научный журнал по кибернетике Известия Российской академии наук. Теория и системы управления ISSN: 0002-3388

ЖЕЛТОВ С.Ю., ФЕДУНОВ Б.Е. — 2015 г.

С позиций управления современными сложными антропоцентрическими объектами их удобно описывать концептуальной математической моделью “Этап”. Модель формализует как сферу функционирования антропоцентрического объекта, так и сферу задач, которые решаются на объекте. Оперативное целеполагание – первичная фаза управления антропоцентрическим объектом. В терминах модели “Этап” – это оперативная смена типовой ситуации текущего сеанса функционирования объекта. Предлагаемый алгоритм оперативного целеполагания использует априорную информацию (заданная последовательность типовых ситуаций, обеспечивающая решение генеральной задачи предстоящего сеанса функционирования антропоцентрического объекта; априорно заданное множество угроз, которые могут возникнуть в процессе сеанса функционирования; матрица знаний с термами лингвистических переменных для каждой пары “типовая ситуация –угроза”) и текущую информацию (информация от экипажа антропоцентрического объекта и от бортовых измерительных систем). При описании задачи оперативного целеполагания используются следующие понятия: осмотрительность экипажа, его ситуационная осведомленность, ситуационная уверенность экипажа.

ФУРУГЯН М.Г. — 2015 г.

Рассматривается задача составления допустимого многопроцессорного расписания с прерываниями для случая, когда заданы директивные интервалы, процессоры могут иметь произвольные производительности, а объемы работ линейно зависят от количества выделенного им дополнительного ресурса. В случае, когда при заданном количестве дополнительного ресурса допустимого расписания не существует, рассматривается задача оптимальной коррекции директивных интервалов. Решение основано на сведении исходной задачи к задаче о потоке минимальной стоимости.

ФИГУРИНА Т.Ю. — 2015 г.

Рассматривается движение системы трех или более одинаковых точечных масс вдоль прямой с сухим трением, возникающее при изменении конфигурации системы. Решена задача оптимального управления системой с целью максимизации ее сдвига за фиксированное время при нулевых скоростях и совпадении положений всех точек в начале и конце движения в случае отсутствия ограничений на силы взаимодействия масс. Показана неединственность оптимального решения и построено такое оптимальное решение, при котором расстояние между любыми двумя точками не превосходит заданного значения на всем интервале движения.

ВОНДРУХОВ А.С., ГОЛУБЕВ Ю.Ф. — 2015 г.

Изучено двухпараметрическое семейство оптимальных кривых в задаче о брахистохроне при действии разгоняющей силы тяги в динамической постановке. Задача сведена к стандартной задаче оптимального управления по быстродействию. В качестве управления принята нормальная составляющая реакции опоры. Отмечено, что формула для оптимального управления, не содержащая сопряженных переменных, имеет особенность в начальной точке при нулевой скорости. Составлена система дифференциальных уравнений, для которой решение задачи Коши с начальными условиями позволяет получить оптимальные траектории для случая воздействия квазипостоянной разгоняющей силы и вязкого трения. Для случая постоянной разгоняющей силы в отсутствие трения, как сухого, так и вязкого, система, позволяющая получить оптимальные траектории, приведена к более простому виду, не содержащему особенности в начальной точке. Доказано свойство автомодельности траекторий без трения, используя которое, из множества оптимальных траекторий с фиксированными начальными условиями и различными конечными углами наклона касательной можно масштабированием получить все оптимальные траектории. Показано, что для траекторий с вязким трением свойство автомодельности отсутствует.

ГНЕУШЕВ А.Н., КОВКОВ Д.В., МАТВЕЕВ И.А., НОВИК В.П. — 2015 г.

