Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 22, № 12 (2021)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ 

619-624 167
Аннотация

Решается задача оценки точности системы автоматического управления с нечетким ПИД регулятором. Для описания нечеткого регулятора используется его статическая характеристика, которая аппроксимируется двумя кусочно-линейными и одним кусочно-постоянным участками. Такой подход позволяет на каждом участке аппроксимированной характеристики исследовать систему как линейную и соответственно развивать известные в ТАУ методы расчета с учетом особенностей рассматриваемой системы. В статье для расчета ошибки в установившемся режиме используется теорема о конечном значении оригинала. Для двух различных типов объектов управления второго порядка — статического и астатического — на основе данной теоремы получены аналитические выражения, связывающие точность системы управления со значениями задающих и возмущающих воздействий при разной структуре регулятора (П, ПИ, ПД). При проведении экспериментальных исследований нечеткий ПИД регулятор сравнивался с линейным, настроенным по методу максимальной степени устойчивости. Результаты исследований показывают, что нечеткий регулятор позволяет обеспечить точность системы управления не хуже, чем линейный, при этом повысив динамику системы. Представленные в статье аналитические выражения позволяют оценить точность системы управления с нечетким регулятором и могут выступать в качестве методики настройки регулятора исходя из требований точности

625-633 106
Аннотация

Рассматривается задача идентификации дефектов в системах, описываемых нестационарными нелинейными динамическими уравнениями, в присутствии возмущений. Для решения задачи используются наблюдатели, работающие в скользящем режиме. Предлагаемый подход базируется на идее построения редуцированной модели исходной системы, обладающей избирательной чувствительностью по отношению к дефектам и возмущению и реализованной в канонической форме. Основной целью введения такой модели является возможность учета нестационарности системы. Кроме того, за счет модели такого вида удается ослабить ограничения, при которых для исходной системы могут быть построены скользящие наблюдатели. Изложенная теория иллюстрируется практическим примером.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 

634-643 114
Аннотация

Предлагается новый подход к локализации объектов в рабочей зоне модульного реконфигурируемого робота (МРР), предполагающий установку роботом стационарных опорных измерительных пунктов (ОИП), состоящих из отделяемых от него модулей. В основе данного подхода лежит ранее предложенная авторами архитектура системы управления МРР и новый метод сопоставления информации о скорости и положении объектов, получаемой с различных сенсоров. Суть подхода состоит в следующем: прибыв в зону выполнения задачи, МРР выделяет из своего состава ОИП, содержащий источник питания, вычислительное устройство, беспроводной приемопередатчик и сенсор. ОИП осуществляют слежение за рабочей зоной с использованием разнородных датчиков (камер, дальномеров и т. д.), сегментацию объектов по получаемым измерениям и передачу этой информации на борт робота. Далее с использованием нового метода сопоставления информации о скорости и положении объектов происходит сопоставление измерений, полученных с различных сенсоров, что позволяет локализовать объекты даже в тех случаях, когда они не видны для части ОИП. Одним из ключевых преимуществ нового подхода является возможность его реализации в распределенной архитектуре МРР. Проведенные модельные экспериментальные исследования показали, что по критерию качества отслеживания Multiple Object Tracking Accuracy (MOTA) метод имеет оценку 86 %, что превосходит большинство известных аналогов, а динамическая ошибка локализации объектов в рабочей зоне 8Ѕ7 м с использованием двух камер и одного дальномера не превышает 10 см.

644-649 108
Аннотация

Телеуправляемые (дистанционно управляемые) роботы составляют значительную часть современного парка роботов и используются для разведки местности и контроля состояния важных объектов, в качестве военных роботов, роботов-саперов и т. д. Применение телеуправления с участием оператора связано с несовершенством современных автономных робототехнических комплексов, поскольку в определенных ситуациях необходимо быстро и точно принимать решения.

В данной работе исследуются проблемы отображения видеоинформации на мониторах операторов робототехнических комплексов. Рассматриваются особенности представления объемного изображения на плоскости, основанные на теории представления перцептивного пространства. Исследуются технологии в области систем телеметрии и технического зрения, использованные при составлении карт местности по проекту Stanley в рамках конкурса DARPA. Целью работы является изучение возможностей повышения скорости реакции и снижения процента ошибок операторов при управлении робототехническими комплексами, вызванных недостоверностью или низким качеством передаваемого изображения. Научная новизна исследования заключается в новых знаниях о применимости целевых искажений в изображениях, передаваемых человеку-оператору, что позволяет повысить эффективность восприятия информации человеком-оператором и, как следствие, улучшить управление технической системой.

