователи разрабатывают новые и усовершенствуют существующие
подходы и алгоритмы адаптивного управления транспортом. Например, активно развиваются
подходы к управлению трафиком, основанные на концепции IoT и использовании облачных вы-
числений. Так же разрабатываются концепции применения агентного подхода к адаптивному
управлению. В работе предлагается способ управления транспортными потоками и автома-
тизации дорожной инфраструктуры с использованием агентного подхода. Предлагаемый под-
ход включает распределенное управление различными элементами дорожной сети и их прямую
взаимосвязь друг с другом. Для реализации этой концепции был использован открытый стан-
дарт распределенных систем управления и автоматизации МЭК 61499, а для проверки воз-
можности реализации использованы несколько моделей транспортных пересечений, одно из
которых создано на основе реальных данных и SUMO - пакет микроскопического и непрерывно-
го моделирования дорожного движения. -
ПРОБЛЕМА ВЫБОРА ДЕМПИНГ-ФАКТОРА В МОДЕЛИ ЭФФЕКТИВНЫХ УПРАВЛЕНИЙ ДЛЯ НАПРАВЛЕННЫХ ВЗВЕШЕННЫХ ЗНАКОВЫХ ГРАФОВ
А.Н. Целых, В. С. Васильев, Л. А. Целых2020-07-20Аннотация ▼Рассматривается проблема выбора демпинг-фактора в модели эффективных управ-
лений на основе максимизации передачи влияний для нечетких когнитивных моделей, пред-
ставленных направленными взвешенными знаковыми графами. Для передачи влияния ис-
пользуется модель управления, реализующая развитие системы. Алгоритм эффективных
управлений основан на решении оптимизационной задачи отыскания вектора внешних воз-
действий, максимизирующего накопленный рост приращений показателей вершин. Опти-
мальным управляющим воздействием признаётся управление, доставляющее максимум
отношению квадрата нормы вектора отклика системы к квадрату нормы вектора управ-
ления. Демпинг-фактор такой модели управляет сравнительным масштабом прямого и
косвенного влияния всех внутрифакторных связей системы в целом. Целью исследования
является определение таких областей допустимых значений для получаемых решений, при
которых (i) соблюдается условие непротиворечивости результата; (ii) изменение рангов
вершин носит медленный характер. Под непротиворечивостью результата мы понимаем
удовлетворение правилами работы системы в целом. Эти правила могут выражаться в
наложении ограничений на статус вершин, на знак воздействий и откликов. В работе ус-
танавливается значение демпинг-фактора, называемое резонансным, при котором проис-
ходит резонансный всплеск значения целевой функции задачи максимизации влияния, когдасонаправленность между резонансным откликом и вызывающим его воздействием отсут-
ствует. Выбор демпинг-фактора влияет на значение целевой функции задачи максимиза-
ции влияния и на вектор эффективного управления, на котором это решение достигается.
Значение резонансного демпинг-фактора можно интерпретировать как предел возможной
управляемости системы, т.е. предел потенциальной возможности воздействия на систе-
му без причинения ей вреда. Оценка предложенного решения производится по степени ус-
тойчивости ранга узлов модели в зависимости от влияния изменений демпинг-фактора,
алгоритмизации определения области его допустимых значений и форме проявления резо-
нанса в границах значений демпинг-фактора. -
АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ ФРЕЙМВОРК ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МОДУЛЬНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ С ИЕРАРХИЧЕСКОЙ АРХИТЕКТУРОЙ
В. П. Андреев, В. Л. Ким, С. Р. Эприков2020-07-10Аннотация ▼В настоящей работе рассматриваются основные проблемы, связанные с необходи-мостью интеграции разнородных робототехнических компонентов в единую систему при одновременном росте сложности навигационных алгоритмов мобильных роботов. Цель данной работы – представить иерархическую модульную архитектуру для реконфигури-руемых мобильных роботов в качестве решения поставленных проблем. В этой архитек-туре мобильный робот рассматривается как комбинация модулей, которые в свою очередь состоят из более простых блоков – субмодулей. Каждый субмодуль включает в себя маломощный микроконтроллер и отвечает только за базовые функции. Набор субмодулей обра-зует модуль – транспортную платформу, ногу робота, манипулятор и т.д. Кроме того, одной из основных задач проекта является предоставление фреймворка, основанного на этой архитектуре, для быстрого прототипирования роботов из унифицированных модулей. В статье описываются изготовленные прототипы модулей, кратко рассматривается протокол межмодульного взаимодействия субмодулей, объединённых CAN-шиной. Пред-ставлены результаты экспериментов по тестированию протокола и приводится их анализ. Показана работоспособность предложенного решения, ограничения и краткий план дальнейших действий по реализации проекта.
