Рассматривается один из вариантов синтеза самоорганизующейся следящей системы для одного класса нелинейных динамических объектов, работающих при действии постоянных внешних возмущений. Объект управления состоит из нескольких коммутируемых подсистем, которые в общем случае являются неустойчивыми и имеют различные относительные степени. Переключения (коммутация) между подсистемами происходят в соответствии с определенным сигналом в произвольные моменты времени, изменяя при этом как параметры объекта (параметрическая неопределенность), так и его структуру (структурная неопределенность). Кроме этого, в математическую модель объекта входит неизвестная нелинейная зависимость от фазовых координат. Эта особенность характерна, например, для систем с немоделируемой динамикой.

В качестве методов решения в работе используются: кибернетический подход к разработке самоорганизующихся систем, связанный с формированием строго минимально фазовой системы с использованием быстродействующих фильтр-корректоров; критерий гиперустойчивости, позволяющий осуществить синтез нелинейного комбинированного (адаптивно-робастного) закона управления; подход к построению L-диссипативных динамических систем в условиях действия структурных возмущений.

В заключительной части статьи в качестве примера рассматривается задача комбинированного управления объектом с переключениями, состоящим из двух коммутируемых подсистем третьего порядка, и с помощью имитационного моделирования демонстрируется и анализируется качество работы синтезированной системы. Отмечается, что за счет применения специальным образом сформированных быстродействующих фильтр-корректоров и благодаря автоматической структурной самоорганизации регулятора можно добиться целенаправленного улучшения динамических характеристик системы управления.

Полученные результаты могут использоваться при разработке высокоэффективных самоорганизующихся коммутируемых систем управления сложными динамическими объектами в условиях структурно-параметрических изменений, возмущений и переключений. Также результаты могут быть использованы при решении задач синтеза систем управления для других классов динамических объектов с переключениями, в частности для объектов с различными типами запаздывающих аргументов.

Обсуждаются существующие недостатки типовых систем управления литейными агрегатами для производства алюминиевых слитков. Представлены локальные алгоритмы управления для отдельных узлов литейного агрегата (миксер, металлотракт, литейная машина) на основании ранее разработанных собственных математических моделей. На основе отдельных моделей разработан комплексный алгоритм управления, позволяющий реализовать скоординированное функционирование всех компонентов агрегата. Особое внимание уделено контролю толщины корковой зоны слитка, что позволяет своевременно реагировать на критическое снижение толщины и проводить автоматическую корректировку управляющих воздействий для исключения прорывов стенки слитка и последующих взрывов металла. Также на основании полученного математической моделью теплораспределения в реальном времени контролируется критерий Ниямы, который позволяет оценить качество микроструктуры слитка и скорость литья для обеспечения отсутствия холодных и горячих трещин слитков. Это дает возможность перейти от реактивного стабилизирующего управления к проактивному прогностическому, что обеспечивает повышение выхода годной продукции, стабильность процесса и промышленную безопасность. Разработанный комплекс моделей и алгоритмов является основой для создания цифрового двойника агрегата и систем предиктивного управления.

Рассматривается задача управления движением многоагентной робототехнической формации, функционирующей в динамической среде со статическими и динамическими препятствиями. Предложена структура иерархической системы распределенного управления, обеспечивающей координацию движения нескольких агентов при сохранении заданной геометрической конфигурации формации в процессе сближения с целевой точкой. Разработанная архитектура включает четыре взаимосвязанных уровня: уровень координации агентов, уровень планирования маршрута, уровень согласованного следования по маршруту и уровень управления движением отдельного агента. Такое разделение функций позволяет эффективно организовать взаимодействие между агентами и обеспечить согласованность их коллективного поведения. На уровне координации движения используется распределенный механизм на основе протокола среднего консенсуса, позволяющий формировать согласованную оценку текущего положения центра формации на основе локального обмена информацией между соседними агентами. Полученная оценка используется на уровне планирования для формирования последовательности путевых точек для центра формации. Задача планирования маршрута формулируется как невыпуклая задача оптимального управления с прогнозирующей моделью (Model Predictive Control, MPC), учитывающая динамические ограничения системы и требования обхода препятствий. Для эффективной численной реализации невыпуклая задача решается методом последовательного выпуклого программирования (Sequential Convex Programming, SCP), основанным на аппроксимации исходной задачи последовательностью выпуклых подзадач оптимизации. Для реализации движения разработаны распределенные алгоритмы согласованного следования по прямолинейным и круговым участкам планируемого маршрута. Эти алгоритмы используют только локальное межагентное взаимодействие и обеспечивают сохранение требуемой геометрической конфигурации формации в процессе движения. Модель движения агентов основана на неголономной динамике и может применяться для широкого класса мобильных робототехнических платформ, включая наземные, воздушные и морские аппараты. Эффективность предложенных алгоритмов подтверждена результатами численного моделирования в среде MATLAB, демонстрирующими устойчивое движение формации и успешный обход препятствий в динамической среде.

