Рассматривается проблема планирования движения в двумерной среде на базе нейронных сетей глубокого обучения. Как известно, глубокие нейронные сети требуют больших объемов данных и предъявляют высокие вычислительные требования к средствам обучения. Отсутствие достаточного объема данных приводит к снижению точности нейронной сети, а высокие вычислительные требования на стадии обучения ограничивают применение данной технологии в инженерной практике. В данной работе исследуются формы представления карты среды для подачи на вход нейронной сети. Векторная форма позволяет сократить объем информации, подаваемой на вход нейронной сети, однако она приводит к необходимости использовать более сложные нейронные сети. В данной статье предложена комбинированная форма представления, включающая векторную глобальную и локальную растровую карты. Векторная часть карты включает в себя положение робота, положение целевой точки и описание препятствий, аппроксимированных прямоугольной формой. Локальная растровая карта описывает ближайшую к роботу область в текущий момент времени. С помощью численного исследования показана эффективность такой формы представления данных для сверточной нейронной сети по сравнению с растровым представлением карты. Для повышения точности работы нейронной сети и устранения зацикливаний также используется уменьшение числа возможных направлений движения. Исследованы две структуры нейронных сетей, в одной из которых используется восемь возможных направлений движения, а в другой — три возможных направления движения. Показано, что при использовании трех возможных направлений устраняются зацикливания траекторий, планируемых нейронной сетью, что приводит к повышению точности. Применение векторно-растрового описания среды позволяет повысить вероятность успешного достижения целевой точки на 5...10 % по сравнению с растровым описанием среды. Также исследовано влияние числа сверточных слоев и гиперпараметров на точность обучения.

Предложен алгоритм управления нелинейными объектами с секторной нелинейностью и с постоянным известным запаздыванием в канале управления. Для синтеза закона управления используется предиктор регулируемой переменной, дающий прогноз вектора состояния на время запаздывания. В отличие от предиктора О. Смита рассматриваемый предиктор может быть применен к неустойчивым системам, а в отличие от предиктора А. Манитиус и А. Олброт предлагаемый предиктор не содержит интегральной составляющей, требующей точной реализации для прогноза регулируемого сигнала. Далее на базе предложенных предикторов строятся субпредикторы, которые являются последовательным соединением серии сходных предикторов, но с меньшим временем запаздывания. В результате использование субпредиктора позволяет управлять объектами с бóльшим временем запаздывания, что отражено в уравнении замкнутой системы, где запаздывание во столько раз меньше исходного, сколько используется предикторов в схеме прогноза регулируемой переменной. С использованием метода функционалов Ляпунова—Красовского и S-процедуры получены достаточные условия устойчивости замкнутой системы в виде разрешимости линейных матричных неравенств. Доказана асимптотическая сходимость к нулю вектора состояния и предельная ограниченность всех сигналов в замкнутой системе. Показано, что полученные линейные матричные неравенства зависят от параметров объекта, границ сектора для нелинейности и запаздывания, что позволяет рассчитать их предельные значения, когда замкнутая система сохраняет устойчивость. Данные задачи могут быть актуальны при расчете предельного значения сектора рассматриваемой нелинейности или предельного значения запаздывания при удаленном управлении. Приведены результаты компьютерного моделирования, которые иллюстрируют эффективность предложенных подходов и демонстрируют увеличение возможного запаздывания в объекте при использовании субпредикторной схемы. В примере показано, что при использовании последовательного соединения двух субпредикторов вместо одного можно увеличить предельное запаздывание в канале управления в два раза. При этом в отличие предиктора А. Манитиус и А. Олброт субпредкиторная схема проста ввиду отсутствия реализации интегральной составляющей.

Рассматривается игра трех игроков на плоскости — атакующего, цели и защитника (ADT-игра). Динамика атакующего описывается простыми движениями, а цель и защитник движутся по прямым траекториям. При этом в модели игры атакующий получает информацию об окружающей обстановке по акустическому каналу, в котором цель и защитник излучают некоторые сигналы, а область видимости этого канала ограничена конусом. Задача атакующего заключается в перехвате цели, а задача коалиции цель—защитник состоит в том, чтобы максимально отсрочить перехват, воздействуя на приемный канал атакующего. В процессе погони атакующий использует закон пропорционального наведения и различные алгоритмы оценки пеленга цели, которые считаются известными коалиции цель—защитник. Исследуется поведение системы при использовании известного и перспективного интеллектуального алгоритма наведения. Для каждого случая ставится оптимизационная задача по углу выпуска защитника с целью увеличить время перехвата, проводится моделирование динамики всех игроков и различных траекторных способов движения защитника в условиях бесшумового и зашумленного каналов наблюдений, сравниваются полученные результаты.

