<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.26.615-623</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-1882</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>SYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Интервальное оценивание в нелинейных системах с параметрическими неопределенностями</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Interval Estimation in Nonlinear System with Parametric Uncertainties</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Жирабок</surname><given-names>А. Н.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Zhirabok</surname><given-names>A. N.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Д-р техн. наук, проф.</p><p>Владивосток</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Alexey N. Zhirabok, Dr. of Sci., Professor, Far Eastern Federal University,</p><p>Vladivostok, 690922, </p><p>Vladivostok, 690950</p></bio><email xlink:type="simple">zhirabok@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Зуев</surname><given-names>А. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Zuev</surname><given-names>A. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Д-р техн. наук, доц.</p><p>Владивосток</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Vladivostok, 690950,</p><p>Vladivostok, 690014</p></bio><email xlink:type="simple">alvzuev@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Дальневосточный федеральный университет;&#13;
Институт проблем морских технологий ДВО РАН</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Far Eastern Federal University, Vladivostok;&#13;
Institute of Marine Technology Problems FEB RAS</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>Институт проблем морских технологий ДВО РАН;&#13;
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Institute of Marine Technology Problems FEB RAS;&#13;
Institute of Automation and Control Processes FEB RAS</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2025</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>06</day><month>12</month><year>2025</year></pub-date><volume>26</volume><issue>12</issue><fpage>615</fpage><lpage>623</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2025</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/1882">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/1882</self-uri><abstract><p>Рассматривается задача оценивания значений известной линейной функции от компонент вектора состояния заданной нелинейной системы с внешними возмущениями, шумами измерений и параметрическими неопределенностями с помощью интервальных наблюдателей. Решение задачи базируется на редуцированной  (имеющей меньшую размерность) модели исходной системы, оценивающей заданную линейную функцию. Интервальный наблюдатель строится на основе полученной модели, которая ищется в жордановой канонической форме с отрицательными собственными числами, поскольку последняя обладает свойствами, необходимыми для корректной работы интервального наблюдателя, а именно: она устойчива, и ее внедиагональные элементы неотрицательны. Задача решается поэтапно. Вначале из исходной нелинейной системы удаляются нелинейные составляющие, и строится линейная редуцированная модель, оценивающая заданную линейную функцию и нечувствительная к возмущениям. Затем она преобразуется в интервальный наблюдатель, учитывающий параметрические неопределенности в матрице динамики системы, и приводится доказательство корректности работы этого наблюдателя. Полученное решение затем дополняется слагаемыми, учитывающими параметрические неопределенности в приводах, а  далее  корректируется за счет учета внешних возмущений и шумов измерений. Для построения нелинейного интервального наблюдателя ранее удаленные нелинейные составляющие преобразуются, добавляются в построенный линейный наблюдатель, и доказывается корректность работы нелинейного наблюдателя. Полученное интервальное решение можно сравнить с доверительным интервалом в математической статистике.  Теоретические  результаты  иллюстрируются  примером  модели  известной трехтанковой системы, где решается задача интервального оценивания неизмеряемой компоненты вектора состояния системы. Проведенное на основе пакета MATLAB моделирование исходной системы  и  построенного  наблюдателя подтвердило правильность принятых допущений и теоретических построений.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The problems of estimating the known linear function of the nonlinear system state vector under the external disturbances, measurement noise, and parametric uncertainties is studied. А solution is provided by interval observers and based on the reduced order model of the original system estimating the prescribed linear function. The interval observer is constructed based on the Jordan canonical form with negative eigenvalues since it has properties which are necessary for correct operation of the interval observer, namely, it is stable and Meltzer. The problem is solved in several steps. At the first step, the nonlinear terms are removed from the original system and the linear reduced order model insensitive to the disturbances is designed. Then it is transformed into the interval observer accounting the parametric uncertainties in the matrix of system dynamic; a proof of correctness of such observer operation is given. The obtained solution is supplemented by addends accounting the parametric uncertainties in the actuators. Then the result is corrected by taking into account the disturbances and measurement noise. To construct the nonlinear interval observer, the nonlinear term is transformed and supplemented into the linear observer, and a proof of correctness of the nonlinear observer operation is given. The obtained interval solution is similar to the confidence interval in mathematical statistics. The theoretical results are illustrated by an example of tree tank systems where the problem of interval estimation of unmeasured component of the state vector is solved. Simulation results based on the package Matlab show the effectiveness of the developed theory.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>нелинейные системы</kwd><kwd>неопределенности</kwd><kwd>редуцированная модель</kwd><kwd>оценивание</kwd><kwd>интервальные наблюдатели</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>nonlinear systems</kwd><kwd>models</kwd><kwd>fault diagnosis</kwd><kwd>transformation</kwd><kwd>interval observers</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 25-19-00590), https://rscf.ru/project/25-19-00590/</funding-statement><funding-statement xml:lang="en">The work was supported by Russian Scientific Foundation (project № 25-19-00590), https://rscf.ru/project/25-19-00590/.</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Жирабок А. Н., Зуев А. В., Шумский A. Е., Бобко Е. Ю. Построение интервальных наблюдателей для дискретных нелинейных динамических систем // Мехатроника, автоматизация, управление. 2023. Т. 24, № 6. С. 283—291.