Представлен расширенный сравнительный анализ четырех современных методов нелинейного робастного управления системой с магнитной левитацией: адаптивного бэкстеппинга, метода интегральной адаптации синергетической теории управления, синтеза скользящего управления на основе последовательной совокупности инвариантных многообразий в рамках синергетической теории управления и классического скользящего управления. Для каждого из представленных методов подробно описана процедура синтез закона управления с учетом параметрического возмущения, вызванного изменением активного сопротивления электромагнита, что является типичной проблемой в реальных системах. Выполнен подробный анализ устойчивости замкнутой системы и представлено моделирование ее динамики при наличии параметрического возмущения. Результаты моделирования и сравнения показывают, что методы, основанные на синергетической теории управления, обеспечивают более простой и прозрачный анализ устойчивости, а также повышенную робастность по отношению к изменениям параметра системы. В частности, данные методы позволяют избежать эффекта высокочастотных переключений в управляющих сигналах (chattering), характерного для классического скользящего управления, что является важным преимуществом для практической реализации в промышленных и научных приложениях. Метод адаптивного бэкстеппинга с динамической оценкой параметров возмущений продемонстрировал некоторую чувствительность к параметрическим изменениям, требуя дополнительной настройки для оптимального функционирования. Полученные результаты подчеркивают практическую применимость и эффективность методов синергетической теории управления перед классическими подходами, открывая новые перспективы для создания надежных, устойчивых и точных систем управления в высокотехнологичных областях, включая транспортные магнитно-левитационные технологии, системы нанопозиционирования и виброизоляции. Данная работа способствует расширению методологического инструментария в области адаптивного и робастного управления нелинейными электромеханическими системами, с акцентом на повышение точности позиционирования при сохранении качества управления и устойчивости системы в условиях внутренних возмущений.

Исследуется проблема отбора признаков при построении классификационных моделей для диагностики электромеханических приводов (ЭМП) летательных аппаратов (ЛА). Широкое распространение ЭМП в ЛА с высокой степенью электрификации (электрический самолет, беспилотные ЛА) и необходимость обеспечения безопасности полетов определяет актуальность проведенных исследований. Решение проблемы отбора признаков требуется для снижения размерности анализируемых данных и повышения эффективности алгоритмов оценки технического состояния ЭМП ЛА. В качестве объекта исследования в работе рассматривается сервопривод беспилотного ЛА самолетного типа, который предназначен для отклонения рулевых поверхностей. При этом внимание уделяется наиболее известным встроенным методам и методам фильтрации, которые основаны на упрощенных моделях, позволяющих оценить важность признаков и не требующих значительных вычислительных затрат. Для обеспечения репрезентативности результатов расчетных исследований предварительная обработка анализируемых данных выполняется разнообразными методами извлечения признаков: общего назначения (метод главных компонент, метод ядерных компонент, нейронная сеть "автокодировщик" и т. д.) и спектрального и статистического анализа, учитывающими особенности функционирования электромеханических систем. В качестве методов фильтрации исследуются хи-квадрат-тест, t-test, дисперсионный анализ, алгоритмы поиска корреляционных зависимостей, энтропии информации (information gain), абсолютное отклонение. В качестве встроенных методов, включенных в методы машинного обучения, исследуются решающее дерево, случайный лес, ридж-регрессия, расширенный метод решающего дерева. Так как выбранные признаки при совместном использовании должны нести максимум информации для решения классификационной задачи, дополнительно используется процедура исключения коррелированных признаков. В работе приводятся результаты сравнения методов отбора признаков на данных, полученных в результате математического моделирования работы сервопривода беспилотного ЛА в различных технических состояниях. Выделены методы, показавшие наибольшую точность по F1-мере при формировании оценки технического состояния контролируемого объекта на основе анализа значений измеряемых сигналов. 

Рассмотрена актуальная проблема разработки алгоритмов оптимального управления для баллистически связанных групп (БСГ) малых космических аппаратов (КА) в системах широкополосной связи. Актуальность темы обусловлена мировым трендом на развертывание крупных низкоорбитальных группировок, где ключевым становится вопрос долговременного и экономичного поддержания их структуры. Основная сложность заключается в жестких массогабаритных и энергетических ограничениях аппаратов формата CubeSat, которые не позволяют использовать традиционные стратегии с высоким расходом топлива. Целью данного исследования является разработка, сравнительный анализ и численная верификация алгоритмов оптимального управления, обеспечивающих точное маневрирование и поддержание конфигурации БСГ при минимальных эксплуатационных затратах, что напрямую влияет на срок службы группировки. В работе использована стандартная математическая модель, описывающая относительное движение КА в орбитальной плоскости. Для решения задачи оптимального перевода аппарата на заданное расстояние (на примере маневра в 100 км) исследуются и сравниваются три принципиально различных подхода. Первый подход основан на применении принципа максимума Л. С. Понтрягина, где двухточечная краевая задача решается устойчивым методом Ньютона. Второй подход использует алгоритм с прогнозирующей моделью, минимизирующий заданный функционал качества. Третий метод заключается в параметрической оптимизации и последующей коррекции заранее заданной аналитической структуры управляющего воздействия. Проведенное детальное численное моделирование для различных временных интервалов (2 и 5 ч) подтвердило эффективность каждого метода. Результаты показали, что метод Ньютона обеспечивает максимальную точность выполнения маневра к жестко заданному сроку. Алгоритм с прогнозирующей моделью демонстрирует потенциал значительной экономии топлива за счет формирования траекторий с пассивными участками. Метод коррекции структуры управления предлагает гибкий компромиссный вариант. Таким образом, работа вносит существенный вклад в развитие энергоэффективных методов управления перспективными орбитальными группировками, что является критически важным для развития новых систем глобальной спутниковой связи.