Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
Том 27, № 10 (2026)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

507-515 13
Аннотация

В последние десятилетия активно развивается концепция жизнеспособности, предложенная С. Биром в 1960-х годах. Жизнеспособность отличается от устойчивости способностью системы адаптироваться к изменениям и сохранять динамическое равновесие. Это понятие широко используется в различных областях: общественной, экономической, экологической, технологической, организационной и информационной. Поэтому исследование жизнеспособности актуально для научных изысканий и прикладных исследований, особенно для многорежимных сложных объектов в условиях существенной неопределенности. Многорежимные системы, проектируемые и эксплуатируемые в различных отраслях, требуют комплексного (системного) подхода к анализу и обеспечению их надежности и эффективности, а неопределенность, классифицируемая по степени, характеру и использованию информации, усложняет традиционные методы анализа. Однако отсутствие единого методологического подхода к оценке жизнеспособности затрудняет всестороннее изучение жизнеспособности данных систем. В предлагаемой публикации в ходе анализа функциональных и технологических структур многорежимных систем рассматриваются две ключевые ситуации, характеризующиеся значительной неопределенностью. В первом случае, который можно обозначить как ситуационно-параметрическую неопределенность, имеется информация о режимах работы, компонентах и их взаимодействиях, однако отсутствуют данные о частоте применения этих режимов. Во втором случае, известном как структурная неопределенность, информация о режимах, их интенсивности и частоте участия элементов доступна, однако неясно, каким образом они взаимодействуют между собой. В рамках проведения структурно-параметрического анализа и синтеза, выполненного в контексте исследуемых сценариев, был убедительно продемонстрирован значительный потенциал применения разнообразных математических инструментов для комплексной оценки живучести и жизнеспособности многорежимных систем.

АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ПРОИЗВОДСТВАМИ

516-522 15
Аннотация

Предлагается с помощью технологий искусственного интеллекта осуществить мониторинг начала скрытого периода аварий, а также контролировать начало изменения сейсмостойкости строительных объектов при маломощных землетрясениях, используя характеристики помехи как носителя диагностической информации.

Экспериментальные исследования показали, что в процессе функционирования рассматриваемых объектов возникновение скрытого периода аварий связано с тем, что при их эксплуатации в оборудованиях происходят разрушения, мелкие трещины, остаточные напряжения, усталостные повреждения, утомление, износ и стирание. В результате в этот период оценки взаимно-корреляционной функции между полезном сигналом и помехой и дисперсии помехи вибрационных сигналов представляют собой ощутимую величину. При этом нарушение таких классических условий, как нормальность закона распределения и стационарность сигналов, незначительно влияет на полученные оценки. Благодаря этому технологии искусственного интеллекта позволяют использовать оценки взаимно-корреляционной функции между полезным сигналом и помехой как надежный индикатор начала аварии. При этом для обеспечения адекватности результатов контроля шаг дискретизации необходимо определять адаптивно в реальном масштабе времени, что легко достигается путем использования частотных свойств младшего разряда отсчетов вибрационных сигналов.

523-531 19
Аннотация

Для барабанных котлов применение прогнозирующего управления ограничивается остаточной неопределенностью модели, которая вызывает выходы регулируемых переменных за допустимые пределы даже при приемлемом качестве слежения и особенно заметна при медленном дрейфе параметров объекта. Цель работы: разработать алгоритм робастного прогнозирующего управления барабанным котлом, в котором запас по ограничениям рассчитывается в реальном времени по текущему уровню неопределенности модели. Для нелинейного объекта была использована адаптивная модель Такаги—Сугено с рекурсивной оценкой параметров. Неопределенность оценивали по двум источникам: по ковариациям оцененных параметров и по скользящему окну ошибок прогноза. Объединенную оценку использовали для адаптивного сужения допустимой области выходных переменных и корректировки сглаживания управления. Предлагаемый робастный слой не требует вычисления робастно-инвариантных множеств и ориентирован на супервизорный уровень управления. В вычислительном эксперименте на эталонной модели барабанного котла были рассмотрены четыре конфигурации регулятора в сценарии длительностью 3000 шагов с трехфазным дрейфом параметров. Комбинация онлайн-адаптации модели и робастного слоя уменьшила интегральную абсолютную ошибку на 58,3 % и суммарное число выходов за допустимые пределы на 47,8 % по сравнению с номинальным регулятором; максимальное значение нарушения уменьшилось на 33,8 %. Конфигурация с одним робастным слоем обеспечила наименьшую частоту нарушений, но уступила по качеству слежения. Среднее время расчета одного шага управления составило 2,6 мс при периоде дискретизации 1 мин. Предложенный алгоритм может использоваться как вычислительно легкая надстройка над существующим прогнозирующим регулятором для повышения безопасности работы теплотехнических установок. Полученные результаты подтвердили целесообразность совместного использования онлайн-идентификации и адаптивного запаса по ограничениям; дальнейшее развитие связано с многошаговым распространением неопределенности и экспериментальной проверкой на целевом оборудовании в промышленном контуре.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

