Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 23, № 4 (2022)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ 

171-176 84
Аннотация

Эволюция техногенного мира, развитие сетевых и киберфизических систем включают механизмы социально-средовой самоорганизации технообщества за счет трансформации человеческого опыта в рамках циклов аутопоэтической самоорганизации техносреды. Важную роль в вопросах создания новых форм возникающих социотехнических систем, включающих технологии искусственного интеллекта на этапах формирования и реализации технического проекта, играет принятая разработчиками концепция включения механизмов самоорганизации и развития системы, связанная с методологией оценки эргономических свойств создаваемых систем. Эргономическая оценка играет особую гармонизирующую и корректирующую роль при создании человеко-машинных социотехнических систем. Показано определяющее значение в формировании эргономической оценки социотехнических систем механизмов редукции, которые определяют направление эволюции данных систем в требуемом направлении. Социотехническая система с искусственным интеллектом априорно не имеет заранее заданных, четко известных и понятных авторам и пользователям свойств, их она проявляет только в рабочем контексте, что не позволяет применять привычные методы эргономической оценки, используемые при оценке постоянных качеств социотехнической системы по отношению к человеку-пользователю.

Отмечена особая роль симбиотических отношений в поддержании эффективной работы социотехнических систем с распределенным искусственным интеллектом. Рассматриваются процессы когеренции-декогеренции, влияющие на смену форм организованной сложности, определяющие жизнеспособность системы в среде. Поставлена проблема энактивации порождаемых технологиями элементов техносреды в эволюционирующую часть социотехнической системы. На примере сети Интернет показано, что свободная эволюция техносреды, связанная с избыточным информационным многообразием социального компонента сети, ведет к ускорению ее эволюции, но снижает ее социальную устойчивость и стабильность.

177-187 59
Аннотация

Рассматриваются вопросы децентрализации и динамического перераспределения ролей в киберфизических системах (КФС), предназначенных для работы в изменяющемся окружении и, в особенности, в открытых пространствах, где существуют повышенные риски поломки модулей и потери связи. В частности, исследуются методы децентрализации алгоритмов управления поведением КФС и обеспечения избыточности их компонентов и связей. Выявлен ряд требований к подобным системам и отмечено, какие ограничения в существующих подходах препятствуют реализации систем, удовлетворяющих этим требованиям, на физическом, сетевом и прикладном уровнях. Для каждого уровня предложены модели поведения КФС, которые обеспечивают автономное распределение инфраструктурных ролей между компонентами. Выполнено формальное описание этих моделей с помощью диаграмм деятельности. Это позволило выполнить синтез структурно-параметрической модели автономной мобильной КФС, ориентированной на функционирование на открытых территориях в условиях динамического окружения и решение прикладных задач, выполняемых посредством согласованного взаимодействия групп мобильных агентов. Модель отражает процесс функционирования автономных мобильных КФС в динамических средах и учитывает аспекты устойчивости системы и ее реакции на деструктивные воздействия. К преимуществам предложенных моделей относятся децентрализация задач, отсутствие центральных, критических узлов и узких мест, отсутствие требований прямой видимости между устройствами, малого расстояния между ними, стационарности устройств, возможность работы в неисследованном окружении. Разрабатываемые решения ориентированы на применение, прежде всего, в сфере бизнеса и пригодны для использования, к примеру, на промышленных предприятиях, оснащенных мобильными робототехническими устройствами с камерами, при обработке сельскохозяйственных угодий и т. д. Другой сферой применения является выполнение территориальных исследований, спасательных операций. Применение программно-аппаратных комплексов, реализующих предложенный подход, позволит более точно выполнять изучение местности, в том числе неисследованных территорий с ограниченной доступностью для человека.

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 

188-196 75
Аннотация

Обсуждается разработанная авторами автоматизированная система управления процессом нанесения гальванопокрытий, имеющая двухуровневую архитектуру. На нижнем уровне осуществляется управление технологическими параметрами каждой ванны: стабилизация температуры и уровня электролита в ванне; стабилизация или программное управление электрическим током. На верхнем уровне решается задача расчета оптимальной конфигурации токонепроводящего перфорированного экрана (определяются число и ширина отверстий), обеспечивающей минимальное значение неравномерности нанесения цинкового покрытия. Для этого разработана нелинейная математическая модель гальванического процесса в ванне с перфорированным экраном, отличающаяся от известных добавлением краевых условий на токонепроводящем экране. Отмечено, что нелинейности содержат уравнения модели, описывающие граничные условия вблизи анода и катода гальванической ванны. Поэтому разработан численный метод решения уравнений модели, отличающийся реализацией метода Ньютона в математическом пакете Maxima через перенаправление ввода/вывода. В работе описан алгоритм работы с математическим пакетом, особенностью которого является подготовка команд пакета в текстовом формате и парсинг полученных результатов вычислений также из текстового файла. Применяемый численный метод для решения системы уравнений модели имеет квадратичную скорость сходимости, что указывает на его эффективность на большой сетке, например, из 900 узлов. Многочисленные вычислительные эксперименты показали десятикратный выигрыш во времени по сравнению с традиционным итерационным методом, описанным в известных статьях.

