Preview

Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie

Advanced search

Decentralized Control of a Group of Similar Objects Moving in a Two-Dimensional Environment with Obstacles

https://doi.org/10.17587/mau/17.346-353

Abstract

The topic of the article is movement of a group of autonomous mobile objects during their functioning in the environments with stationary obstacles. The task is solved within the framework of the decentralized control systems. Thus the exchange of information between the mobile objects in a group is minimized. During the planning of the movement and control of the mobile objects the obstacles are transformed into repellers by means of synthesizable controls. The method of the potential fields and the method of control of the mobile objects with the use of unstable modes are the closest to the proposed method. The main difference of the developed method from the method of the potential fields is that a mobile object moves to the field of the forces depending not only on the relative positioning of the robot and an obstacle, but also on the additional dynamic variables. The dynamic way of formation of the repellent forces allows one to operate robots within the system of a decentralized control. The main difference of the offered approach from the method of position and trajectory control with the use of the unstable modes is the way of introduction of the unstable states. In the method of position and trajectory control the change of the parameters of the reference equation of a control system is used. In the offered method additional dynamic variables are used. Stable and unstable states of this variable depend on the state variables of a robot and the objects, next to it. In the local control systems of each mobile object the only values used are those of the own coordinates and speeds, and also coordinates and speeds of the neighboring objects. At that, a centralized algorithm of control is absent. Obstacles in the local algorithms are presented as mobile objects, which makes it possible to unify the control systems for the heterogeneous groups. An analysis was carried out, during which the existence and asymptotic stability of the steady movement modes were proved. The carried out numerical modeling confirmed the results of the analysis and synthesis.

About the Authors

V. Kh. Pshikhopov
Southern Federal University
Russian Federation


M. Ju. Medvedev
Southern Federal University
Russian Federation


References

1. Федосов Б. Т. Управление неустойчивыми объектами. URL: http://model.exponenta.ru/.

2. Формальский А. М. О стабилизации перевернутого маятника с неподвижной или подвижной точкой подвеса // ДАН. 2006. Т. 406, № 2. С. 175-179.

3. Формальский А. М. О стабилизации двойного перевернутого маятника при помощи одного управляющего момента // Изв. РАН. ТиСУ. 2006. № 3. С. 5-12.

4. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир, 1979.

5. Хакен Г. Синергетика. Иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир, 1985.

6. Малинецкий Г. Г. Математические основы синергетики. Хаос, структуры, вычислительный эксперимент. М.: КомКнига, 2005. 312 с.

7. Платонов А. К., Карпов И. И., Кирильченко А. А. Метод потенциалов в задаче прокладки трассы. М.: Препринт Института прикладной математики АН СССР, 1974. 27 с.

8. Платонов А. К., Кирильченко А. А., Колганов М. А. Метод потенциалов в задаче выбора пути: история и перспективы. М.: ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, 2001.

9. Khatib О. Real-time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots // IEEE Int. Conf. Robotics and Automation. 1985. Р. 500-505.

10. Khatib O. Real-Time Obstacles Avoidance for Manipulators and Mobile Robots // Int. Journal of Robotics Research. 1986. Vol. 5, N. 1. P. 90-98.

11. Brooks R. A. Self calibration of motion and stereo vision for mobile robots // IEEE Int. Robotics and Automation. 1986.

12. Ichikawa Y., Fujie M., Ozaki N. On mobility and autonomous properties of mobile robots // Robot. 1984. N. 44. P. 31-36.

13. Белоглазов Д. А., Гузик В. Ф., Косенко Е. Ю., Крухмалев В. А., Медведев М. Ю., Переверзев В. А., Пшихопов В. Х., Пьявченко А. О., Сапрыкин Р. В., Соловьев В. В., Финаев В. И., Чернухин Ю. В., Шиповалов И. О. Интеллектуальное планирование траекторий подвижных объектов в средах с препятствиями / Под ред. В. Х. Пшихопова. М.: Физматлит, 2014. 300 с.

14. Пшихопов В. Х. Аттракторы и репеллеры в конструировании систем управления подвижными объектами // Известия ТРТУ. 2006. № 3 (58). С. 117-123.

15. Пшихопов В. Х. Организация репеллеров при движении мобильных роботов в среде с препятствиями // Мехатроника, автоматизация, управление. 2008. № 2. С. 34-41.

16. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю. Управление подвижными объектами в определенных и неопределенных средах. М.: Наука, 2011. 350 с.

17. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю., Крухмалев В. А. Позиционно-траекторное управление подвижными объектами в трехмерной среде с точечными препятствиями // Известия ЮФУ. Технические науки. 2015. № 1 (162). С. 238-250.

18. Бойчук Л. М. Метод структурного синтеза нелинейных систем автоматического управления. М.: Энергия, 1971. 112 с.

19. Зимин М. Ф. Об уравнениях, определяющих площади, объемы и их границы // Математическое образование. 1930. № 1.

20. Pshikhopov V. Kh., Аli A. S. Hybrid motion control of a mobile robot in dynamic environments // Proc. of 2011 IEEE International Conference on Mechatronics, ICM 2011. Р. 540-545.

21. Пшихопов В. Х., Али А. С. Обход локальных минимумов функции ошибки при движении робота в неопределенной среде // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2011. № 6 (164). С. 26-31.

22. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю. Оценивание и управление в сложных динамических системах. М.: Физматлит, 2009. С. 295.

23. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю. Алгоритмы оценивания в системе управления автономного роботизированного дирижабля // Известия ЮФУ. Технические науки. 2013. № 2 (139). С. 200-207.

24. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю. Структурный синтез автопилотов подвижных объектов с оцениванием возмущений // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2006. № 1. С. 103-109.

25. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю., Гайдук А. P., Нейдорф P. А., Беляев В. Е., Федоренко P. В., Костюков В. А., Крухмалев В. А. Система позиционно-траекторного управления роботизированной воздухоплавательной платформой: математическая модель // Мехатроника, автоматизация и управление. 2013. № 6. С. 14-21.

26. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю., Гайдук А. P., Нейдорф P. А., Беляев В. Е., Федоренко P. В., Костюков В. А., Крухмалев В. А. Система позиционно-траекторного управления роботизированной воздухоплавательной платформой: алгоритмы управления // Мехатроника, автоматизация и управление. 2013. № 7. С. 13-20.


Review

For citations:


Pshikhopov V.Kh., Medvedev M.J. Decentralized Control of a Group of Similar Objects Moving in a Two-Dimensional Environment with Obstacles. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2016;17(5):346-353. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau/17.346-353

Views: 532


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)