Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 20, № 3 (2019)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

131-142 74
Аннотация

Исследуется решение  задачи  аналитического конструирования оптимальных  регуляторов  (АКОР)  в  постановке А. А. Красовского  для устойчивых многомерных  объектов, описываемых  матричным  дифференциальным уравнением  с полиномиальными нелинейностями от фазовых  координат. Исследуемый  класс  объектов управления, получивших название  полиномиальных, достаточно  широк для приложений: указанные модели используются для описания движения систем  самой различной  природы — устройств  электромеханики, химических реакторов, промышленных  объектов  с рециклом, биологических и экологических систем  и др.

Для решения указанной задачи  АКОР  наиболее  приспособлен  метод степенных  рядов,  который  в отличие  от других  позволяет  найти  законы  управления в наиболее  широкой  области  фазового  пространства объекта.  Однако  его реализация сопряжена  с выполнением большого объема вычислений, является  в меньшей  степени  формализованной и соответственно приспособленной  к программированию. В данной  работе предложен  метод синтеза  квазиоптимальных регуляторов, который  во многом ослабляет отмеченные  недостатки метода степенных  рядов за счет использования процедуры многомерной линеаризации описания полиномиальных объектов, осуществляемой за счет расширения пространства состояния объекта  новыми  координатами, представляющими  собой произведения исходных  фазовых координат, и применения аппарата  теории матриц  с кронекеровским (прямым)  произведением. Предлагаемый метод синтеза  позволяет  найти  в форме полиномиальной  функции  приближенное  решение  задачи  АКОР  с высокой  точностью, причем  его  реализация  отличается  предельной  простотой  вследствие   использования  в  основном  известного программного  обеспечения решения линейно-квадратичных задач оптимального управления.

Точность  решения задачи  АКОР  определяется  точностью  выбираемой  для исследуемого  объекта  квазилинеаризованной  модели  соответствующей степени  (k  =  2, 3,...). Подчеркнем, что  в  линеаризованной модели  k-й степени учитываются полиномиальные  составляющие  k-й степени  описания  объекта  управления.  В  связи  с  этим  предложенный  метод  синтеза  обеспечивает   точность  решения  не  меньшую, чем  стандартный метод  степенных  рядов  с удержанием  его членов  до k-й степени  включительно. Однако  точность  разработанного  метода  синтеза, как  правило, существенно  выше вследствие  учета  при конструировании регулятора функциональной матрицы  используемой квазилинеаризованной модели, зависящей  от расширенного  вектора  состояния объекта, содержащего  произведения фазовых  координат  исходного  объекта.

143-151 140
Аннотация

Плотность  является  одним  из  важнейших свойств  морской  воды и используется в различных  морских  исследованиях  и  технологиях.  Традиционно  в  практике  океанографических исследований принято  рассматривать  плотность как  зависимый  параметр, который  является  функцией  нескольких других  параметров, принятых  в качестве независимых. Обычно следующие  три параметра  используются в качестве  независимых параметров:  температура, гидростатическое давление  и соленость.  Вопросы измерения температуры  и гидростатического давления insitu технологически  хорошо разработаны, в то время как  при измерении  солености  все еще остаются  нерешенные  проблемы. Это связано  с тем, что соленость  является  таким  свойством, которое  просто невозможно  прямо измерять  insitu. Для  устранения  проблем, связанных   с измерениями  солености, авторы  разработали  специальное  уравнение  нового вида.  Это уравнение  нового вида выражает  плотность  морской  воды через независимые  и измеренные  insitu параметры: температуру, гидростатическое давление  и скорость  звука.  Новизна  этого  подхода  заключается в том, что использование скорости  звука  в качестве  одного из аргументов  позволяет обойтись без измерения солености  морской воды при определении  плотности  морской  воды. Авторы  разработали два таких  уравнения для двух  случаев  использования. Первое  уравнение  предназначено  для использования в технических приложениях и воспроизводит плотность морской  воды  в  широком  диапазоне  параметров   водной  среды  со  среднеквадратическим отклонением 0,062  кг/м3. Второе  более точное  уравнение  предназначено  для научных  применений  и воспроизводит плотность  морской  воды в более узком  океанографическом диапазоне  параметров  со среднеквадратическим отклонением 0,0018 кг/м3.