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhirabok A. N., Zuev A. V., Kim C., Bobko E. Yu. Interval observer design for discrete-time nonlinear dynamic systems, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2023, vol. 24, pp. 283—291 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Жирабок А. Н., Зуев А. В., Ким Ч. Интервальное оценивание в дискретных линейных системах с параметрическими неопределенностями // Известия РАН. Теория и системы управления. 2024. № 1. С. 139—149.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhirabok A., Kim Chung Il. Interval estimation in discretetime linear systems with parametric uncertainties, J. Computer Systems Sciences Int., 2024, vol. 63, pp. 1037—1047.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ефимов Д. В., Раисии Т. Построение интервальных наблюдателей для динамических систем с неопределенностями // Автоматика и телемеханика. 2016. № 2. С. 5—49.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Efimov D., Raissi T. Design of interval state observers for uncertain dynamical systems, Autom. Remote Control, 2016, vol. 77, pp. 191—225.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Khan A., Xie W, Zhang L., Liu L. Design and applications of interval observers for uncertain dynamical systems // IET Circuits Devices Syst. 2020. Vol. 14. P. 721—740.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Khan A., Xie W, Zhang L., Liu L. Design and applications of interval observers for uncertain dynamical systems, IET Circuits Devices Syst., 2020, vol. 14, pp. 721—740.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kolesov N., Gruzlikov A., Lukoyanov E. Using fuzzy interacting observers for fault diagnosis in systems with parametric uncertainty // Proc. XII Inter. Sympos. "Intelligent Systems", INTELS’16. Moscow, Russia, 2016. P. 499—504.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kolesov N., Gruzlikov A., Lukoyanov E. Using fuzzy interacting observers for fault diagnosis in systems with parametric uncertainty, Proc. XII-th Inter. Sympos. "Intelligent Systems", INTELS’16. Moscow, Russ ia, 2016, pp. 499—504.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кремлев А. С., Чеботарев С. Г. Синтез интервального наблюдателя для линейной системы с переменными параметрами // Изв. вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56, № 4. C. 42—46.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kremlev A., Chebotarev S. Synthesis of interval observers for linear systems with variable parameters, Izv. Vuzov. Priborostroenie, 2013, vol. 56, no. 4, pp. 42—46.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Efimov D., Raissi T., Chebotarev S., Zolghadri А. Interval state observer for nonlinear time varying systems. Automatica. 2013. Vol. 49. P. 200—206.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Efimov D., Raissi T., Chebotarev S., Zolghadri А. Interval state observer for nonlinear time varying systems, Automatica, 2013, vol. 49, pp. 200—206.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Chebotarev S., Efimov D., Raissi T., Zolghadri А. Interval Observers for Continuous-time LPV Systems with L1/L2 Performance. Automatica. 2015. Vol. 51. P. 82—89.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chebotarev S., Efimov D., Raissi T., Zolghadri А. Interval observers for continuous-time LPV systems with L1/L2 performance, Automatica, 2015, vol. 51, pp. 82—89.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Mazenc F., Bernard O. Asymptotically stable interval observers for planar systems with complex poles // IEEE Trans. Automatic Control. 2010. Vol. 55, N. 2. P. 523—527.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mazenc F., Bernard O. Asymptotically stable interval observers for planar systems with complex poles, IEEE Trans. Automatic Control, 2010, vol. 55, pp. 523—527.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Blesa J., Puig V., Bolea Y. Fault detection using interval LPV models in an open-flow canal // Control Engineering Practice. 2010. Vol. 18. P. 460—470.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Blesa J., Puig V., Bolea Y. Fault detection using interval LPV models in an open-flow canal, Control Engineering Practice, 2010, vol. 18, pp. 460—470.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zheng G., Efimov D., Perruquetti W. Interval state estimation for uncertain nonlinear systems // IFAC Nolcos 2013. Toulouse, France, 2013.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zheng G., Efimov D., Perruquetti W. Interval state estimation for uncertain nonlinear systems, IFAC Nolcos 2013, Toulouse, France, 2013.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zhang K., Jiang B., Yan X., Edwards C. Interval sliding mode based fault accommodation for non-minimal phase LPV systems with online control application // Intern. J. Control. 2019. DOI: 10.1080/00207179.2019.1687932.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhang K., Jiang B., Yan X., Edwards C. Interval sliding mode based fault accommodation for non-minimal phase LPV systems with online control application, Intern. J. Control, 2019, DOI: 10.1080/00207179.2019.1687932.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Жирабок А. Н., Зуев А. В. Интервальные наблюдатели для идентификации дефектов в дискретных динамических системах // Мехатроника, автоматизация, управление. 2024. Т. 25, № 6. С. 289—294.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhirabok A. N., Zuev А. V. Interval observer for fault identification in discrete-time dynamic systems, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2024, vol. 25, no 6, pp. 289—294 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Жирабок А. Н., Зуев А. В., Филаретов В. Ф., Шумский А. Е. Идентификация дефектов в нелинейных системах на основе скользящих наблюдателей с ослабленными условиями существования // Известия РАН. Теория и системы управления. 2022. № 3. С. 21—30.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhirabok A., Zuev A., Filaretov V., Shumsky А. Fault identification in nonlinear systems based on sliding mode observers with weakened existence conditions, J. Computer Systems Sciences Int., 2022, vol. 61, pp. 313—321.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Misawa E., Hedrick J. Nonlinear observers — a state of the art. Survey. J. Dynamic Systems, Measurements Control. 1989. Vol. 111. P. 344—352.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Misawa E., Hedrick J. Nonlinear observers — a state of the art. Survey, J. Dynamic Systems, Measurements Control, 1989, vol. 111, pp. 344—352.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Филаретов В. Ф., Зуев А. В., Губанков А. С. Управление манипуляторами при выполнении различных технологических операций. М.: Наука, 2018.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Filaretov V., Zuev A., Gugunkov А. Control of manipulations under different technological operations, Moscow, Nauka, 2018 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
