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

КУЗОВКИН В.А., ФИЛАТОВ В.В., ЧУМАЕВА М.В. — 2014 г.

Представлены разработанные авторами нелинейные математические и имитационные модели следящей системы широтно-импульсного управления бесконтактным двигателем постоянного тока в составе станочного электропривода. Приведены результаты анализа влияния нелинейностей широтно-импульсного преобразователя на временные и частотные характеристики системы управления методами гармонического баланса, медленно меняющихся амплитуд и численными методами имитационного моделирования.

АНАНЬЕВСКИЙ И.М., РЕШМИН С.А. — 2014 г.

Для лагранжевых динамических систем с неточно известными параметрами построено непрерывное управление в форме синтеза, использующее идеи метода декомпозиции на основном участке траектории и линейные обратные связи с коэффициентами, зависящими от фазовых переменных, в окрестности терминального состояния. Предполагается, что в области движения матрица кинетической энергии системы близка к некоторой постоянной матрице и на систему действуют неконтролируемые ограниченные возмущения. Предложенные законы управления позволяют переводить систему из произвольного начального состояния в заданное терминальное состояние за конечное время при помощи ограниченных по модулю обобщенных сил. Дана оценка сверху полного времени движения системы и указаны способы ее уменьшения. Эффективность представленных алгоритмов продемонстрирована на примере численного моделирования динамики ряда простых механических систем.

ТРЕТЬЯКОВ A.A., ЩЧЕПАНИК Э. — 2014 г.

Исследуется задача вариационного исчисления с нерегулярными ограничениями. Получены условия оптимальности для вырожденного случая, позволяющие отсеять фальшивые решения. Рассмотрение ведется для конечномерного случая, хотя основной результат верен и для банаховых пространств.

ГРУЗЛИКОВ А.М., КОЛЕСОВ Н.В., СКОРОДУМОВ Ю.М., ТОЛМАЧЕВА М.В. — 2014 г.

Рассматриваются вопросы тестового диагностирования вычислительных систем реального времени. Показывается возможность применения при построении теста нестационарных динамических моделей. Предлагается алгоритм синтеза моделей с учетом свойств наблюдаемости и управляемости. Диагностирование нацелено на обнаружение нарушений в информационных обменах между программными модулями системы. При этом анализируются случаи как синхронных, так и асинхронных параллельных вычислений.

ДОСАЕВ М.З., КЛИМИНА Л.А., ЛОКШИН Б.Я., СЕЛЮЦКИЙ Ю.Д. — 2014 г.

Рассматривается ветротурбина с горизонтальной осью вращения в стационарном потоке воздуха. Обсуждается задача о выборе такого закона изменения установочного угла поперечного сечения лопасти ветротурбины и такого значения угловой скорости, которые доставляют максимальное значение коэффициенту использования энергии ветра. Максимизация соответствующего функционала рассматривается как вариационная задача с неизвестным заранее параметром. После ее численного или аналитического решения определяется оптимальное значение этого параметра, и искомые величины задаются достаточно простыми формулами. Проведен качественный анализ полученных результатов. В частности, установлено монотонное изменение установочного угла вдоль лопасти, что подтверждается и практикой конструирования ветротурбин. Рассмотрены примеры использования предложенного подхода к лопасти заданного профиля.

БРИСКИН Е.С., ВЕРШИНИНА И.П., МАЛОЛЕТОВ А.В., ШАРОНОВ Н.Г. — 2014 г.

Рассматривается метод определения программных законов движения модульной многоопорной шагающей машины с несколькими сдвоенными ортогонально-поворотными движителями. Изучается произвольное плоское движение машины без проскальзывания стоп движителей на грунте. Управление машиной формируется матрицей управляющих воздействий. Приводятся результаты имитационного моделирования.

ДВИРНЫЙ А.И., СЛЫНЬКО В.И. — 2014 г.

