Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 22, № 8 (2021)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ 

395-403 128
Аннотация

Предложен способ синтеза замкнутой системы с управлениями, обеспечивающими движение объекта с минимальными отклонениями от заданной траектории выходной координаты и от ее высших производных и переход в это множество. Для решения задачи используется принцип максимума Понтрягина, дополненный для исследования особых ситуаций без анализа вспомогательных переменных аппаратом условий общности положения для нелинейных систем в расширенном пространстве координат, учитывающим объект, нелинейный по отклонениям выходной координаты функционал и явное вхождение времени. Совместное использование указанных методов позволяет найти особые траектории координат, которые являются высшими производными от выходной координаты, а после исключения времени найти особую фазовую траекторию, являющуюся линией переключения для достижения конечного состояния, заданное программное движение по которой в замкнутой системе осуществляется особым управлением. Выход на особую фазовую траекторию из начального состояния осуществляется для линейных объектов релейным управлением, а для нелинейных объектов при определенных граничных условиях релейное управление дополняется особым управлением задачи быстродействия. Приведены примеры управления программным движением с колебательным и апериодическим заданной длительности процессами для линейного и нелинейного объектов. С учетом характера состояний равновесия, определяемых методами качественной теории дифференциальных уравнений, и ограничений на управление и координаты получены топологии траекторий для реализации непрерывного особого управления или скользящего режима. Получены новые алгоритмы и структуры систем управления. Результаты сопровождаются моделированием, иллюстрирующим эффективность алгоритмов и структур систем управления по предложенному способу синтеза и подтверждающим аналитические материалы. Результаты работы могут быть использованы для управления линейными и нелинейными объектами в мехатронике, робототехнике, управления тепловыми процессами и в других отраслях.

404-410 104
Аннотация

Рассматривается задача синтеза наблюдателя переменных состояния для линейного нестационарного объекта управления. Для решения этой задачи вводится ряд реалистичных допущений, предполагающих, что параметры объекта являются полиномиальными функциями времени с неизвестными коэффициентами. Задача синтеза наблюдателя решается в классе идентификационных методов, предусматривающих преобразование исходной линейной динамической математической модели объекта к линейной статической регрессии, в которой вместо неизвестных постоянных параметров присутствуют переменные состояния генераторов, моделирующих нестационарные параметры. Для восстановления неизвестных функций регрессионной модели используется хорошо зарекомендовавший себя в последнее время метод динамического расширения и декомпозиции (смешивания) регрессора, позволяющий получать монотонные оценки, а также обеспечивающий ускорение сходимости оценок к истинным значениям. Несмотря на то, что в статье решается задача синтеза наблюдателя переменных состояния, стоит отметить возможность использования предлагаемого подхода для решения самостоятельной и актуальной задачи оценивания неизвестных нестационарных параметров.

411-419 119
Аннотация

Обоснована целесообразность использования инструментальных средств наглядно-действенного, наглядно-образного и понятийного мышления для планирования целенаправленной деятельности автономных интеллектуальных агентов в различных по степени априорной неопределенности проблемных средах. Раскрыто содержание и показана роль каждой формы мышления в процессе автоматического планирования целенаправленного поведения автономных интеллектуальных агентов в меняющихся условиях функционирования. Обозначена особая роль понятийного мышления в выполнении автономными агентами сложных заданий и связанного с ним планирования полифазного поведения. С учетом сложности проблем, связанных с формализацией мыслительных актов понятийного мышления, показаны возможные пути постепенного его развития от начального уровня до перехода на более высокие уровни развития, и на этой основе расширен класс решаемых автономными интеллектуальными агентами задач. Разработана модель представления знаний и инструментальные средства вывода решений начального уровня понятийного мышления, позволяющие интеллектуальным агентам разбивать полученные ими задания на подцели поведения, а затем планировать на этой основе полифазную деятельность путем поиска решений связанных с ней подзадач, которые обеспечивают определение минимальных по длине маршрутов перемещения в проблемной среде с препятствиями и целенаправленное манипулирование находящимися в ней объектами. Синтезированы инструментальные средства, позволяющие устанавливать порядок отработки сложных действий, входящих в структуру сформулированного автономному интеллектуальному агенту задания. Показано, что дальнейшее развитие предложенных методических основ построения интеллектуальных решателей задач связано с формализацией более высокого уровня мыслительных актов понятийного мышления, позволяющих обеспечить возможность решения различных по сложности практических задач, сформулированных как в процедурной, так и в декларативной форме представления в виде различных целевых ситуаций проблемной среды, имеющих большую размерность.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 

