Рассматривается задача синтеза наблюдателя переменных состояния для математической модели импульсного преобразователя напряжения постоянного тока, построенного по схеме Чука. Импульсные преобразователи являются одним из основных компонентов большинства современных электротехнических устройств, и предложенная Слободаном Чуком схема в 70-е годы двадцатого столетия до сих пор является востребованной и актуальной. Традиционно в качестве алгоритма управления преобразователями мощности используют ПИ (пропорционально-интегральные) регуляторы или пропорционально-интегральный адаптивный алгоритм управления (PI-PBC), базирующийся на методах пассификации и превосходящий стандартные ПИ регуляторы по точности. Однако для построения PI-PBC-регулятора требуется знать весь вектор переменных состояния преобразователя, и более того, все его параметры должны быть точно известны. К сожалению, на практике такие допущения не выполняются, поскольку возможен параметрический дрейф, а измерения состояния преобразователя требуют дополнительной сенсорики, что в ряде случаев себя не оправдывает. Таким образом, возникает необходимость в разработке дополнительных наблюдателей или устройств оценки, которые позволяют получать данные обо всех переменных преобразователя, а также его параметрах.

В данной статье предлагается новый подход к синтезу наблюдателя переменных состояния преобразователя Чука, базирующийся на методе GPEBO (обобщенный наблюдатель, основанный на оценке параметров). Задача решена в предположении, что измерению доступен только выходной сигнал, а именно, выходное напряжение преобразователя, но часть параметров математической модели преобразователя предполагаются неизвестными. Важным аспектом синтеза наблюдателя является разработка алгоритма оценки неизвестных параметров и вектора состояния математической модели, обеспечивающего сходимость за конечное время. Сходимость за конечное время крайне важна при синтезе наблюдателей, поскольку переходные процессы в импульсных преобразователях происходят очень быстро.

Рассматривается задача конструирования совместного управления движением объекта водного транспорта – эргатической системы "судоводитель–судно" . Совместное управление движением представляется в математической форме на основе модели действий и ответных реакций человека-оператора и машины, принятой в инженерной психологии для систем " человек–машина" . Проведена формализация модели путем композиции математических моделей плоского движения судна и перемещений органов управления движителями (винтами) и рулями судна. Для судового человеко-машинного интерфейса предложено применять аппараты нового типа, с помощью которых совмещаются управляющие воздействия на орган управления со стороны судоводителя и управляющего автомата эргатической системы.

Для математического описания виртуальных сигналов дискретного управления при решении задач целеуказания и планирования предложен способ построения множества неполных представлений элементарных движений в пространстве состояний системы " судоводитель–судно" . Получены количественные оценки попарно различных представлений элементарных движений и сигналов дискретного управления, реализующих переходы от одного элементарного движения к другому путем воздействий на движители и рули судна с помощью органов управления судового человеко-машинного интерфейса.

В целях унификации антропоморфного управления движением судна на уровнях целеуказания и планирования предложено применять шаблоны из нескольких сигналов дискретного управления исходя из опыта судовождения и решения задач математического программирования. Получено решение практической задачи оптимального по быстродействию антропоморфного управления перемещением судна от причальной стенки в камеру шлюза, которое предусматривает реализацию последовательности из десяти сигналов дискретного управления и двух шаблонов управления. Предложен способ оценки влияния сигнальных, параметрических и координатных неопределенностей на положение изображающей точки в пространстве состояний системы " судоводитель–судно" относительно номинальной траектории программного движения. Получены области интервальных представлений неопределенностей в подпространстве состояний " время–положение–скорость" судна. Рассмотрена процедура коррекции априорного описания номинального антропоморфного управления на основе шаблонов управления и анализа прямоугольников неопределенностей в подпространстве состояний системы " судоводитель–судно" .

Представлены результаты решения проблемы повышения эффективности работы автоматизированного насосного комплекса для перекачивания жидкостей в условиях нестационарных гидравлических процессов, таких как кавитация. Трудность определения условий возникновения кавитации связана с большим числом параметров, взаимокорреляцию которых сложно определить. Показано, что используемые на практике в указанных условиях способы контроля и управления насосными комплексами на основе центробежных насосов и прилегающих к ним трубопроводов обладают существенными недостатками или решают проблему лишь частично. Представлена математическая модель работы насосного комплекса для оперативного контроля параметров кавитационных режимов на основе подобия режимов работы центробежного насоса и перемещения поршня по трубопроводу, что позволяет упростить процедуру определения наличия кавитации. Предложен критерий определения эффективности режима работы насосного комплекса на основе интегральной оценки разницы экспериментальных и модельных данных. Сформирована методология управления режимами работы насосного комплекса в условиях возникновения кавитации. Ввиду сложности прямого расчета объема кавитации предложена нейросетевая модель, обучаемая на основе экспериментальных данных. Разработаны структура, алгоритмы и программное обеспечение автоматизированной системы контроля и управления с использованием нейросетевых моделей и прецедентного подхода для оперативного определения условий возникновения кавитации и коррекции режимов работы насосного комплекса. Решения, основанные на рассуждении по прецедентам, предлагаются оператору в виде пары " управляющее воздействие – ожидаемый результат" . Практическая реализация автоматизированной системы контроля и управления режимами работы насосного комплекса выполнена в пакете AppDesigner математического пакета MATLAB. Использование разработанной автоматизированной системы контроля и управления обеспечивает повышение (восстановление) производительности насосного комплекса в условиях возникновения кавитации, предотвращает разрушение его элементов, увеличивает срок службы, снижает эксплуатационные издержки и затраты на ремонт оборудования.