Рассмотрена задача выбора наилучшего биометрического эталона из группы, построенной по последовательности регистрируемых изображений. Предложен метод, основанный на анализе матрицы расстояний группы эталонов. Осуществлено сравнение со стандартным подходом, использующим признаки качества исходного изображения. Указано, что признаки качества изображения разрабатываются для задачи отбраковки плохих изображений и мало подходят для задачи выбора наилучшего изображения. Вычислительные эксперименты проведены на нескольких базах данных, находящихся в открытом доступе, общим объемом более 70 тыс. изображений. Тесты показывают, что предложенный метод дает несколько лучшее качество выбранных эталонов. При этом он не требует разработки дополнительных мер качества, а использует имеющееся вычисление расстояния.

РАПОПОРТ Э.Я. — 2015 г.

Исследуется проблема управляемости линейных многомерных динамических систем с распределенными параметрами на заданном множестве программных траекторий перевода объекта управления в желаемое конечное состояние. Устанавливаются непосредственно проверяемые по поведению этих траекторий в пространственно-временной области необходимые и достаточные условия существования технически реализуемых управляющих воздействий различного типа, обеспечивающих выполнение предъявляемых требований. Приводятся представляющие самостоятельный интерес примеры оценки предлагаемыми способами программной управляемости процессов нестационарной теплопроводности.

ЗУБОВ Н.Е., МИКРИН Е.А., МИСРИХАНОВ М.Ш., ПРОЛЕТАРСКИЙ А.В., РЯБЧЕНКО В.Н. — 2015 г.

Описываются подходы и численные алгоритмы понижения порядка (редукции) математических моделей многомерных динамических систем в пространстве состояний на основе метода подпространств А.Н. Крылова. Для вычисления матриц в представлении редуцированной модели в пространстве состояний применены: метод Ланцоша и метод Арнольди. Приведены решения практических примеров редукции больших систем.

КОЗОРЕЗ Д.А., КРАСИЛЬЩИКОВ М.Н., КРУЖКОВ Д.М., СЫПАЛО К.И. — 2015 г.

Рассматривается бортовая навигационная система космического аппарата при выведении на геостационарную орбиту с использованием двигателя малой тяги, в состав которой в качестве источников навигационных измерений входят оптико-электронные датчики Земли, Солнца и звезд, а также многоканальный приемник сигналов Глобальных навигационных спутниковых систем. Целью исследования является формирование облика интегрированной навигационной системы, включая обоснование ее архитектуры и алгоритмов функционирования из условий обеспечения требуемой точности решения навигационной задачи. Для интеграции данных измерений используются квазилинейный фильтр Калмана и его специальная “скалярная” модификация. В состав оцениваемого вектора на борту космического аппарата входят компоненты координат и вектора скорости космического аппарата, углы ориентации его связанных осей, а также углы ориентации и фактический уровень тяги маршевого двигателя. В качестве неконтролируемых факторов рассматриваются инструментальные ошибки датчиков. Основным инструментом анализа точности формируемой системы является имитационное математическое моделирование, для проведения которого создан специальный объектно-ориентированный комплекс программно-математического обеспечения.

БОРТАКОВСКИЙ А.С. — 2015 г.

Рассматривается динамическая система, моделирующая работу переключающего устройства (переключателя). За время функционирования система изменяет свое состояние конечное число раз. Изменение состояния (переключение) описывается рекуррентным включением, что соответствует представлению переключателя в форме динамического автомата с памятью, при этом допускаются мгновенные многократные переключения. Тактовые моменты времени, в которые происходят переключения, а также их количество заранее не заданы. Они находятся в результате оптимизации функционала, в котором учитываются количество переключений и затраты на каждое из них. Доказаны достаточные условия оптимальности таких систем. Разработан метод синтеза оптимальных переключателей, который заключается в построении семейства вспомогательных функций – условных функций цены и условных позиционных управлений, из которых формируются функция цены (функция Гамильтона–Якоби–Беллмана) и оптимальная конструкция переключателя. Применение этого метода демонстрируется на примерах.