532-540 11
Аннотация

Обеспечение устойчивости коммуникационной структуры роботизированных роев при ограниченном радиусе связи требует разработки эффективных механизмов адаптации топологии взаимодействий между агентами. В условиях динамически изменяющейся среды традиционные подходы с фиксированной топологией оказываются недостаточно надежными, что требует адаптивных решений, работающих без глобальной информации о сети. Работа посвящена исследованию метода динамического управления графом связности на основе показателя локальной k-связности узлов, характеризующего минимальное число агентов, удаление которых приводит к изоляции данного узла от остальной сети. Предложен алгоритм выбора управляющих агентов по критерию степенной центральности с учетом структуры связных компонент графа, реализованный в модульной программной среде для воспроизводимого тестирования на моделях двойного интегратора и квадрокоптеров. Вычисления выполняются децентрализованно на основе локальных измерений, что минимизирует нагрузку на каналы связи и обеспечивает масштабируемость при росте численности группы. Экспериментальное исследование на системах размером от 10 до 100 агентов показало, что применение адаптивного подхода повышает вероятность сохранения связности с 64 до 88 % при наличии 20 % вредоносных агентов в разреженных топологиях; среднее значение локальной k-связности увеличивается с 2,3 до 3,8 для топологии k ближайших соседей при k = 3. Анализ вычислительной сложности подтвердил масштабируемость метода, время обновления графа составило 15...45 мс для систем, содержащих до 100 агентов, при частоте дискретизации 20 Гц. Низкие задержки расчета топологии позволяют встраивать алгоритм в контуры реального времени бортовых контроллеров микроБПЛА и наземных платформ. В перспективе метод может быть дополнен моделями задержек передачи данных и кинематическими ограничениями реальных роботов для перехода к полевым испытаниям. Результаты вносят вклад в теорию децентрализованного управления распределенными системами и обеспечивают основу для проектирования отказоустойчивых архитектур роботизированных роев.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

541-552 18
Аннотация

Рассматривается автономный программно-аппаратный комплекс «Рой дронов» для мониторинга и контроля территорий на основе принципов мультиагентного управления группой так называемых умных дронов, способных к коллективному принятию решений и проведению переговоров для согласованного планирования и оптимизации совместных действий, без участия оператора.

В ходе решения задачи мониторинга и контроля появления заданных мобильных объектов программные агенты умных дронов самостоятельно распределяют между собой участки территории и строят полетные задания. При обнаружении заданного объекта программные агенты коллективно, непосредственно в ходе полета, решают и договариваются между собой путем переговоров в реальном времени, кто из дронов будет сопровождать объект, а кто будет перестраивать свои полетные задания, чтобы продолжать мониторинг с учетом оставшейся без наблюдения территории. Представлены мультиагентные модели, методы и средства решения задачи и сопутствующие технологии  навигации и распознавания образов. Рассмотрены функции и архитектура созданного лабораторного образца программно-аппаратного комплекса для управления группой дронов, в котором обнаружение и распознавание мобильных объектов вызывает адаптивное изменение планов и маршрутов полетов дронов в реальном времени.

Обсуждаются результаты проведенных экспериментов и преимущества разработанной мультиагентной технологии для безлюдного управления группами умных дронов, а также дальнейшие шаги для создания промышленного образца программно-аппаратного комплекса.

553-560 10
Аннотация

Описываются подходы к реализации и результаты разработки метода управления квадрокоптером посредством жестов руки в рамках фреймворка ROS2. Предложенный метод предназначен для обеспечения интуитивного взаимодействия оператора с беспилотным летательным аппаратом в условиях, при которых использование традиционных пультов управления недоступно или нецелесообразно. В качестве источника входных данных применяется видеопоток с камеры глубины Intel RealSense D435i, обеспечивающей точное определение пространственных координат ключевых точек кисти руки. Верхнеуровневые функции управления — активация и деактивация двигателей, взлет и посадка — реализуются посредством заранее определенных статических жестов. Классификация жестов выполняется на основе анализа взаимного расположения ключевых точек в плоскости изображения с применением модели полносвязного перцептрона, включающей два скрытых слоя с 168 и 546 нейронами соответственно. Данная архитектура обеспечивает оптимальный баланс между скоростью вычислений и точностью распознавания. Непрерывное управление квадрокоптером реализуется посредством вычисления углов крена, тангажа, рыскания и значения тяги на основе анализа положения руки в трехмерном пространстве с использованием внутренних параметров камеры глубины. Для предотвращения эффекта шарнирного замка при углах, близких к 90°, введено ограничение диапазона допустимых отклонений. Сглаживание управляющих сигналов осуществляется посредством комбинации скользящего среднего с размером окна 5 и экспоненциального сглаживания с коэффициентом a = 0,5, что обеспечивает высокую отзывчивость системы и эффективное подавление аномальных значений. Все параметры фильтрации определены экспериментально. Точность классификации жестов превышает 99 %, время обработки кадра составляет не более 33 мс (~30 FPS), что полностью исключает запаздывание управляющих воздействий. Экспериментальные полеты в среде симулятора Gazebo с использованием модели квадрокоптера DJI Tello подтвердили работоспособность предложенного метода и продемонстрировали его перспективность для решения задач интерактивного управления беспилотными летательными аппаратами.



ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)