Рассматривается алгоритм синтеза динамических регуляторов по выходу (модальных регуляторов), где моды замкнутой системы управления должны располагаться в заданной области (D-области) комплексной плоскости. Основное направление исследования — синтезировать динамические регуляторы минимального порядка, когда полная модальная управляемость по выходу отсутствует. Делается краткий экскурс во внешнюю алгебру Грассманна с целью определить внешнее произведение векторов, на основании чего поясняется операция биальтернированного произведения матриц. Использование биальтернированного произведения матриц позволило ввести функции модальной кластеризации комплексных мод, располагаемых в отдельных трансформируемых D-областях. Для обычного произведения матриц вводятся функции модальной кластеризации вещественных мод, располагаемых в отдельных трансформируемых D-областях. Функции модальной кластеризации преобразуют (трансформируют), соответственно, комплексные или вещественные точки данной ограниченной или неограниченной D-области комплексной плоскости в левую полуплоскость. В статье рассмотрены основные D-области, наиболее широко используемые на практике (диск, конус, степень устойчивости), представлены их матричные функции и функции модальной кластеризации вещественных и комплексных мод. Разработан алгоритм параметрической оптимизации динамических модальных регуляторов по D-областям. Рассмотрены практические примеры синтеза. Для объекта четвертого порядка (двухмассовая слабо демпфированная система с двумя интеграторами и параметрической неопределенностью) синтезирован динамический регулятор второго порядка, обеспечивающий робастное качество.

В автоматических системах регулирования (АСР) промышленных процессов различного типа с запаздыванием при ограничении на значение перерегулирования широко применяется ПИД регулятор с реальным дифференцирующим звеном (далее ПИД регулятор). Как известно, признаком наличия большого запаздывания у объекта регулирования является отношение τob/Tob l 1, где τob, Tob — время запаздывания и максимальная постоянная времени объекта регулирования. При наличии в АСР большого запаздывания и ограничения на выходную координату параметрический синтез ПИД регулятора хорошо известными частотными методами становится затруднительным, что обусловливает интерес к разработке численных беспоисковых алгоритмов параметрической оптимизации, основанных на использовании функций чувствительности для определения градиента критерия оптимальности.

В данной работе предложен алгоритм численной оптимизации, вычисляющий исходя из минимума интегрального квадратичного критерия значения настраиваемых параметров ПИД регулятора в указанных АСР. Чтобы обеспечить отсутствие перерегулирования у результирующего переходного процесса, предлагается на этапе оптимизации вводить в АСР ограничение на регулирующее воздействие, которое, в свою очередь, учитывается путем добавления штрафной функции в интегральный критерий.

Предлагаемый алгоритм основан на методе сопряженных градиентов Полака—Поляка—Рибьера с его известными преимуществами. Составляющие градиента критерия оптимизации вычисляются с помощью таких функций чувствительности, которые позволяют получить все компоненты этого вектора без пробных поисковых вариаций настраиваемых параметров. Для вычисления шага оптимизации авторами реализован соответствующий алгоритм, в основе которого лежит градиентная процедура с применением функции чувствительности выходной координаты АСР к значению шага.

Сходимость предлагаемого алгоритма проверена с помощью вычислительной процедуры на основе зоны притяжения рекордных значений критерия оптимизации, которая определяется положительно определенной матрицей Гессе интегрального квадратичного критерия, построенного на разности усредненного и проверяемого переходных процессов.

Создание технологии анализа ваттметрограммы для контроля основного оборудования нефтяных промыслов всегда представлял как теоретический, так и большой практический интерес. Многочисленные эксперименты показывали, что ваттметрограмма электродвигателя представляет собой сильно зашумленный сигнал, и значительная часть диагностической информации содержится в оценках дисперсии помехи и взаимно корреляционной функции между помехой и полезным сигналом. Отсутствие технологий их анализа затрудняло и затрудняет использование ваттметрограммы для контроля указанного оборудования.