Хранение и переработка зерна является важнейшей составной частью инфраструктуры зернового рынка. Задача хранения зерна состоит в том, чтобы обеспечить полную сохранность количества и качества при минимальных затратах труда и денежных средств. В лаборатории Северо-Казахстанского университета имени М. Козыбаева был разработан опытный образец зернохранилища инновационного типа с использованием горизонтальных силосов, предназначенный для снижения стоимости строительства и реконструкции элеваторов при одновременном улучшении качества, увеличении сроков хранения и снижении текущих затрат на хранение. Особенность конструкции позволяет автоматизировать большинство операций технологического процесса хранения зерна.

Предлагается способ автоматизированного формирования управляющих воздействий на оборудование зернохранилища в результате анализа данных с датчиков температуры, влажности, уровня углекислого газа и 3D-измерений поверхности зерна.

Разработан проект автоматизированной системы для мониторинга и управления зернохранилищами с горизонтальными силосами. Отличительной особенностью предлагаемой автоматизированной системы является наиболее полный набор условий правильного хранения зерна по сравнению с другими системами контроля технологического процесса зернохранилища. Автоматизация работы достигается посредством разработанного способа формирования управляющих сигналов, а также таких вычислительных алгоритмов, как прогноз времени завершения выгрузки на базе условной скорости выпуска зерна, вычисление объема зерна в секции с помощью 3D-измерений. Логика функционирования базовых алгоритмов для автоматизированной системы мониторинга и управления зернохранилищем с горизонтальными силосами основана на анализе параметров температуры, влажности, уровня углекислого газа и 3D-измерений поверхности зерна в секциях зернохранилища. В представленном проекте автоматизированной системы учитывались научные знания и достижения в области хранения зерна и теории идентификационных измерений, что позволяет использовать описанные алгоритмы в информационных системах мониторинга зернохранилищ других видов.

Обсуждается разработка алгоритмов оперативного планирования маршрутов группы летательных аппаратов (ЛА). Рассматриваются групповые действия малой и беспилотной авиации в режиме " воздушного такси" , когда не существует регулярного расписания полетов между пунктами назначения, а заявки поступают " по вызову" на перелеты в пункты, состав которых заранее неизвестен и носит случайный характер. Решается многокритериальная задача планирования группового полета в режиме " воздушного такси" . Предложено решение этой задачи с помощью аппарата теории массового обслуживания, согласно которой рассматриваемая система относится к классу многоканальных систем массового обслуживания с ожиданием. Предложен метод решения задачи оперативного планирования действий ЛА. Разработан алгоритм группового целераспределения новых заявок между ЛА на базе модифицированного минимаксного критерия назначения ближайшего ЛА для объекта с максимальным временем обслуживания. Разработанный алгоритм построен на основе следующих четырех основных операций: первая операция осуществляет выбор первоочередных необслуженных целей по критерию назначения динамического приоритета, вторая операция ранжирует сформированный список по другому критерию, учитывающему важность и суммарную удаленность каждого наземного объекта от группировки ЛА, третья операция выбирает объект с максимальным рангом, и для него решается задача назначения " своего" ЛА по третьему критерию максимальной близости, четвертая операция осуществляет проверку условий непересекаемости маршрутов группового полета. Разработана компьютерная модель системы обслуживания заявок в режиме воздушного такси. Разработанная модель позволяет анализировать различные алгоритмы диспетчеризации, а также определять на каждом шаге число свободных заявок и число свободных и занятых ЛА. Проведено сравнение известного в теории массового обслуживания и предложенного минимаксного подходов. Показано, что по сравнению с известными вариантами диспетчеризации в теории массового обслуживания на основе предложенного подхода достигается оптимальное число используемых ЛА.

Рассматриваются алгоритмы работы бесплатформенной инерциальной системы ориентации с инерциальным измерительным модулем, в состав которого входят трехкомпонентный гироскопический измеритель угловой скорости, трехкомпонентный измеритель кажущегося ускорения и трехкомпонентный магнитометр. Целью работы является совершенствование алгоритмов обработки информации датчиков для обеспечения асимптотической устойчивости, возможности настройки системы на период Шулера и фильтр нижних частот с заданной полосой пропускания. В работе приводятся результаты анализа методов и алгоритмов коррекции кинематических уравнений по информации инерциального измерительного модуля. Рассматриваются кинематические уравнения Пуассона с позиционной и интегральнопозиционной коррекцией по информации акселерометров и магнитометров. Анализируется устойчивость и частотные характеристики системы по отношению к выходным сигналам гироскопов, акселерометров и магнитометров. Показано, что применение позиционной коррекции в каждом канале не позволяет реализовать настройку системы ориентации на период Шулера и фильтр нижних частот выше первого порядка. Применение интегрально-позиционной коррекции позволяет выполнить настройку на период Шулера, однако по отношению к сигналам гироскопов система представляет собой полосовой фильтр и не подавляет шумы гироскопов в полосе пропускания. Показаны преимущества применения позиционной коррекции с перекрестными связями в смысле настройки частотных характеристик системы на частоту Шулера и фильтр нижних частот третьего порядка. Получена структура кинематических уравнений и соотношения для коэффициентов позиционной коррекции, обеспечивающие заданные динамические характеристики системы. Рассмотрено влияние угловых скоростей вращения на устойчивость системы, показана асимптотическая устойчивость при изменениях угловых скоростей в заданном диапазоне. Результаты математического моделирования подтвердили компенсацию погрешностей начальной выставки системы ориентации, снижение мощности шумов в оценках углов ориентации по отношению к шумам в сигналах датчиков и возможность настройки системы на период Шулера.