В качестве объекта исследований принимается одноканальная двухмассовая мехатронная система с упругими кинематическими звеньями, широко применяемая для управления движением рабочих машин. При затруднениях в измерении всех координат состояния объекта требуемое качество управления может обеспечиваться использованием динамических вход—выходных (полиномиальных) регуляторов, синтезируемых методом полиномиального модального управления.
Исследуется влияние внутренних параметров объекта на степень его управляемости и наблюдаемости, а также на параметрическую грубость синтезируемой системы; разрабатываются методы улучшения указанных системных свойств объекта или его расчетной модели и построения на этой основе робастной мехатронной системы с полиномиальным регулятором.
Для сравнительной оценки степени управляемости и наблюдаемости различных вариантов объекта используются диагональные формы представления грамианов управляемости и наблюдаемости, а также первые нормы матриц, отражающих степень близости системных свойств объекта, представленного в реальных координатах и в канонических формах управляемости и наблюдаемости.
Исследуется влияние малых постоянных времени (быстрых движений) силового преобразователя, электромагнитной цепи электродвигателя и механической части, а также внутреннего трения кинематической передачи на системные свойства объекта и параметрическую грубость синтезируемых систем.
Выявляются условия неблагоприятного характера этого влияния и предлагаются методы его компенсации, основанные на дальнейшем снижении указанных параметров и их исключении из расчетных моделей объекта для улучшения исходных системных свойств и синтеза робастных систем, а также на повышении быстродействия главного контура управления путем исключения избыточных ускорений при отработке управляющих воздействий за счет коррекции инерции внеконтурного префильтра.
При наличии внутреннего трения в кинематических звеньях, приводящего к появлению нуля в передаточной функции объекта, улучшение системных свойств его расчетной модели и достижение робастного управления обеспечивается применением разработанного грамианного метода, введением дополнительных виртуальных каналов управления и выполнением модального синтеза основного полиномиального регулятора по улучшенной модели объекта.

Рассматривается задача управления однозвенным бортовым технологическим манипулятором на мобильной платформе с временными задержками в системе управления, которые появляются, в частности, в исполнительных устройствах манипулятора. Манипулятор установлен на платформе мобильного робота, который содержит колесную и гусеничную группы. Перемещение колесной и гусеничной групп относительно друг друга позволяет выполнить реконфигурацию транспортной системы для преодоления препятствий, а манипулятор предназначен для выполнения технологических операций, например разбора завалов при чрезвычайных ситуациях. Исследуется билинейная модель для бортового однозвенного манипулятора, который используется в составе реконфигурируемого мобильного робота. Построена математическая модель манипулятора для нахождения оптимального управления с задержкой. Модель процесса управления однозвенным манипулятором описывается нелинейной моделью с запаздыванием. Управляющий момент исполнительного устройства формируется с помощью регуляторов с последействием от начала движения до текущего момента. Задачей оптимального управления манипулятора является определение допустимого управления, минимизирующего функционал, который описывает отклонение угла перемещения манипулятора от заданного положения и близость его угловой скорости к нулю. Допустимое управление представляет собой кусочно-непрерывную функцию. Найдено минимизирующее функционал управление, зависящее от времени и от измеряемой траектории. Функционал и управление соответствуют уравнению Беллмана. Задача синтеза оптимального управления однозвенным манипулятором сведена к нахождению решения системы дифференциальных уравнений, удовлетворяющего граничным условиям на концах интервала управления. В результате получено оптимальное управление манипулятором, траектория движения которого зависит от задержек в системе управления.

В современных автоматизированных системах и робототехнике для решения разного рода прикладных задач без участия человека широко используется машинное зрение — научное направление в области искусственного интеллект — и связанные с ним технологии получения изображений объектов реального мира, их обработки и использования полученных результатов. Большинство подсистем машинного зрения используют искусственные нейронные сети для решения таких задач, как обнаружение, классификация и сегментация объектов. Эффективность подсистем машинного зрения может быть оценена с помощью множества критериев, ключевым из которых является точность решения соответствующей задачи, например точность классификации объектов.
Использование традиционных методов повышения точности, основанных на оптимизации структуры нейронной сети и нейронов, подборе гиперпараметров, не гарантируют стабильность результатов при изменениях условий съемки, например, при изменении освещения, ракурса съемки, зашумления. Увеличивается и становится неприемлемым число ложных обнаружений объектов в недопустимых позициях, или число пропусков объектов и ошибок классификации и сегментации. Альтернативным направлением повышения точности является использование методов аугментации данных для обучения сетей — получения синтетических изображений, обеспечивающих особые свойства обучающей выборки. Однако в исследованиях, посвященных методам аугментации, отсутствует анализ структуры изображения с точки зрения карт значимости, что не позволяет эффективно синтезировать обучающие данные.
Для решения задачи повышения точности нейросетевой обработки изображений разработан итерационный метод аугментации, базирующийся на новых принципах синтеза изображений. Метод позволит парировать ложные активации нейронов за счет снижения влияния неключевых признаков на карте значимости изображения на результат классификации объектов. Предложенный метод был использован при обучении нейронных сетей стоматологического робота-тренажера. Разработано программное обеспечение, позволяющее синтезировать новые изображения в автоматическом режиме и выполнять обучение сети. При использовании предложенного метода аугментации наблюдается повышение точности классификации объектов на 2...10 %.

