Приведена расширенная постановка задачи оптимального управления. Отличие расширенной постановки задачи от классической состоит в том, что модель объекта управления состоит из двух подсистем — эталонной модели, которая генерирует оптимальную траекторию движения, и динамической модели объекта управления с системой стабилизации движения вдоль оптимальной траектории. В задаче необходимо найти программную функцию управления, аргументом которой является время, и функцию системы стабилизации, аргументом которой является отклонение вектора состояния объекта управления от оптимальной программной траектории. В задаче задано множество начальных условий, одно из которых используется для поиска программного управления, а остальные — для поиска системы стабилизации. Критерий качества управления определяется как сумма исходного критерия качества для всех заданных начальных условий. Приведена методика преобразования классической постановки задачи оптимального управления к расширенной постановке на основе уточнения задачи в целях ее практической реализации. Для решения расширенной задачи оптимального управления предложен универсальный численный метод на основе кусочнолинейной аппроксимации функции управления с использованием эволюционных алгоритмов и методов символьной регрессии для структурно-параметрической оптимизации функции системы стабилизации. Приведен пример решения расширенной задачи оптимального управления квадрокоптером, который должен провести рекогносцировку заданной территории за минимальной время, для пространственного движения.

Рассматривается импульсный преобразователь напряжения с высокой частотой коммутации ключа с аналоговой системой управления, способной обеспечить требуемые частоты преобразования. Изучаемый преобразователь имеет систему управления с пропорционально-интегральным регулятором, реализованным на основе операционного усилителя общего назначения. Операционные усилители с такими параметрами широко применяются в составе современных микросхем управления импульсными преобразователями напряжения. В работе изучено влияние технологического разброса коэффициента усиления операционного усилителя на динамику преобразователя. Исследования проводились как с использованием разработанной нелинейной динамической модели системы, так и с использованием малосигнальной динамической модели разомкнутого контура. Разработана методика выбора параметров регулятора с учетом технологического разброса коэффициента усиления операционного усилителя на основе нелинейной динамической модели. Анализ результатов, полученных с использованием нелинейной динамической модели, показал значимое влияние указанного разброса на динамику системы даже при значительном удалении частоты среза разомкнутой системы управления от частоты высокочастотного полюса операционного усилителя. Это требуется учитывать при проектировании импульсных преобразователей напряжения с аналоговыми системами управления, а именно при выборе параметров регуляторов.

Показано, что при значениях регулятора, выбранных по предлагаемой методике, влияние технологического разброса коэффициента усиления на частотные характеристики разомкнутого контура в областях низких и средних частот минимально, что говорит об эффективности методики. Предлагаемый подход можно использовать при проектировании импульсных преобразователей электроэнергии с высокой частотой преобразования, где начинает оказывать влияние неидеальность усилителя ошибки.

Проблема построения системы управления подводными аппаратами актуальна в связи с расширяющейся сферой их применения, в том числе в автономных режимах. При этом требуется иметь возможность использовать эти устройства как в квазистационарном, так и близком к импульсному режимах. Таким образом, необходима разработка математической модели динамики аппарата для автономной работы необитаемого подводного аппарата (НПА). Данная статья посвящена проблеме идентификации модели НПА. Проведен сравнительный анализ моделей динамики НПА, среди которых была выбрана модель, использующая присоединенные массы жидкости для описания гидродинамических сил. Для НПА симметричной обтекаемой формы с малым водоизмещением и совершающих плоские движения предполагается, что влияние присоединенной жидкости проявляется в виде увеличения массы и моментов инерции. На модели была построена система управления, предназначенная для стабилизации устройства, после чего она была настроена на существующий образец НПА. Рассмотренные теоретические и экспериментальные методы идентификации динамической модели НПА оказались конкурентоспособными друг с другом и дали сопоставимые результаты для расчета присоединенных масс. Проведенные натурные эксперименты подтверждают, что предложенный метод оценки присоединенных масс достаточно эффективен для построения системы управления, рассчитанной на работу в заданном режиме движения.

