Предлагается новый алгоритм управления для неустойчивых линейных систем с запаздыванием в канале управления при наличии внешних ограниченных возмущений. Доступен измерению выходной сигнал объекта, но не его производные. Для оценивания вектора состояния объекта используется наблюдатель Люенбергера. Затем проектируется субпредиктор, который прогнозирует будущие значения состояния наблюдателя. На его основе формируется сигнал управления, обеспечивающий устойчивость замкнутой системы. Далее используются вспомогательный контур и наблюдатель производных для получения оценки внешнего возмущения. С использованием оценки возмущения создается субпредиктор возмущений, выполняющий многошаговое прогнозирование данных возмущений. Такой многошаговый подход приводит к структуре замкнутой системы с запаздыванием по состоянию, где новое значение запаздывания меньше исходного во столько раз, сколько субпредикторов используется. Данный подход позволяет управлять объектами с большим запаздыванием в канале управления, чем при использовании одного предиктора. С использованием теоремы Лагранжа о среднем формируется субпредиктор возмущения, где будущее значение оценки возмущения зависит от его настоящего значения и конечного набора предыдущих измерений. В отличие от существующих аналогов, где прогноз осуществляется путем разложения возмущения с использованием формулы Тейлора, в настоящей статье для реализации будущего значения возмущения не требуется оценивать его производные, что повышает качество регулирования при наличии помех в канале измерения. Также использование субпредиктора возмущения позволяет сократить время прогноза возмущения по сравнению с использованием одного предиктора возмущений во столько раз, сколько используется субпредикторов. С помощью методов функционалов Ляпунова—Красовского получены достаточные условия устойчивости замкнутой системы в виде решения линейных матричных неравенств. Использование линейных матричных неравенств позволяет рассчитать предельное значение времени запаздывания, при котором замкнутая система остается устойчивой. Эффективность предложенного подхода подтверждена результатами компьютерного моделирования в среде MATLAB Simulink.

Рассмотрены особенности мостов. Отмечено, что в процессе эксплуатации мосты подвергаются влиянию внешних факторов, например, изменению температуры, порывам ветра, гололеду, ливневым дождям, сейсмическим и оползневым воздействиям и др. В результате в конструкциях мостов появляются повреждения, коррозия, неисправности и т. д. Поэтому создаются системы мониторинга технического состояния моста. Однако эти системы мониторинга не дают возможность выявить латентный период возникновения неисправности в конструкции моста и проследить динамику ее развития. Отмечено, что образование даже самых незначительных неисправностей в конструкциях моста сопровождается появлением в вибрационном сигнале аддитивной помехи, коррелированной с полезным сигналом. Характеристики этой помехи несут в себе информацию об образовании дефектов и неисправностей в конструкциях моста. Однако помеху невозможно выделить из зашумленного вибрационного сигнала, чтобы вычислить оценки этих характеристик традиционными методами. Поэтому разработаны алгоритмы вычисления характеристик помехи зашумленного вибрационного сигнала. Предложены технологии раннего обнаружения неисправностей моста, а также анализ динамики их развития по интервальным оценкам дисперсии помехи. Составлена матрица и модель неисправного технического состояния моста. Для контроля динамики развития неисправностей составлены доверительные интервалы для оценок дисперсии помехи зашумленного вибрационного сигнала в различные моменты времени. Установлено соответствие между каждым значением доверительного интервала дисперсии помехи зашумленного вибрационного сигнала и степенью развития неисправности или дефекта мостового сооружения. Для каждой верхней границы доверительного интервала дисперсии помехи вычислено отношение дисперсии помехи к дисперсии полезного сигнала, и определена динамика развития степени опасности. Показано, что применение разработанных алгоритмов и технологий в системах мониторинга позволят сигнализировать о зарождении неисправности и дефекта в скрытом периоде их появления, что обеспечивает безопасность, надежность и эффективность функционирования мостового сооружения и уменьшает риск возможной аварии.