Впервые поставлена и решена задача дискретной оптимизации для разработанной автоматизированной системы управления процессом нанесения гальванического покрытия. Особенностью постановки данной задачи являются ограничения, допускающие только полный перебор возможных значений варьируемых параметров, объем которого не велик. Поэтому использовался последовательный алгоритм решения задачи оптимизации. Приведены комбинации возможных значений варьируемых параметров и значения критерия, а также проанализировано время решения задачи оптимизации.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 

197-208 48
Аннотация

Рассмотрена задача группового применения множественных источников широкополосных шумов высокой интенсивности, действующих в различных точках пространства в течение заданного времени и создающих возможность защищаемому объекту совершить маневр уклонения. Рассмотрены способы образования помех на основе электровзрыва. Предложено в качестве подобных источников использовать мехатронные устройства гидроакустического противодействия, способные двигаться в водной среде и создавать широкополосную помеху заданной интенсивности. Совместное применение мехатронных устройств для защиты морского подвижного объекта (цели) определяет суть задачи управления. Рассмотрен модельный пример применения мехатронных устройств в заданном сценарии.

209-215 59
Аннотация

Рассмотрена актуальная задача создания транспортного автономного робота для работы в неструктурированной среде и в условиях чрезвычайных ситуаций. Конструкция робота содержит комбинированную систему движителей, состоящую из трансформируемых гусеничных и колесных групп, которая позволяет перемещаться по различным видам поверхностей, включая условия урбанистического окружения, где необходимо преодолевать препятствия сложной конфигурации, включая лестничные марши. Движение по ровной поверхности осуществляется только колесными группами с втянутыми выдвижными элементами при поднятых гусеничных группах, что обеспечивает повышенную скорость движения устройства. Движение по неровной поверхности осуществляется только гусеничными группами, при этом колесные движители подняты, что обеспечивает повышенную проходимость по сравнению с ровной поверхностью. Лестничные марши и препятствия сложной геометрической формы могут преодолеваться при одновременном использовании колесных и гусеничных групп, при этом угол положения колесных групп относительно гусеничных групп при реконфигурации робота определяется размерами и формой ступеней лестничного марша и препятствий. Блок реконфигурации робота выполнен в виде рычажного устройства с электрическими цилиндрами, имеющего возможность самоблокировки. Он реализует переключение колесного и гусеничного режимов движения робота, а также подъем колесной группы на требуемый угол при преодолении препятствий. Проведен анализ конструкции и расчет рычажного механизма колесно-гусеничной мобильной платформы. Разработана кинематическая модель блока реконфигурации. Получены соотношения между углами и длинами рычагов, а также взаимосвязь между угловой скоростью перемещения рычагов и скоростью движения толкателя электрического цилиндра рычажного механизма. Оптимизация работы блока реконфигурации проведена путем создания его математической модели для программирования в пакете MATLAB. Определена целевая функция и ограничения на работу системы. В результате моделирования получены улучшенные механические характеристики блока реконфигурации, дающие возможность более точного управления при снижении требуемых усилий исполнительного механизма.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 

216-224 49
Аннотация

Для линеаризованной модели четвертого порядка продольного движения летательного аппарата самолетного типа с тремя органами управления получены аналитические выражения законов управления, обеспечивающих робастность по одному из коэффициентов модели объекта управления, имеющего наименьший диапазон разброса значений. В качестве такого коэффициента рассматривается приращение подъемной силы в зависимости от приращения угла атаки и угла наклона траектории. В основу работы положена оригинальная декомпозиция модели объекта управления и разработанный на ее основе метод модального синтеза. Поиск робастного управления базируется на параметризации множества решений и назначении собственных значений замкнутой системы. Идея этого подхода состоит в следующем. Если для заданного объекта управления найти в аналитической форме все множество законов управления с обратной связью, обеспечивающих заданное множество собственных значений, то с помощью соответствующей параметризации этого множества можно выделить подмножество робастных законов управления по отношению к тому или иному фактору. В основу получения параметризованного решения задачи синтеза было положено преобразование подобия для матрицы собственных значений нулевого уровня декомпозиции объекта управления. Приведены результаты численного моделирования управления продольным движением летательного аппарата с использованием синтезированных аналитических законов. По его результатам оценено влияние коэффициента модели, при котором для не робастного аналитического закона управления летательный аппарат в продольном движении теряет устойчивость. Отмечено, что робастный закон управления не имеет ограничений по отношению к ошибке задания рассматриваемого коэффициента модели, характеризующего приращение подъемной силы летательного аппарата в зависимости от приращения угла атаки и угла наклона траектории.



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