Рассматривается обобщенная концептуальная модель, положенная в основу предложенного авторами подхода к решению проблемы создания интегрированных информационно-управляющих систем (ИУС) для принятия управленческих решений, которые будут встроены в общую структуру вертикально-интегрированных объектов хозяйственной деятельности (ОХД) для поддержания их в жизнеспособном состоянии. Под жизнеспособностью принимается свойство ОХД поддерживать множество ключевых технологических, производственных и бизнес-показателей в безопасных и эффективных диапазонах в течение своего жизненного цикла (ЖЦ), находясь при этом под воздействием комплекса деструктивных внутренних и внешних факторов. Проблему синтеза обобщенной структуры рассматриваемого управляющего комплекса предлагается решать на базе системно-кибернетического подхода, который позволяет данную проблему рассматривать как проблему управления его структурной динамикой. Управление структурной динамикой, в свою очередь, позволит поддерживать регламентированный уровень жизнеспособности ОХД как управляемого объекта на ключевых этапах его ЖЦ. Предложенная структура модельно-алгоритмического обеспечения (МАО) базируется на методологии управления сложностью. Данная методология, в свою очередь, положена в основу методического подхода, который обосновывает порядок планомерного и эволюционного перераспределения ролей между управленческими коллективами ОХД в составе лиц, принимающих решения, и функционально им эквивалентными информационно-управляющими программно-аппаратными комплексами. В качестве примера прикладного применения предложенного МАО приведены результаты создания структуры ИУС, которая реализуется путем перевода из исходного многоструктурного состояния в качественно иное из множества допустимых. Различные многоструктурные состояния характеризуются различными реализациями технологий управления, такими как автоматическое многофакторное, автоматическое оптимальное и пр. При формировании вновь синтезированных структур ИУС были использованы современные и перспективные средства и подходы к реализации технологий системного моделирования на базе имитационно-статистического и нечетко-возможностного подходов.

   Рассматривается задача аналитического конструирования оптимальных регуляторов (АКОР) для одномерных линейных стационарных объектов по функционалу обобщенной работы (ФОР) А. А. Красовского. Использование ФОР в сравнении с использованием квадратичного функционала качества существенно упрощает расчет оптимального регулятора — расчет его матрицы коэффициентов в основном состоит в решении линейного матричного уравнения Ляпунова, что в отличие от нелинейного матричного уравнения Риккати принципиально уменьшает объем вычислений. Кроме того, использование ФОР обеспечивает лучшие запасы устойчивости конструируемой системы по амплитуде и фазе. Настоящая работа посвящена разработке метода решения задачи АКОР А. А. Красовского в частотной (комплексной) области, который сводит определение коэффициентов передаточной функции оптимального регулятора для объекта n-го порядка к решению соответствующей системы n линейных алгебраических уравнений. В связи с этим предложенный метод решения задачи АКОР А. А. Красовского отличается многократно меньшим объемом вычислений в сравнении со стандартным методом, в котором решается матричное уравнение Ляпунова с искомой матрицей размерности nЅn. Предложенный метод синтеза оптимальных систем управления, имеющий аналитический характер, стал основой решения обратной задачи АКОР А. А. Красовского, которая состоит в определении значений весовых коэффициентов ФОР, обеспечивающих заданные первичные показатели качества синтезируемой системы управления. С использованием его соотношений разработан относительно простой метод расчета коэффициентов ФОР, исходя из заданных значений коэффициентов ошибок для конструируемой динамической системы.

   Представлена система управления в скользящем режиме, основанная на алгоритме Jaya для фазового сдвига двухроторной вибрационной установки. Двухроторная вибрационная установка представляет собой сильно нелинейную систему, которая имеет множество прикладных применений в практических системах. Задачей управления для этой модели является проектирование регуляторов, обеспечивающих фазовый сдвиг в соответствии с желаемым значением и синхронизацию скорости двух роторов. Для решения этой задачи авторы используют ПИ регуляторы для синхронизации скорости двух роторов и регулятор в скользящем режиме для фазового сдвига. ПИ управление является эффективным методом проектирования регуляторов для практических систем. Кроме того, управление в скользящем режиме является одним из наиболее эффективных методов проектирования надежных регуляторов для нелинейных систем, подверженных внешним воздействиям. Однако определение коэффициентов ПИ регуляторов и регуляторов в скользящем режиме представляет собой вызов для исследователей. В данной работе алгоритм Jaya используется для поиска коэффициентов этих регуляторов, которые гарантируют желаемый фазовый сдвиг двух роторов, синхронизацию скорости двух роторов и ограничение управляющих законов. Результаты моделирования иллюстрируют эффективность предложенного метода.