420-424 132
Аннотация

Непрерывные роботы – уникальный вид роботов, которые совершают движение за счет упругой деформации собственного тела. Их гибкая конструкция позволяет изгибаться в любой точке тела. Данное преимущество дает возможность использовать таких роботов в рабочих областях со сложной геометрией и множеством препятствий. Кинематика непрерывных роботов, состоящих из одной секции изгиба, достаточно хорошо известна, как и прямая кинематика для многосекционных непрерывных роботов. Однако задача обратной кинематики для многосекционных непрерывных роботов все еще остается актуальной. Сложность задачи обратной кинематики для многосекционных непрерывных роботов является довольно высокой из-за нелинейностей движения робота. В статье подробно рассмотрена модификация алгоритма FABRIK, предложенная авторами, а также итеративный алгоритм, построенный на основе расчета матрицы Якоби. Приведено сравнение алгоритмов обратной кинематики для многосекционных непрерывных роботов постоянной длины и описаны результаты эксперимента.

425-432 91
Аннотация

Основным недостатком судовых магнитных компасов (МК) является ограниченность возможности их применения в высоких широтах в связи с малым значением горизонтальной составляющей магнитного поля Земли на этих  широтах и наличием погрешности МК от качки, обусловленной влиянием центростремительного и тангенциального  ускорений при размещении МК на некотором расстоянии от центра качания судна. Влияние ускорений приводит  к наклону картушки и обусловливает воздействие на ее магнитную систему вертикальной составляющей магнитного поля Земли. Возникающая при этом погрешность МК, пропорциональная тангенсу угла магнитного наклонения,  может привести к недопустимо большим ошибкам курсоуказания судна, особенно в высоких широтах. Тем не менее,  данное воздействие может быть скомпенсировано при использовании в измерительной схеме МК гироскопического  датчика угловой скорости (ДУС), измеряющего угловую скорость рыскания морского объекта. В работе представлены результаты исследований и имитационного моделирования двух вариантов построения системы коррекции, которая вводится в измерительную схему МК для уменьшения его погрешности от качки. Каждую из представленных в работе систем коррекции можно рассматривать как мехатронное устройство управления современным МК, одна из них – позиционная, другая – по угловой скорости рыскания судна. В работе показаны преимущества  и недостатки каждой из схем. Так, особенностью системы позиционной коррекции является необходимость применения
ДУС тактического класса точности (например, волоконно-оптического гироскопа), в погрешности которого присутствует низкочастотная составляющая ухода. В то же время система коррекции по угловой скорости рыскания позволяет использовать в качестве ДУС дешевый микромеханический гироскоп (ММГ). Несмотря на применение ДУС различных  классов точности, обе предложенные системы коррекции позволяют добиться близких результатов, следствием чего  является очевидный вывод о целесообразности применения в измерительной схеме МК системы коррекции по угловой скорости с ММГ, позволяющим значительно снизить стоимость МК, а также уменьшить его массу и габаритные размеры.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 