Рассматриваются особенности влияния морального устаревания комплектующих изделий, сопровождающегося снижением их доступности из-за снятия с производства, на технико-экономическую эффективность функционирования сложных органицациионно-технических систем непрерывного применения. Выявлена связь между снижением доступности запасных элементов и возрастанием длительности вынужденных простоев функционирования системы. Предложено компенсировать технико-экономическое устаревание за счет проактивного управления устареванием, связанного с заблаговременным принятием мер по формированию запасов элементов на основе прогнозов остаточного срока службы сложной организационно-технической системы по критерию снижения технико-экономической эффективности. Изложены основные результаты разработки математической модели прогнозирования полного и остаточного ресурсов сложной организационно-технической системы по критерию технико-экономической эффективности. Введены понятия "предельного состояния сложной организационно-технической системы по критерию снижения технико-экономической эффективности", "полного срока службы до технико-экономического устаревания" и "остаточного срока службы до технико-экономического устаревания" сложной организационно-технической системы. Приведены результаты разработки математической модели прогнозирования полного и остаточного сроков службы сложной организационно-технической системы по критерию технико-экономического устаревания. В математической модели учтены затраты на создание системы, обеспечение ее эксплуатации с требуемой надежностью и стоимость ущерба от вынужденных простоев. Построены графики зависимости от времени результирующего полезного фактического эффекта от функционирования системы с учетом возрастания интенсивностей отказа и снижения интенсивности восстановления комплектующих элементов, отражающих совместное влияние физического старения и морального устаревания. Приведен алгоритм и пример прогнозирования полного и остаточного сроков службы до технико-экономического устаревания сложной организационно-технической системы непрерывного применения.

В работе рассматриваются и сравниваются три различных подхода к решению прямой задачи кинематики роботов-манипуляторов последовательной кинематической структуры: метод однородных матриц преобразования координат, кватернионный метод и метод бикватернионов. Актуальность исследования обусловлена высокими требованиями к скорости и точности решения кинематических задач в современных робототехнических системах, особенно в критически важных областях, таких как медицина и атомная промышленность, где задержки или ошибки могут привести к критическим последствиям. Для каждого метода приведено подробное описание математического аппарата. Выполнен детальный теоретический пооперационный анализ вычислительной сложности каждого подхода, учитывающий число арифметических операций и тригонометрических вычислений. Особое внимание уделено практической оценке эффективности реализации методов на микроконтроллере с архитектурой ARM Cortex-M4F, широко применяемом в системах управления робототехническими устройствами. Проведено экспериментальное сравнение производительности методов в различных режимах компиляции с использованием данных одинарной и двойной точности. Установлено, что кватернионный и бикватернионный методы, несмотря на формально большее число арифметических операций по теоретической оценке, превосходят классический матричный метод по скорости выполнения на практике. Это объясняется меньшим числом обращений к оперативной памяти, более простой структурой операций, позволяющей эффективно использовать конвейеризацию, а также использованием половинных углов, вычисление тригонометрических функций для которых является более быстрым. Кроме того, данные методы имеют компактное представление и обладают рядом концептуальных преимуществ: отсутствие проблемы шарнирного замка, плавная интерполяция ориентаций, устойчивость к накоплению численных ошибок и возможность эффективного формирования якобианов. Эти свойства делают кватернионные и бикватернионные методы особенно ценными для современных робототехнических систем, работающих в реальном времени с ограниченными вычислительными ресурсами.

Ветротурбины Савониуса, как и все турбины с вертикальной осью вращения, не требуют системы ориентации на ветер. Кроме того, они начинают вращаться при достаточно низких скоростях потока. Эти обстоятельства, вкупе с относительной простотой изготовления таких ветротурбин, позволяют рассматривать их как достаточно перспективный вариант конструкции ветроприемного устройства, в том числе предназначенного для работы в удаленных местностях.

В данной работе рассматривается малая ветроэнергетическая установка, состоящая из ветротурбины Савониуса, трехфазного электрогенератора на постоянных магнитах, выпрямителя, аккумулятора и блока управления напряжением на входе аккумулятора. Ось турбины напрямую соединена с валом генератора. Управление процессом зарядки осуществляется путем регулирования напряжения, подаваемого на вход аккумулятора. Разработана замкнутая математическая модель, описывающая как механическую, так и электрическую части рассматриваемой системы. Аэродинамический момент, действующий на лопасти ветротурбины, описывается в рамках квазистатического подхода. Для описания поведения электрической части используется метод баланса напряжений. Проведен качественный анализ полученной динамической системы.

Изготовлен лабораторный макет описанной установки. В аэродинамической трубе НИИ механики МГУ проведена серия экспериментов с этим макетом. При этом исследовались стационарные режимы системы при разных состояниях заряда аккумулятора и разных значениях управляющего напряжения, создаваемого блоком управления. Предложена схема управления напряжением для проведения процедуры идентификации параметров.

На основе полученных экспериментальных данных проведена идентификация параметров разработанной математической модели. Показано, что найденные при этом значения параметров обеспечивают достаточно хорошее согласование результатов численного моделирования с экспериментальными данными. Результаты исследования могут быть использованы при разработке и оптимизации автоматизированной системы управления зарядкой аккумулятора от малой ветроэнергетической установки.