152-161 69
Аннотация

Объектом   исследования  являются  принципы   и  методы   гидроакустического  приведения   автономного   подводного аппарата  к  носителю.  При  решении  задачи  построения  гидроакустической навигационной  системы  (ГНС)  приведения  основными  системными   вопросами  являются вопросы  выбора  приемлемого   с  точки  зрения  технической реализации  способа  определения  местоположения объекта  в  зоне  приведения  и  оценки  параметров  предлагаемой   навигационной  системы.   В  работе  обоснована   целесообразность   построения   аппаратуры  высокочастотной  гидроакустической системы   приведения   в  виде  совмещенной   информационно-навигационной  комбинированной  по  базе  антенн   системы, в которой  могут применяться  гидроакустические навигационные системы  с короткой  базой. В качестве  навигационных предложено использовать сигналы данных, которыми обмениваются стыковочный  модуль и автономный подводный аппарат по результатам измерения взаимных  навигационных параметров.  Предлагаемый образец аппаратуры высокочастотной гидроакустической системы  приведения  (АГСП)  ближнего  действия  предназначен  для работы в составе  комплекса технических средств, обеспечивающих подводную  стыковку автономного  подводного аппарата с носителем.  Полученные количественные характеристики  ГНС  с короткой  базой  являются исходными  показателями первого  приближения  при выборе необходимых  параметров  навигационного сигнала  и разработке  структуры  АГСП, предназначенной для решения задачи автоматического приведения  автономного  подводного аппарата  к стыковочному  модулю заданного  носителя.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

162-170 104
Аннотация

Обсуждается проблема повышения адекватности восприятия окружающей среды оператором мобильного робота при удаленном управлении. Предложен вариант системы кругового обзора реального времени для мобильных робототехнических комплексов на базе системы телекамер с перекрывающимися полями зрения с использованием fisheye-объективов (объективы типа "рыбий глаз"). Разработан макет модуля кругового обзора. Определены особенности архитектуры и программного обеспечения системы кругового обзора. Исследованы алгоритмы определения внутренних параметров телекамер и устранения дисторсий с использованием новых моделей описания искажений широкоугольных и сверхширокоугольных объективов. Реализованы алгоритмы нахождения внешних параметров телекамер, а также  матриц гомографии  с  использованием инвариантных  дескрипторов, использованы  статические  матрицы гомографии при склейке изображений в панораму. Исследованы и реализованы алгоритмы смешивания граничных областей склеиваемых кадров на базе методов типа " blending". Исследованы методы проективной геометрии и дополненной реальности для получения перспективного вида "от третьего лица". Предложен вариант поверхности для проецирования панорамы кругового обзора. Для реализации программного обеспечения выбран кроссплатформенный игровой движок "Unity". Определены направления дальнейших исследований.

171-179 62
Аннотация

Недавние  достижения  в  области  создания  сенсоров  позволили  получить  робототехнические  комплексы  с силомоментными  датчиками в каждом  суставе.  На  данный  момент  эти  датчики  используются только  для определения наличия коллизии.  Данная работа  показывает возможность  получения также  информации  о точке  и типе  контакта. Эта информация впоследствии может быть использована для выбора стратегии  поведения робота. Определение точки  контакта выполнено  с помощью двух подходов: аналитического и с использованием методов машинного  обучения. Описанные  алгоритмы  были опробованы  на индустриальном манипуляторе Kuka  iiwa LBR  14 R820, контрольная информация о экспериментах была получена  с использованием 3D-лидара.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