Рассматриваются так называемые алгоритмы калмановского типа (АКТ), среди них выделен класс квазилиней- ных АКТ, особенностями которых является гауссовская аппроксимация апостериорной функции плотности распределения вероятностей на каждом шаге и процедура обработки текущего измерения, основанная на идеологии построения линейного оптимального алгоритма. Обсуждается единая структура таких алгоритмов и их особенности. Введены две группы квазилинейных АКТ: первая — алгоритмы, использующие разложение нелинейных функций в ряд Тейлора, а вторая — так называемые линейные регрессионные АКТ. Рассмотрены способы их построения, а также описаны общие черты, присущие алгоритмам каждой из выделенных групп. Значительное внимание уделяется АКТ, получившим наиболее широкое распространение при решении практических задач: обобщенному фильтру Калмана и полиномиальным фильтрам второго и третьего порядков как представителям первой группы и ансцентному и кубатурному фильтрам Калмана — как представителям второй группы. Проводится их сравнительный анализ на примере решения задачи оценивания скалярной марковской последовательности при наличии нелинейностей в формирующем фильтре и в уравнениях измерений. Для всех исследуемых алгоритмов приводятся формульные зависимости в виде, удобном для сопоставления. Опираясь на эти соотношения, выявляются возможные причины снижения точности и нарушения свойств состоятельности. С использованием предложенной ранее методики, основанной на методе статистических испытаний, проведено предсказательное моделирование, позволившее подтвердить выводы, полученные предварительно на основе анализа соотношений для сопоставляемых алгоритмов, и оценить их вычислительную сложнос ть. Результаты исследования могут быть полезны разработчикам, связанным с обработкой измерительной информации при выборе алгоритма фильтрации для решения конкретных практических задач оценивания.

Проведен анализ способов распределения тяговых усилий в различных движителях мобильных робототехнических комплексов и транспортных машин. Рассматривается задача синтеза метода управления распределением общей тяговой нагрузки между взаимосвязанными электроприводами движителей мобильного робота, дискретно взаимодействующих с опорной поверхностью. Моделируется подводный мобильный робот с несколькими "шагающеподобными" якорно-тросовыми движителями, которые обеспечивают перемещение подводного мобильного робота за счет подтягивания корпуса к расположенным на дне опорам. Предложена математическая модель прямолинейного движения мобильного роботизированного аппарата с движителями шагающего типа. Дано математическое описание электропривода движителя такого мобильного робота с учетом его кинематической передаточной функции. Показано, что общее тяговое усилие, реализуемое мобильным роботом, является источником момента сопротивления в электроприводе каждого движителя. В связи с этим в дифференциальное уравнение электроприводов движителей введены коэффициенты, характеризующие распределение тягового усилия. Особенностью функций этих коэффициентов является их зависимость от пройденного пути, скорости и силы сопротивления движению. Для оптимизации распределения общей тяговой нагрузки между движителями составлен целевой функционал. Показано, что в качестве такого целевого функционала может быть выбрано требование минимума суммарных тепловых потерь во взаимосвязанном электроприводе движителей. Для поиска минимума рассматриваемого функционала составлены уравнения Эйлера—Пуассона. В качестве дополнительного ограничения введено условие физической реализуемости. Представлены результаты решения такой оптимизационной задачи на простейшей расчетной схеме из двух электроприводов постоянного тока, между которыми распределяется нагрузка по прямолинейному перемещению твердого тела. В результате решения сформулированной оптимизационной задачи получены зависимости управляющих воздействий для электроприводов (напряжения для электроприводов постоянного тока), графики изменения целевой функции, обеспечивающей оптимальное распределение тяговых усилий между ними, а также доказана оптимальность такого распределения.

Применение малых ветроэнергетических установок остается достаточно актуальным. В частности, они могут оказаться эффективными для зарядки аккумуляторов в удаленных локациях, в которых отсутствует централизованное электроснабжение (в том числе, в Арктике, на Дальнем Востоке и т. д.). Они могут также использоваться и в рамках миссий на планеты, обладающие атмосферой.
Одним из перспективных конструктивных решений для малой ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения является гибридная установка. Она состоит из двух ветротурбин, имеющих общую ось вращения: внешней (ветротурбина Дарье) и внутренней (ротор Савониуса). Такая схема представляет собой компромисс между достаточно высокими мощностными характеристиками турбины Дарье и хорошими стартовыми способностями ротора Савониуса.
Известно, что один из типичных режимов зарядки аккумулятора — зарядка постоянным током. В данной работе рассматривается гибридная установка, к генератору которой подключен стабилизатор тока. Нагрузка имитируется с помощью активного сопротивления. Предполагается, что генератор представляет собой генератор постоянного тока.
Построена замкнутая математическая модель изучаемой системы. Аэродинамическое воздействие моделируется с помощью квазистатического подхода. Предполагается, что характерное время протекания электрических процессов много меньше характерного времени протекания механических процессов. Исследуется влияние нагрузочного сопротивления на поведение системы. Показано, что при определенных условиях в системе существуют несколько стационарных режимов (до пяти). В этом случае не менее двух из них являются притягивающими. Соответственно, при изменении нагрузочного сопротивления возможен гистерезис угловой скорости стационарного режима.
Отмечено, что в ряде ситуаций неустойчивый стационарный режим (который соответствует меньшей угловой скорости турбины, чем устойчивый), может оказаться предпочтительным (например, для снижения нагрузки на подшипники). В связи с этим предложена стратегия управления сопротивлением, обеспечивающая стабилизацию неустойчивого стационарного режима.