433-441 70
Аннотация

Применение крупногабаритных раскрывающихся рефлекторов, компактно сложенных на космических аппаратах,  связано с разведением спиц на заданный угол, выдвижением фрагментов спиц и настройкой формы радиоотражающего сетеполотна. Актуальной является задача оптимизации этих процессов с автоматическим выходом рефлектора в развернутое рабочее состояние. В статье рассматривается процесс оптимизации разведения спиц крупногабаритного трансформируемого рефлектора с учетом изгибных колебаний. Оптимизация затруднена обеспечением сходимости итерационных процедур нахождения управления. Усложняют задачу разведения изгибные колебания спиц, что затрудняет их фиксацию при выходе к упорам. В работе усовершенствована математическая модель разведения спиц, учитывающая изменение изгиба по длине и по времени, наличие устройств упора и фиксатора, исполнительного устройства. Для плавного выхода к упорам предлагается рассмотреть иерархию из двух целевых функционалов, введя в первый критерий терминальное условие на угловую скорость разведения, и разработать алгоритм последовательной оптимизации. Посредством численного моделирования углового движения спицы с учетом изгибных колебаний проведено исследование процесса поворота спицы на заданный угол при малых значениях угловой скорости в конечный момент
времени. Установлены численные значения весовых коэффициентов, входящих в целевые функционалы. Исследовано их влияние на переходные процессы. Проверена работоспособность алгоритма при изменении интервала оптимизации. Проведено сравнение результатов численного моделирования с различными вариантами управления: с помощью ПИД регулятора, с применением алгоритма с прогнозирующей моделью и алгоритма с оптимальной коррекцией структуры управления, выявленной посредством принципа максимума. Результаты численного моделирования разведения спиц с помощью алгоритма последовательной оптимизации демонстрируют достижение требуемой точности при допустимых остаточных колебаниях. Разработанный алгоритм последовательной оптимизации формирует управление в темпе движения, и его рекомендуется использовать в более сложных решениях при учете действия случайных возмущений с использованием обработки измерений и оптимизации интервалов наблюдений.

442-448 75
Аннотация

Отмечается важность информации об истинной воздушной скорости и аэродинамических углах летательных аппаратов (ЛА), а также необходимость пополнения арсенала средств их измерения с чисто электронной конструктивной схемой, малой массой и стоимостью, обеспечивающих панорамное измерение угла скольжения. Показано, что традиционные средства измерения воздушной скорости ЛА, реализующие аэродинамический и флюгерный методы измерения параметров набегающего воздушного потока с помощью распределенных по фюзеляжу приемников и датчиков, имеют сложную конструкцию, значительную массу и стоимость, ограниченные диапазоны измерения аэродинамических углов, что снижает возможность их применения на малоразмерных ЛА. Рассматривается интегрированный датчик аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, реализующий вихревой метод измерения параметров набегающего воздушного потока. Один неподвижный приемник потока упрощает конструкцию, частотно-временные первичные информативные сигналы позволяют уменьшить погрешности измерительных каналов. Ограниченный диапазон измерения угла скольжения снижает возможность применения датчика на малоразмерных ЛА. Рассматривается интегрированный датчик аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, реализующий ионно-меточный метод измерения параметров набегающего воздушного потока. Датчик обеспечивает панорамное измерение аэродинамического угла с помощью приемников, распределенных в плоскости измерений. Но многоканальная измерительная схема значительно усложняют конструкцию, увеличивает массу и стоимость датчика, что ограничивает его использование на ЛА. Раскрывается функциональная схема оригинального панорамного чисто электронного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости с одним неподвижным приемником набегающего воздушного потока и ультразвуковыми измерительными каналами. Получены аналитические модели формирования, обработки и определения аэродинамического угла и истинной воздушной скорости при использовании частотных, время-импульсных и фазовых информативных сигналов. Проведенный анализ вариантов используемых информативных сигналов определяет перспективность применения на малоразмерных ЛА панорамного датчика с частотными информативными сигналами, в котором отсутствуют методические погрешности, вызванные влиянием температуры окружающей среды при изменении высоты полета.



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