Рассматривается группа мобильных агентов на прямой. Агенты понимаются как занумерованные точки, способные менять свое положение. Предполагается, что динамика агентов моделируется интеграторами второго порядка, причем каждый агент получает информацию от одного своего левого и одного своего правого соседа (не обязательно ближайших соседей). Требуется обеспечить заданное нелинейно-равномерное размещение агентов на отрезке прямой. Для решения поставленной задачи предлагаются нелинейные децентрализованные протоколы. Определяются условия на параметры управлений, при выполнении которых агенты сходятся к требуемым положениям. Исследуется робастность построенных протоколов управления по отношению к коммуникационному запаздыванию и переключениям сетевой топологии. При этом считается, что информация о значении запаздывания и о законе переключения может отсутствовать. Показывается, что при любом постоянном неотрицательном запаздывании и любом допустимом законе переключения связей гарантируется заданное размещение агентов. Доказательства сформулированных утверждений основаны на применении прямого метода Ляпунова и специальной формы метода декомпозиции. Используются оригинальные конструкции функций Ляпунова и функционалов Ляпунова—Красовского. Приводятся результаты численного моделирования, подтверждающие полученные теоретические выводы.

Для линейных стационарных одномерных объектов управления рассматривается обратная задача аналитического конструирования оптимальных регуляторов (АКОР), которая состоит в определении весовых коэффициентов квадратичного функционала оптимальности процесса управления, обеспечивающих замкнутой системе регулирования заданные значения первичных показателей качества (времени переходных процессов, перерегулирования и статической ошибки). Она анализируется применительно к задаче АКОР в постановке Летова—Калмана. Предлагается способ ее решения, основанный на преобразовании задачи АКОР к канонической форме, в которой объект управления описывается в канонической форме фазовой переменной, а функционал качества определяется как интеграл от суммы квадратов канонических фазовых координат объекта, равных соответствующим производным фазовой переменной, с определенными весовыми коэффициентами, а также квадрата сигнала управления. Показывается, что решение обратной канонической задачи АКОР Летова—Калмана определяется значениями только трех ненулевых весовых коэффициентов критерия, причем один из них имеет единичное значение. Значения двух других коэффициентов предлагается находить в процессе моделирования синтезированной оптимальной системы управления из условий обеспечения для нее значений первичных показателей качества не более заданных. Полученные результаты, представленные в форме теорем 1 и 2, распространены на синтез астатических систем управления, в которых для получения астатизма к выходу объекта подключается дополнительный интегратор. Поскольку такой "расширенный" объект управления описывается с использованием вектора состояния, имеющего первые две фазовые координаты канонического вида, то синтез оптимальной системы осуществляется без преобразования описания объекта к канонической форме фазовой переменной и обратно. Конструирование астатической системы управления иллюстрируется примером.

Статья посвящена вопросам разработки платформы для управления распределенными энергетическими ресурсами на основе цифровых двойников. Варианты задач, для решения которых может быть использована платформа, включают управление спросом, зарядку электромобилей, одноранговую торговлю энергией, планирование работы накопителей, организацию виртуальной электростанции и ряд других. Благодаря цифровым двойникам платформа может реализовать такие варианты использования, управляя либо реально эксплуатируемым оборудованием, либо его виртуальными моделями на стадии проектирования. Массовым владельцам и операторам распределенных энергоресурсов платформа предлагает повышение качества электроснабжения (в том числе устойчивости), снижение издержек (в том числе трансакционных), получение новых рыночных возможностей (в том числе участия в программах различных агрегаторов). Поставщикам программного обеспечения и оборудования платформа интересна возможностью быстро компоновать системы управления распределенными энергоресурсами практически без программирования. Проектирование цифрового двойника и платформы выполнено в разрезе архитектурных точек зрения в соответствии с рекомендациями международного стандарта системной инженерии ISO/IEC/IEEE 42010. Описана типовая архитектура формируемых цифровых двойников энергетических систем. Выделены основные типы математических моделей в составе цифровых двойников: физические модели на основе численного решения дифференциальных уравнений и оптимизационных задач, модели машинного обучения, модели на основе знаний. Интероперабельность таких разнородных моделей обеспечивается на основе онтологической модели распределенной энергетики. Для платформы приведены три архитектурных представления, отражающие ключевые точки зрения: функциональное, информационное и программное. Чтобы формализовать и в конечном счете автоматизировать интеграцию разнородных моделей, предложены новые математические методы модельно-ориентированной системной инженерии, основанные на аппарате теории категорий, в том числе на универсальных конструкциях и мультизапятой. Показано, что категорию мультизапятой можно построить с помощью стандартных конструкций произведения, экспоненты и декартова квадрата, что позволяет установить ряд ее практически значимых свойств.