180-188 56
Аннотация

Обсуждается  энергосберегающий алгоритм  управления тягой  посадочного  двигателя на заключительном этапе посадки  космического аппарата (КА) от заданной  точки  зависания до точки  касания поверхности  Луны.  Возможность применения энергосберегающего  алгоритма, изначально не предназначенного для решения терминальных задач управления, можно  объяснить  наличием  в  структуре   алгоритма   вспомогательной  системы,  которая  обеспечивает достижение  заданных  параметров  движения за заданное  время. В предлагаемом  алгоритме  на заключительном участке  мягкой  посадки  на Луну КА рассматривается в виде материальной точки, движущейся  под действием  силы притяжения Луны и противоположно ей направленной по вертикали силы тяги посадочного  двигателя. Предполагается, что на всем интервале движения для формирования силы тяги двигателя проводятся  измерения вертикальной скорости  с использованием доплеровского  измерителя скорости  и измерения высоты с использованием многолучевого прибора  радиовертикали-высотомера.  При  проведении  расчетов  параметров  движения КА в соответствии с изложенным алгоритмом  в условиях действия гравитационного поля Луны на завершающем  участке  соприкосновения КА с ее поверхностью  возможно некоторое  перерегулирование, которое недопустимо.  Для исключения перерегулирования используется известный  подход: движение  рассматривается при  условии  отсутствия гравитационного поля Луны. В этом случае управление будет происходить  без перерегулирования, но для получения фактической тяги двигателя к вырабатываемому алгоритмом  сигналу управления необходимо на каждом шаге управления добавлять силу, противоположную  направлению действия силы притяжения КА Луной.  Проведено  математическое моделирование  работы алгоритма.   Результаты  моделирования  подтвердили  правомерность   изложенной   постановки  задачи  и  позволили найти  границу  применимости алгоритма:  для исключения варианта реверсирования тяги посадочного двигателя начальная высота  зависания КА должна  быть меньше 647 м. Алгоритм  может  быть также  применен  для управления автоматической посадкой  самолета  с вертикальным взлетом  и посадкой.

189-192 66
Аннотация

Показано, что при равномерном  и прямолинейном движении  двух, трех  и ли нескольких свободных  инертных  тел в одномерном  и ли  трех мерном  пространстве произвольные  инерциальные  системы  отсчета, в том  числе  связанные с  каждым  из движущихся инертных  тел, существенно  не эквивалентны  в части  суммарной  кинетической энергии. В частном  случае, если два свободных инертных  тела с массами  m1  и m2  движутся  друг относительно  друга с постоянной скоростью v, то в инерциальной системе отсчета, связанной  с первым телом, суммарная кинетическая энергия тел равна E112 . В инерциальной системе  отсчета, связанной  со вторым телом, суммарная кинетическая энергия тел равна  E212 . В произвольной  (третьей) инерциальной системе  отсчета  первое инертное  тело движется  со скоростью v1, второе  —  со скоростью  v2 .  В  третьей  системе  отсчета  суммарная  кинетическая  энергия  равна  E312 .  В  части кинетической энергии  все три инерциальные системы  отсчета  существенно  неэквивалентны.  При  этом  ни одна из этих  систем  отсчета  не  представляется  уникальной  или  выделенной.  При  необходимости   выбора  уникальной  или выделенной  инерциальной системы  отсчета  можно исходить  из условия минимума  суммарной  кинетической энергии движущихся инертных  тел  в этой  системе.  При  этом  уникальной  или выделенной  инерциальной  системой  отсчета является  реликтовая  система  отсчета, связанная  с центром  масс  движущихся инертных  тел  и  с эпицентром  их начального гипотетического взаимодействия. Реликтовые системы отсчета  являются расчетными.  Инертные  тела не обязательно  изначально в них  взаимодействуют. Применение реликтовых систем  отсчета  позволяет  сохранить баланс между кинетической энергией  и произведенной  работой.  Число инертных  тел при расчете реликтовой системы отсчета  может  быть сколь  угодно большим.  Если  верна  теория Большого  взрыва, то мировая реликтовая инерциальная система  отсчета  связана  с его эпицентром, который  является  центром  масс вселенной.



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