Основное внимание уделяется разработке программного обеспечения, реализующего технологию преобразования перспективы изображений. Рассматриваются возможности применения матриц перспективного преобразования при работе с телеуправляемым робототехническим комплексом. Разработана статическая модель программного обеспечения. Для улучшения достоверности передачи информации и исправления дисторсии на передаваемом видеоизображении разработана программа работы видеокамеры с внесением искажений перспективы. По итогам работы испытан прототип системы телеметрии для отработки различных сценариев внесения целевых искажений перспективы. Исследования технологии проводятся совместно с Институтом медико-биологических проблем РАН.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 

650-659 133
Аннотация

Обозначены основные проблемы автоматического планирования поведения автономного беспилотного летательного аппарата в нестабильных условиях воздушной среды. Показано, что актуальность решаемой в ней задачи обусловлена тем, что автономный беспилотный летательный аппарат самостоятельно формирует и реализует маршрут своего полета без поддержки с наземной станции управления. В связи с этим возникает необходимость в разработке метода автоматического управления программными движениями, связанными с реализацией построенного в решателе задач маршрута воздушного движения. Для решения данной задачи предложен подход к регулированию параметров состояния динамических объектов на основе принципа ситуационного управления целенаправленным поведением сложных систем в изменяющихся условиях функционирования. Целесообразность выбора данного принципа управления связана с тем, что состояние автономного беспилотного летательного аппарата во время полета характеризуется большим числом параметров и действующих на них возмущающих факторов окружающей среды. В целях эффективной реализации данного принципа управления введено понятие полной проблемной ситуации на объекте управления, включающее в себя вектор отклонений параметров состояния автономного беспилотного летательного аппарата от требуемых значений во время полета и возмущающие факторы воздушной среды. На этой основе разработана нечеткая модель ситуационного управления параметрами состояния автономного беспилотного летательного аппарата во время полета в нестабильной воздушной среде, в которой в целях обобщенного представления эталонных проблемных ситуаций, а также описания входящих в их структуру отклонений параметров состояния и возмущающих факторов воздушной среды использованы лингвистические переменные и функции. Определены условия, при выполнении которых эталонные, нечетко представленные проблемные ситуации являются обобщением и поглощают аналогичные друг другу фактические проблемные ситуации, возникающие на объекте управления. Это позволяет существенным образом сократить число логико-трансформационных решающих правил в модели ситуационного управления и оперативным образом автоматически определять в проблемных ситуациях результативные управляющие воздействия, обеспечивающие эффективную реализацию программных движений автономного беспилотного летательного аппарата во время полета в условиях неопределенности. В заключение показано, что для реализации управляющих воздействий, выбранных на ситуационной основе, при повышенных требованиях к точности регулирования изменяющихся во времени параметров состояния объекта управления и значительном уровне возможных рассогласований между фактическими и заданными их значениями в условиях неопределенности целесообразно использовать нечетко реализованные пропорциональный, интегральный и дифференциальный законы регулирования.

660-670 125
Аннотация

Статья посвящена разработке алгоритмов прогнозирования траектории движения маневрирующих объектов на основе непараметрической теории систем. Проводится анализ неопределенностей, влияющих на моделирование движения маневрирующих водных объектов. Приводится обзор параметрических, непараметрических и комбинированных методов прогнозирования траектории их движения. Для решения задачи высокоточного автономного управления посадкой беспилотных летательных аппаратов на судно посадки в условиях его нерегулярного движения, вызванного метеорологическими условиями и активным маневрированием, предлагается метод прогнозирования траектории движения судна посадки, основанный на решении прямых задач динамики с использованием непараметрической теории систем. Преимущества предлагаемого метода заключаются в том, что он не подвержен модельным ошибкам, так как основывается только на ретроспективном анализе нескольких последовательных значений пространственных координат судна посадки, при этом в отличие от аналогичных непараметрических методов не использует статистические вычисления, не требует своего обучения или длительной настройки. Метод не подразумевает решения задач идентификации параметров модели, состояния и управляющих воздействий и может быть применен при любых неизвестных линеаризуемых входных управляющих воздействиях, в том числе при неидентифицируемости модели динамики движения судна посадки. Приводятся результаты численного моделирования решения задачи прогнозирования траектории движения активно маневрирующего малоразмерного судна посадки с применением полной нелинейной динамической модели с шестью степенями свободы. Проведенные исследования подтверждают работоспособность, адекватность и очень быструю настройку разработанного метода в условиях полной параметрической и непараметрической неопределенности. Предлагаемый метод может быть использован для прогнозирования траектории движения любого транспортного средства при условии линеаризуемости его модели и сигналов управления на наблюдаемом интервале времени.



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