На сегодняшний день климатические изменения, ограниченность доступных природных ресурсов в совокупности с ростом общего объема потребления постоянно повышают требования к сельскохозяйственным объектам. Современные сельскохозяйственные угодья должны приносить все больше урожая с учетом постоянно растущих запросов к качеству готовой продукции. В связи с этим растет потребность отраслевых предприятий в инновационных решениях, обеспечивающих рост производительности и снижение издержек на производстве. Одним из наиболее перспективных инновационных направлений развития агропромышленного комплекса на текущий момент является внедрение роботизированных сельскохозяйственных систем точечного земледелия, нацеленных на автоматизацию различных производственных операций. Одной из актуальных задач в области роботизированных сельскохозяйственных систем автоматизации является задача разработки методов и подходов к точечному орошению и внесению удобрений, отличающихся высоким уровнем автономности, широкой рабочей областью и способностью к выполнению поставленных задач в непрерывном режиме. В рамках настоящего исследования был предложен метод точечного внесения удобрений, основанный на использовании группы гетерогенных робототехнических средств. Гетерогенный состав системы обеспечивает возможность замены аккумуляторных батарей и пополнения растворных баков робототехнических средств, осуществляющих внесение удобрений в зонах выполнения операций посредством использования специализированных наземных роботов. Апробация предложенного метода проводилась в виртуальной среде Gazebo на примере сада колонновидных яблонь площадью в несколько гектаров, включающего в себя более 8000 деревьев. Итоговая консолидированная оценка эффективности предложенного решения, усредненная по всем выделенным группам задач, составила 74,6 %. Средняя доля пропущенных в рамках эксперимента деревьев составила 7,8 %. Согласно результатам проведенного эксперимента предложенное решение позволяет не только успешно выполнять задачи по внесению удобрений на крупных сельскохозяйственных объектах в непрерывном режиме работы, но и проводить автономную идентификацию потенциальных зон, на которых требуется осуществить внесение удобрений.

Рассмотрены технологии имитационного моделирования мобильных робототехнических комплексов. Определены основные требования к среде моделирования, такие как: реалистичность результатов, открытый исходный код, расширяемость, производительность системы, возможность использовать код низкого уровня для симуляции. Выявлены наиболее значимые для моделирования характеристики физических движков, а именно: учет физических свойств твердых тел, возможность настройки крутящего момента, стабильность соединений типа "ось", стабильность моделируемой системы многих тел. Проанализированы современные физические движки, такие как: PhysX, ODE, MuJoCo, Bullet, Havok. Выполнен поиск средств моделирования и составлена сравнительная таблица. Исследована возможность использования платформы Unity для разработки средств моделирования механических и электронных компонентов мобильных роботов. Поставлена цель минимизировать издержки на разработку мобильного робота. Поставлена задача создать программный продукт для имитационного моделирования мобильных робототехнических комплексов. Предложено использовать платформу Unity для разработки средств имитации механических и электронных компонентов робототехнической системы. Разработан набор инструментов для создания виртуальных моделей мобильных роботов с использованием Unity. Составлена схема архитектуры полученного программного пакета. Проведены испытания пакета, построена модель мобильной четырехколесной робототехнической платформы. Представлены алгоритмы работы скриптов для моделирования физики твердых тел, кинематических цепей и механических соединений с различным числом степеней свободы.

Рассматривается задача моделирования заключительного этапа посадки космического аппарата на Луну в системах виртуального окружения. Для решения этой задачи предлагаются методы и алгоритмы синтеза управления движением лунного аппарата с реализацией критериев быстродействия для его переориентации и минимального расхода топлива при его торможении. Управление космическим аппаратом формируется с использованием обратной связи по показаниям виртуальных датчиков, что позволяет реализовать стабилизацию, переориентацию, торможение, маневры, зависание и мягкую посадку космического аппарата на Луну. В работе задействованы технологии виртуальной реальности с реализацией взаимодействия человека с синтезируемой компьютером средой. При этом для управления космическим аппаратом в ручном режиме используются виртуальные руки, которые копируют движения рук оператора и воздействуют на элементы виртуальных органов управления (джойстик, кнопки и т. д.) внутри модели космического аппарата. Апробация предложенных в статье методов и подходов проводилась в созданном авторами программном комплексе виртуального окружения на примере моделирования посадки виртуальной модели пилотируемого транспортного корабля (ПТК) "Орел" в полуавтоматическом режиме. В рамках этого программного комплекса управление космическим аппаратом в ручном режиме реализовано посредством данных, которые поступают от внешних устройств VRгарнитуры шлема виртуальной реальности Oculus Rift CV1 и контроллеров Oculus Touch, предназначенных для трекинга головы и рук оператора, а также отображения синтезируемой стереопары в его глаза. Моделирование посадки космического аппарата на Луну было проведено для этапов, которые начинаются сразу после основного торможения на высоте примерно 2 км и включают свободное падение лунного аппарата, его вертикализацию, горизонтальное и вертикальное торможение, зависание и мягкую посадку. Результаты апробации показали адекватность и эффективность предложенных в статье решений, которые могут быть в дальнейшем использованы для создания тренажеров, предназначенных для обучения космонавтов навыкам управления космическим аппаратом при посадке на Луну.