-
АЛГОРИТМ ВЫБОРА МЕТОДА ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫМ ДВОЙНИКОМ ПРЕДПРИЯТИЯ
С.Н. Масаев2021-08-11Аннотация ▼Возрастает объем обрабатываемой информации при анализе и управлении деятельно-
стью предприятия как системы. Объем обрабатываемой информации напрямую зависит от
размерности этой системы. В работе деятельность предприятия формализуется как цифро-
вой двойник предприятия. Цифровой двойник предприятия анализируется как динамическая
система. Выполнена идентификация предприятия как динамическая система. Цифровой двой-
ник предприятия формализован как балансовая модель В. Леонтьева. Создан алгоритм опти-
мального управления цифровым двойником предприятия. В качестве параметров оптимального
управления рассмотрены функции: траектория системы, время выполнение алгоритма и пока-
затель состояния системы. В алгоритме для управления предприятием использованы методы:
таксономия Блума, компетенции выпускников по специальностям СФУ и Национальные квали-
фикационные рамки РФ. Идентификация процессов предприятия выполнена способом, на ко-
торый получен патент. Алгоритм выполнен в авторском комплексе программ для анализа сис-
темы размерностью 1,2 млн. значений. Исследование показало существенные изменения значе-
ний функций оптимального управления, характеризующих состояния динамического объекта в
зависимости от выбранных методик. Расчеты показали, как влияет выбор методики управле-
ния на оптимальность решений. Отображено состояние предприятия через компетенции пер-
сонала: психомоторные, когнитивные и аффективные. Установлено, что при низких когнитив-
ных и аффективных способностях персонала начинает преобладать психомоторная деятель-
ность, мало приводящая к результату. С ростом когнитивных способностей персонала психо-
моторная деятельность становится более адекватной на внутренние задачи и влияние пара-
метров внешней среды. Через интегральный показатель выполнена оценка внедрения методик в
управление предприятием. Выполнена оценка оптимальности решения управления цифровым
двойником предприятия как динамической системой. -
АНАЛИЗ ТРАДИЦИОННЫХ И НЕЙРОСЕТЕВЫХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ В РОБОТОТЕХНИКЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ГИБРИДНЫХ ПОДХОДОВ
А. И. Татауров , В.Е. Вавилов287-2982025-12-30Аннотация ▼Целью настоящего исследования является сравнительный анализ традиционных и нейросетевых методов управления электроприводами в робототехнике, с акцентом на выявление их сильных и слабых сторон, определение областей применения и оценку перспектив развития гибридных подходов. Эффективное управление электроприводами является критически важным для современных робототехнических систем, которые должны демонстрировать высокую производительность, надежность и универсальность в различных областях применения. В частности, актуальными задачами являются обеспечение высокоточного отслеживания траектории, энергоэффективного управления, робастного управления в условиях неопределенностей и возмущений, управление с учетом ограничений, а также синхронизированное и координированное управление несколькими электроприводами. В связи с этим, вопросы оптимизации управления электроприводами, обеспечивающих точность движения, энергоэффективность и адаптацию к изменяющимся условиям, приобретают первостепенное значение. Для достижения этой цели были поставлены следующие взаимосвязанные задачи: систематизация, анализ особенностей и применения традиционных методов управления электроприводами, таких как PID-регуляторы, фильтры Калмана, управление скользящим режимом, модельное прогнозирующее управление; рассмотрение основных подходов к управлению электроприводами на основе нейронных сетей, включая сети прямого распространения, рекуррентные нейронные сети, радиально-базисные функции, нейро-нечеткие системы и обучение с подкреплением; анализ рассмотренных методов с целью выявления их преимуществ и ограничений с точки зрения таких ключевых параметров, как точность отслеживания траектории, робастность к возмущениям и неопределенностям, адаптивность к изменяющимся условиям эксплуатации и вычислительная сложность реализации; исследование и анализ перспектив использования гибридных методов управления электроприводами, сочетающих в себе надежность и качество управления в линейных и структурированных средах традиционных методов и гибкость и адаптируемость методов на основе нейронных сетей в сложных и динамичных робототехнических системах. Краткие выводы исследования указывают на то, что традиционные методы управления электроприводами, такие как PID-регуляторы и управление скользящим режимом, остаются эффективными и предпочтительными в линейных и хорошо определенных системах, характеризующихся простотой и надежностью. В то же время, нейросетевые подходы демонстрируют существенные преимущества при управлении сложными нелинейными системами, а также в условиях неопределенности, требующих адаптации к изменяющимся условиям. Особое внимание уделяется гибридным методам управления, сочетающим сильные стороны традиционных и нейросетевых подходов, которые рассматриваются как наиболее перспективное и многообещающее направление развития, позволяющее создавать интеллектуальные и робастные системы управления электроприводами, способные эффективно функционировать в сложных и динамичных средах.
-
НЕЙРОСЕТЕВАЯ АППРОКСИМАЦИЯ МОДЕЛЬНО-ПРОГНОЗИРУЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
Б.А. Комаров , С. В. Леонов , Т.Е. Мамонова276-2872025-12-30Аннотация ▼Актуальность. При решении задач стабилизации динамических объектов достаточно широко применяется классическое модельно-прогнозирующее управление. Оно обеспечивает высокое качество управления за счёт решения задачи оптимизации на каждом шаге, однако обладает значительными вычислительными затратами, что ограничивает его применение в системах реального времени с высокими требованиями к частоте обновления. Поэтому вопрос исследования применимости нейросетевого регулятора, обученного на модельно-прогнозирующем регуляторе (MPC) при решении задачи стабилизации положения динамического объекта при ограниченном вычислительном и временном ресурсе является актуальной. Цель. Целью представленной работы было разработать и исследовать нейросетевой регулятор, обученный на основе MPC-регулятора, для стабилизации положения динамического объекта на подвижной платформе. Методы. При выполнении работы использовались методы системного анализа, имитационного моделирования, а также экспериментальные испытания на стенде. Результаты и выводы. В рамках исследования разработан и обучен нейросетевой регулятор, аппроксимирующий поведение MPC на основе данных, полученных при управлении реальной балансировочной платформой. Обучение проводилось по входным и выходным данным MPC без использования внутренней модели системы, что позволило воспроизвести динамику регулятора при существенно меньших вычислительных затратах. Экспериментальные результаты показали, что нейросетевая модель обеспечивает качество стабилизации, сопоставимое с оригинальным MPC, при этом время вычислений сократилось с 47 мс до 1.6 мс, что составило значение ускорения в 29 раз. Предложенный подход демонстрирует потенциал нейросетевых методов управления в задачах замещения сложных оптимизационных регуляторов для систем с ограниченными вычислительными ресурсами.