Представлена методика синтеза закона следящего управления движением квадрокоптера с гарантированным быстродействием. Динамическая модель квадрокоптеров представляет собой сложную систему с шестью степенями свободы. Для синтеза закона управления для системы сначала строится архитектура управления, а затем выводятся законы управления для каждой подсистемы. Свойство сходимости каждого закона управления обеспечивается за счет использования виртуальной системы в виде системы со строгой обратной связью, которая применяется для синтеза законов управления. Закон управления выводится с помощью диффеоморфизма между подсистемой и виртуальной системой. Сходимость гарантируется с помощью специальной функции Ляпунова. Результаты моделирования подтверждают эффективность разработанных законов управления.

Решается задача поиска нестационарного объекта в ограниченной топологически замкнутой области многоагентной системой летательных аппаратов квадрокоптерного типа. В качестве алгоритма управления многоагентной системой предлагается метод квазитеплого движения (МКТД). Идейно МКТД основан на поведенческом повторении движения частиц газа, где с помощью уже известных из термодинамики интегральных параметров, таких как среднеквадратичная скорость, частота взаимодействий, оценивается устойчивость системы и качество решения поставленных перед роем задач. Условная аналогия движений летательных аппаратов с молекулярной динамикой в МКТД обеспечивается системой управления каждого агента, которые могут информационно взаимодействовать друг с другом. В работе показана эффективность применения метода МКТД к поиску динамической цели в ограниченном пространстве на основе многочисленных моделирований в специально разработанной среде MASPlatform, представляющей виртуальный полигон. В программном обеспечении MASPlatform реализовано движение тридцати агентов в пространстве размером 300 на 300 м. Динамика каждого агента описана системой нелинейных дифференциальных уравнений с кватернионным регулятором. На основе многочисленных моделирований поисковой задачи МКТД делается вывод об эффективности.
Получены оценки численности роя в зависимости от пространства поиска. Предложен подход к оценке времени поиска роевой системой, функционирующей в режиме МКТД, нестационарного объекта с известной динамикой в ограниченном пространстве на основе термодинамического параметра "средняя длина свободного пробега". Данный параметр важен для реальных систем, где есть ограничения энергетического ресурса агента.

Решается задача обеспечения инспекционного движения одного космического аппарата (инспектора) относительно другого космического аппарата (опорного), двигающегося по круговой орбите. Под инспекционным понимается движение инспектора вокруг опорного космического аппарата. В невозмущенном движении можно выбрать начальные условия, обеспечивающие замкнутую траекторию движения инспектора относительно опорного космического аппарата, однако влияние сжатия Земли с полюсов будет приводить к эволюции такой траектории. В работе приведены два подхода, позволяющие выбрать начальные параметры движения опорного космического аппарата и инспектора, при которых реализуется инспекционное движение. При этом математические модели движения учитывают вторую зональную гармонику гравитационного потенциала Земли (сжатие Земли с полюсов). В данной работе движение инспектора рассматривается в плоскости опорного космического аппарата, имеющего круговую орбиту. Первый подход заключается в выборе начальных положений опорного космического аппарата на своей орбите, при которых равны слагаемые гравитационного потенциала Земли, содержащие вторую зональную гармонику, для опорного космического аппарата и для инспектора. В качестве начального положения опорного космического аппарата понимается его аргумент широты. Для данного случая проверяется гипотеза, что при равенстве слагаемых гравитационного потенциала, содержащих вторую зональную гармонику, относительное движение опорного космического аппарата и инспектора будет близко к невозмущенному. Тогда в качестве начальных условий движения инспектора используются условия, обеспечивающие замкнутую инспекционную траекторию для невозмущенного движения. Получены аналитические соотношения, позволяющие выбрать необходимые параметры движения и описывающие ограничения на выбор этих параметров. Второй подход заключается в выборе относительной скорости инспектора, обеспечивающей инспекционное движение с учетом влияния сжатия Земли. В рамках данного подхода используется равенство полных орбитальных энергий инспектора и опорного космического аппарата, что позволяет реализовать инспекционную траекторию для любого положения опорного космического аппарата на своей орбите.