В статье предлагается технология контроля начала неисправностей и ранней диагностики технического состояния штанговых глубинно-насосных установок (ШГНУ), установок электроцентробежных насосов (УЭЦН), блочных кустовых насосных станций (БКНС) нефтяных промыслов. Показано, что в процессе эксплуатации на ваттметрограмме электродвигателей этих объектов отражается информация о начале скрытого периода изменения их технического состояния, которую можно использовать как информативные признаки при их диагностике. Предлагается технология определения оценки взаимно корреляционной функции RXε(μ) между полезным сигналом X(iΔt) и помехой ε(iΔt) ваттметрограммы и технология формирования множества эталонных ваттметрограмм, у которых полученные информативные признаки совпадают с информативными признаками ваттметрограмм характерных неисправностей. Предлагается по информативным признакам текущих и эталонных ваттметрограмм электродвигателей с помощью корреляционных экстремальных систем решить задачу идентификации неисправностей рассматриваемого оборудования. Показано, что, используя предложенную технологию также возможно осуществить контроль начала аналогичных неисправностей ШГНУ путем анализа динамограммы. Приведены результаты экспериментов, показывающих эффективность и целесообразность создания этих систем контроля на основе КЭС.

От роботов все чаще требуется работать в тесном взаимодействии с людьми и другими роботами, при этом такая работа приобретает форму совместного выполнения общей задачи — коллаборации. Существующие методы управления в основном предназначены для высокоуровневого принятия решений автономным агентом, но для внешних взаимодействий необходимы специальные средства реагирования на ситуацию. В данной работе описывается реализация системы управления коллаборативного робота, основанная на эмоционально-потребностной архитектуре и обеспечивающая надежное и интерпретируемое взаимодействие робота с другими агентами. При этом общение оператора с роботом не осуществляется на императивном командном или языковом уровне, а строится на сигнальной коммуникации. Робот является автономным устройством, поведение которого направлено на удовлетворение его актуальных потребностей. Механизм взаимодействия оператора с роботом заключается в том, что сигнал оператора ("команда") активизирует элемент эмоционально-потребностной схемы — шлюз, реализующий обратную эмоциональную связь. Поскольку шлюз осуществляет связь между сенсорикой и поведенческими процедурами, его возбуждение пришедшим внешним сигналом приводит к активизации соответствующей процедуры, как если бы сенсорная система зарегистрировала реальный стимул. Внешний сигнал такого косвенного управления может быть представлен в акустической форме и в виде позы оператора. В потребности робота включены как нужды, обеспечивающие его физическое "выживание" (избежание опасности), так и поддержание социальных связей (сопровождение дружественных агентов). Распознавание других агентов и предметов обстановки выполняется по данным мощной встроенной сенсорики — стереокамер и дальномеров. Робот распознает внешние команды и активизирует шлюз, связанный с наиболее приоритетным действием, причем активность затухает постепенно, что позволяет действиям выполняться некоторое время по внешним командам даже при отсутствии соответствующего внутреннего стимула. Коллаборативный робот, управляемый описанной системой управления, оказался способен выполнять совместно с человеком простейшие задачи патрулирования, действуя предсказуемым и понятным (интерпретируемым) для человека образом.

Рассматривается нелинейная система управления двигательной установкой летательного аппарата самолетной схемы при взлете с пониженной тягой на этапе разбега по взлетно-посадочной полосе (ВПП). Анализируется математическая модель взлета объекта с учетом различных возмущающих воздействий, таких как стартовая масса, состояние поверхности ВПП, ветровое возмущение, реальное значение тяги двигательной установки. Определяется расчетная траектория разбега на основе априори заданных параметров модели объекта и окружающей среды. Для решения задачи управления тягой при отклонении параметров модели объекта и окружающей среды от расчетных значений строится нелинейный закон управления тягой.

Предлагается схема синтеза системы управления тягой, которая реализуется на основе метода линеаризации нелинейной модели объекта обратной связью по выходу. Данный метод сводится к построению нелинейного дифференцируемого преобразования исходных координат. С использованием ряда допущений построен робастный нелинейный закон управления, обеспечивающий формирование сигнала управления тягой для компенсации отклонений между расчетной и реальной траекториями разбега при отсутствии полной априорной информации о параметрах взлета.

Исследованы условия соблюдения технической устойчивости разбега самолета с учетом ограничений по максимальной тяге двигательной установки и максимальной длине разбега по ВПП, а также предложен критерий экстренного прекращения взлета летательного аппарата самолетного типа, когда ресурсы двигательной установки не позволяют компенсировать рассогласование между расчетной и реальной траекториями разбега. Полученный критерий позволяет формировать сигнал для остановки взлета и перехода к режиму экстренного прекращения разбега по ВПП.