Рассматривается регулярная ходьба (вверх или вниз) по лестнице (или наклонной плоскости) человека-оператора с надетым на него экзоскелетоном нижних конечностей, несущего дополнительный груз. Предполагается, что экзоскелетон снабжен высокомоментными электродвигателями без редукторов в коленных, а может быть, и в других суставах. Рассматриваются режимы плоской, одноопорной квазикомфортабельной ходьбы, в реализации которых участвуют как электродвигатели, так и человек-оператор, имеющий опыт работы с данным механизмом. Номинальная картина движения, связанная, в частности, с обходом переносимой ногой препятствий (ступенек) и постановкой ее в положение опоры на следующем шаге, задается и поддерживается человеком. Задачей алгоритма, управляющего электродвигателями, является частичное снижение нагрузки, выпадающей на долю оператора.

С точки зрения минимизации энергозатрат человека наиболее важна опорная нога и в особенности ее коленный сустав. В коленном суставе опорной ноги предлагается использовать алгоритм управления соответствующим электродвигателем, основанный на измерении вертикальной силы реакции опоры в сочетании, быть может, с углом в колене и угловой скоростью. Строится обратная связь, "удачные" значения коэффициентов которой можно предсказать, используя своеобразный метод наименьших квадратов вдоль номинального режима. Задачей этой обратной связи является, фактически, распределение нагрузки, выпадающей на долю оператора и системы электродвигателей. Показано с помощью использования численных методов, какие выгоды в смысле энергозатрат за один регулярный шаг это в принципе может дать. Данный принцип построения обратной связи распространяется далее на моменты опорной ноги в тазобедренном и голеностопном суставах. Предполагается, что переносимая нога управляется всюду только за счет собственных усилий человека-оператора, отсутствие редукторов позволяет осуществлять это без особых потерь на трение, что сказывается, в свою очередь, на малости энергетических затрат и оператора.

Рассмотрена проблема определения ориентации мобильных транспортных роботов, которые сегодня активно применяются практически во всех областях промышленности. Они позволяют интенсифицировать производство, освободить персонал от выполнения рутинных операций, исключить из работы влияние человеческого фактора. На основе анализа различных вариантов активных методов ориентации, предусматривающих использование бинокулярных видеосистем, установленных на самих транспортных средствах, предложено использовать пассивную систему определения ориентации. Она включает единую стационарную монокулярную видеосистему, замену бортовых видеосистем на мобильных роботах на простые датчики излучения, а также использование точек привязки в области их перемещения. Рассмотрен порядок выбора точек привязки при решении задачи ориентации мобильного транспортного робота с использованием монокулярной видеосистемы, в частности для прямоугольного внутрицехового пространства. Определены расчетные формулы для определения координат датчика по пиксельным координатам его изображения, получаемого с монокулярной видеокамеры. Также рассмотрена общая последовательность действий по определению ориентации мобильной робототехнической платформы. В отличие от активных систем, данный метод позволяет значительно упростить аппаратное оснащение, существенно облегчить анализ текущего положения мобильного робота и, тем самым, снизить вычислительную сложность расчетов за счет того, что отпадает необходимость использования сложного математического аппарата. Он заменяется более простыми двумерными геометрическими расчетами. Данный подход за счет единого управления позволяет эффективно согласовывать действия группы мобильных транспортных роботов при их совместном использовании, значительно упрощает решение целого ряда задач оптимизации внутрицехового перемещения мобильных транспортных средств.

Рассматривается динамика и управление роботом KUKA youBot, состоящим из меканум-платформы и закрепленного на ней пятиосевого манипулятора. Разработана математическая модель динамики мобильного робота-манипулятора с учетом конструкции меканум-колес, поликомпонентного контактного трения, динамики приводов робота и взаимного влияния платформы и манипулятора. Предложен закон управления движением робота, обеспечивающий точное перемещение робота в требуемое положение. По результатам численного моделирования подтверждена работоспособность предложенного управления. После окончания переходного процесса наблюдаются высокочастотные составляющие в зависимостях координат и угла курса платформы, а также углов, определяющих положение звеньев манипулятора. Для уменьшения амплитуды указанных высокочастотных колебаний необходимо более точно компенсировать действие гравитационных сил. Показано, что из-за взаимного влияния динамики манипулятора на платформу происходят перемещения платформы относительного исходного положения. По результатам моделирования показано влияние конструкции меканум-колес, поликомпонентного контактного трения и динамики приводов робота, а также взаимное влияние платформы и манипулятора на динамику робота KUKA youBot. Дальнейшие исследования предполагают более детальный анализ и синтез алгоритмов управления в рамках теорий оптимального или адаптивного управления.