МАКСИМОВ В.Н., ЧЕРНОМОРСКИЙ А.И. — 2015 г.

Решается задача разработки системы управления неголономным измерительным одноосным колесным модулем, предназначенным для мониторинга геометрических параметров аэродромных покрытий. В рамках нелинейного подхода синтезируется подсистема траекторного управления на основе использования кинематической модели неголономного моноцикла и подсистема локомоционного управления с использованием метода частичной линеаризации модели объекта обратной связью по выходу. Приводятся результаты численного моделирования синтезированной системы с учетом возмущающих воздействий.

ЗУБОВ Н.Е., МИКРИН Е.А., МИСРИХАНОВ М.Ш., РЯБЧЕНКО В.Н. — 2015 г.

Аналитически решена задача стабилизации взаимосвязанных движений летательного аппарата в каналах тангаж–рысканье при отсутствии информации об угле скольжения. В основу решения положен метод синтеза управления по выходу спектром движения MIMO-системы, базирующийся на специально организованной многоуровневой декомпозиции модели динамической системы в пространстве состояний. Приведены результаты численного моделирования.

ЗУБОВ Н.Е., МИКРИН Е.А., МИСРИХАНОВ М.Ш., РЯБЧЕНКО В.Н. — 2015 г.

Разработан метод решения задачи управления конечными собственными значениями линейной дескрипторной динамической системы. Он основан на оригинальной декомпозиции модели исходной системы, определенной в пространстве состояний и не разрешенной относительно производных, лишен ограничений по алгебраической и геометрической кратности задаваемых конечных собственных значений, позволяет осуществлять аналитический синтез законов управления. С использованием предложенного метода для случая круговых орбит получено аналитическое решение задачи стабилизации орбитальной ориентации космического аппарата с одновременной разгрузкой кинетического момента инерционных исполнительных органов. Приведены результаты математического моделирования.

КЛИМОВИЧ А.С., СОЛОВЬЕВ В.В. — 2015 г.

В проектах цифровых систем на программируемых логических интегральных схемах и системах на кристалле при передаче сигналов между функциональными блоками часто используются регистровые буферы. В настоящей работе рассматриваются структурные модели конечных автоматов, которые позволяют триггеры входных и выходных буферов применять в качестве элементов памяти конечного автомата. С этой целью предложена новая классификация структурных моделей конечных автоматов, согласно которой все конечные автоматы делятся на шесть классов: A, B, C, D, E и F. В моделях автоматов классов C и D в качестве элементов памяти автомата используются триггеры выходных буферов, а в моделях автоматов классов E и F – входных буферов. В настоящей работе дается определение множества внутренних состояний каждого класса и предлагаются методы синтеза автоматов классов C–F. Результаты экспериментальных исследований показали, что применение моделей автоматов классов C–F позволяет уменьшить число внутренних элементов памяти в среднем от 2.22 до 25.83%, а для отдельных примеров – на 100%.

АФОНИН С.М. — 2015 г.

Получены структурно-параметрическая модель и структурные схемы многослойного пьезодвигателя при поперечном пьезоэффекте с учетом противоэлектродвижущей силы, возникающей при его деформации из-за реакции на силовое воздействие при прямом пьезоэффекте. Определены его передаточные функции с учетом влияния геометрических и физических параметров, противоэлектродвижущей силы и внешней нагрузки.

ХУТОРЦЕВ В.В. — 2015 г.

Рассмотрены особенности построения процедуры оптимизации пространственного траекторного управления наблюдениями для подвижного однопозиционного унипараметрического наблюдателя в условиях декомпозиции модели его перемещения на пространственную и временную составляющие при заданной структуре последней. Приведен пример определения траекторного управления наблюдениями для подвижного пеленгатора. Выявлены характерные черты его оптимальных пространственных траекторий.

КУРЕЙЧИК В.М., ЛЕБЕДЕВ Б.К., ЛЕБЕДЕВ О.Б. — 2015 г.