   Рассматриваются различные кинематические схемы шагающих движителей мобильных роботов. Среди них – цикловые с различным числом звеньев, зооморфные, инсектоморфные, ортогональные и другие. Движители могут отличаться друг от друга числом приводов. Приведены примеры шагающих машин и лабораторных образцов с такими движителями. Обосновываются важность и значимость задач обеспечения точности позиционирования стопы движителя как рабочего органа механизма шагания, обусловленных необходимостью ее постановки на опорную поверхность в заданной точке при переносе движителя. Это также необходимо для преодоления препятствий, идентифицируемых информационно-измерительной системой и имеющих определенные габаритные размеры и расположенные в определенных местах на опорной поверхности. Такое движение должно сопровождаться минимальностью высоты подъема стопы, что обеспечивает минимум энергозатрат. Дополнительно обосновывается необходимость обеспечения требуемой скорости стопы механизма шагания движителя в фазе ее взаимодействия с опорной поверхностью, что объясняется поддержанием одинаковых скоростей опорных стоп в относительном курсовом движении в фазе реализации тягового усилия. Даже при незначительном различии в скоростях опорных стоп тяговое усилие развивает только движитель, стопа которого двигается с максимальной скоростью. Остальные движители работают в тормозном режиме. Компенсация возможна только за счет жесткости статической характеристики двигателя и вязко-упруго-пластичных свойств грунта. В этом случае на двигатели приводов накладывается повышенная нагрузка и поэтому снижается энергоэффективность. Задача оценки точности позиционирования решается известными методами с помощью введения передаточных функций механизма шагания. Передаточные функции связывают между собой перемещение выходного элемента двигателя соответствующего привода и рабочего органа механизма шагания — стопы. Для решения задачи оценки точности механизма шагания по скорости стопы вводятся новые передаточные функции, являющиеся компонентами новой матрицы. Их характерной особенностью является зависимость от скоростей выходных элементов исполнительных двигателей. Получено уравнение движения, обеспечивающее оптимальность по точности позиционирования и скорости.

   Активное развитие теории электропривода в последние десятилетия привело к появлению различных методов управления асинхронными трехфазными двигателями, продвигаемых ведущими фирмами-разработчиками приводов, соперничество между которыми неизбежно порождает ложные представления о реальных возможностях и характеристиках этих методов. Кроме того, литературные источники по данной тематике нередко обходят стороной позиционные приводы, управляющие углом поворота, сосредотачивая, в свою очередь, внимание на скоростных приводах, и то же самое можно сказать о предпочтении приводов на основе синхронных двигателей приводам асинхронным. В этом исследовании решается задача комплексного сравнения характеристик следящих приводов, построенных на основе классических схем векторного управления и прямого управления моментом на уровнях теоретического описания математических моделей и компьютерного исследования их функционирования. Для решения этой задачи приведены и проанализированы математические описания и функциональные схемы приводов, построенных на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с применением указанных систем управления. Также разработаны модели указанных систем в среде Simulink программы MATLAB, учитывающие нежесткость механической передачи и моменты сопротивления различного рода и позволяющие сформировать количественную оценку ключевых для анализа характеристик. Приведены результаты компьютерного исследования на примере привода с конкретным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором ДМЧЦ 80-2-8ОМ2 для каждого варианта системы в нескольких режимах работы, представляющих интерес для разных вариантов практического применения подобных приводов и выявления отдельных особенностей рассматриваемых методов управления. Сформулированные в результате преимущества и недостатки, а также рекомендации по использованию сравниваемых систем приводов достаточно универсальны и могут быть использованы при проектировании различных приводов как с асинхронными, так и с синхронными исполнительными двигателями переменного тока.

   Обсуждаются вопросы управления промышленным производством класса Индустрии 4.0 на основе цифровых двойников производственного процесса и изделий. Определены принципы применения цифровых двойников в производственном цикле. Описан вариант состава комплексной автоматизированной системы управления производством, включающий наряду с цифровыми двойниками системы проектирования технологических процессов, технологической подготовки производства, производственного планирования и оперативного управления, мониторинга промышленного оборудования, управления ресурсами, управления инженерными данными об изделиях, управления закупками и логистикой, управления качеством и приемкой изделий, управления эксплуатацией, техническим обслуживанием и ремонтом изделий, ведения нормативно-справочной информации. Указаны функции цифровых двойников в такой системе, среди которых выделена в качестве наиболее важной виртуальная отработка и корректировка технологических процессов и производственных планов в реальном времени. Очерчены варианты использования цифровых двойников на последующем этапе эксплуатации изделий. Рассмотрен порядок формирования и развития цифровых двойников по мере проектирования и строительства производственных предприятий. На начальной стадии сбора требований и составления технического задания на проектирование предприятия предложено создавать приближенную имитационную модель производственного цикла, позволяющую оценивать адекватность ключевых требований. На последующих стадиях жизненного цикла предприятия имитационная модель обогащается до полноценного цифрового двойника и дополняется другими компонентами системы управления. Показано, что такой процесс развития цифровых двойников может выполняться на высоком уровне формальной строгости и автоматизации с привлечением математического аппарата теории категорий. Для этого введена новая конструкция категории гибкой мультизапятой, представляющая всевозможные варианты архитектуры предприятия с некоторой заданной точки зрения в смысле стандарта ISO/IEC/IEEE 42010. Гибкая мультизапятая определяется сигнатурой, составленной из функторов представления составных частей архитектуры с выбранной точки зрения. Доказано, что в гибкую мультизапятую вкладывается мультизапятая любой фиксированной формы, производной от сигнатуры.