На основе сравнительного анализа существующих подходов и методов для решения задачи трассировки, дотрассировки и перетрассировки соединений сверхбольших интегральных схем использованы мультиагентные методы интеллектуальной оптимизации, базирующиеся на моделировании адаптивного поведения муравьиной колонии. Рассматриваемая задача представлена в виде набора компонент муравьиного алгоритма. Разработаны эвристики поведения муравья при перемещениях в графе поиска решений. Отличительной особенностью приведенного алгоритма является возможность учета ряда показателей, таких как распределение ресурсов, создание помех (блокировки), число переходов из слоя в слой, число изгибов, и другие, которые весьма затруднительно учесть при распространении волны. Тестирование разработанного алгоритма трассировки и его сравнение с известными алгоритмами производилось на бенчмарках. В сравнении с существующими алгоритмами достигнуто улучшение качества решений до 3%. Перспективными путями улучшения алгоритма является использование расширенной области трассировки, допускающей незначительное увеличение длины маршрута в пользу минимизации помех. Повышения эффективности алгоритма можно добиться путем адаптивного управления управляющими параметрами.

БУЛЫЧЕВ В.Ю., БУЛЫЧЕВ Ю.Г., ИВАКИНА С.С., НАСЕНКОВ И.Г. — 2015 г.

Развивается угломерно-энергетический метод совместного оценивания обобщенного коэффициента радиолокации и дальности до движущейся излучающей цели по результатам измерений пеленга и амплитуды принимаемого сигнала на базе однопозиционной системы пассивной локации. В зависимости от ограничений, накладываемых на обобщенный коэффициент радиолокации, рассматриваются два случая – стационарный и нестационарный. Исследуется рабочая зона метода при оценке дальности. Приводятся результаты, касающиеся оценки эффективности метода.

ЗУБОВ Н.Е., МИКРИН Е.А., МИСРИХАНОВ М.Ш., РЯБЧЕНКО В.Н. — 2015 г.

Аналитически решена задача стабилизации продольного движения летательного аппарата в отсутствие информации об угле атаки. В основу решения положен метод синтеза управления по выходу спектром движения системы, которая имеет много входов и много выходов, базирующийся на специально организованной многоуровневой декомпозиции модели динамической системы в пространстве состояний. Приведены результаты численного моделирования.

МАЛАШЕНКО Ю.Е., НАЗАРОВА И.А. — 2015 г.

Рассматриваются проблемы управления гетерогенной вычислительной системой, выполняющей разнородные переборные задачи. Изучаются процессы распараллеливания заданий по данным в условиях объективной неопределенности – для неизвестного и быстро меняющегося потока поступающих заявок. Анализируются критические режимы функционирования при больших рабочих нагрузках на систему. Использование модифицированного метода скользящего планирования позволяет в реальном времени вносить коррективы в ход обработки. Предложен способ динамического построения последовательности недискриминирующих конкурентных распределений ограниченных разнотипных ресурсов между равноправными пользователями. Вводится понятие нормативной максимальной производительности системы при обработке одного вида заданий в монопольном режиме. На основе параметрических гарантированных оценок осуществляется декомпозиция по видам работ. Разработаны диспетчерские процедуры, в соответствии с которыми приоритет в обслуживании получают и завершаются в первую очередь задачи, требующие де-факто меньших вычислительных затрат.

ДОРОГУШ Е.Г., КУРЖАНСКИЙ А.А. — 2015 г.

Предлагается алгоритм управления состоянием автомагистрали при помощи выделенных полос. Цель управления – поддерживать максимальную скорость движения на выделенных полосах за счет перераспределения потоков от въездов. Последнее достигается с учетом состояния обычных полос и условия минимальной скорости роста очередей перед въездами. Для описания алгоритма и его свойств использована дискретизированная гидродинамическая модель транспортного потока Лайтхилла–Уизема–Ричардса.