Предложены новые формы, агрегирования сложных импульсных систем. Эти формы используют производные функций Ляпунова высших порядков. Получены достаточные условия устойчивости критических положений равновесия сложных импульсных систем. Приведен пример исследования устойчивости состояния равновесия в вырожденном критическом случае.

ПЕТРОВ Н.Н., ЩЕЛЧКОВ К.А. — 2014 г.

Рассматривается задача простого преследования с участием группы преследователей и группы убегающих при условии, что среди преследователей имеются как участники, максимальные скорости которых совпадают с максимальной скоростью всех убегающих, так и участники, максимальные скорости которых строго меньше максимальной скорости убегающих. Цель группы преследователей состоит в том, чтобы “переловить” всех убегающих. Цель группы убегающих - помешать этому, т.е. предоставить возможность по крайней мере одному из убегающих уклониться от встречи. Показано, что если в игре, в которой все участники обладают равными возможностями, происходит уклонение от встречи хотя бы одного убегающего на бесконечном промежутке времени, то добавление любого числа преследователей с меньшими возможностями приводит к тому, что хотя бы один из убегающих уклонится от встречи на любом конечном промежутке времени.

ЕВДОКИМОВ С.Н., КЛИМАНОВ С.И., КОРЧАГИН А.Н., МИКРИН Е.А., СИХАРУЛИДЗЕ Ю.Г., ТУЧИН А.Г., ТУЧИН Д.А. — 2014 г.

Приведены результаты решения краевой задачи по определению траектории возвращения космического аппарата от ухода с окололунной орбиты до посадки на космодром “Восточный”. Решение включает определение потребных затрат характеристической скорости для формирования траектории перелета к Земле, а также оценку корректирующих импульсов для обеспечения требуемых условий входа в атмосферу. При движении спускаемого аппарата в атмосфере используется разработанный терминальный алгоритм управления спуском для реализации рикошетирующей траектории с двумя погружениями в атмосферу. Представлены результаты статистического моделирования траекторий спуска в возмущенной атмосфере для реальных условий возвращения от Луны. Показано, что с перегрузками порядка 5 на участках первого и второго погружений в атмосферу при идеальной навигации может быть достигнута точность приведения спускаемого аппарата к месту посадки на космодром “Восточный” в пределах 2 км.

БОРОВИН Г.К., ЛАПШИН В.В. — 2014 г.

Исследовано движение двух шарнирно соединенных тел в фазе полета (невесомости). Решена задача минимизации и максимизации времени разворота из заданного начального в заданное конечное положение. Предполагается, что при этом кинетический момент системы относительно центра масс отличен от нуля. Данная задача является простейшей моделью управления ориентацией прыгающего аппарата в безопорной фазе прыжка.

ЕСЕНКОВ А.С., КУЗОВЛЕВ Д.И., ЛЕОНОВ В.Ю., ТИЗИК А.П., ЦУРКОВ В.И. — 2014 г.

Рассматриваются модели сетевой оптимизации. Постановки имеют большое количество переменных и связей. Для решения используются декомпозиционные подходы. В конкретных ситуациях промежуточные задачи алгоритмов имеют вид задачи о ранце. В случае лестничной структуры ограничений удается построить эффективный алгоритм. Конструкции последовательного пересчета коэффициентов функционала этого алгоритма распространяются для других задач с унимодулярными матрицами, в частности для транспортных задач различного вида.

БОРЗУНОВ С.В., КУРГАЛИН С.Д., МАКСИМОВ А.В., ТУРОВСКИЙ Я.А. — 2014 г.

Представлена модель на основе детектирования устойчивых зрительных вызванных потенциалов, которая была использована для анализа скорости функционирования нейрокомпьютерного интерфейса. Установлено, что при определении параметров, при которых работа данного типа нейрокомпьютерных интерфейсов в принципе возможна, наиболее значимыми являются: параметр, выражающий отношение числа отсчетов в анализируемом сигнале к частоте дискретизации, а также частотный диапазон, в котором осуществляется детектирование устойчивых зрительных вызванных потенциалов. В случае если требуется определить факторы, лимитирующие скорость работы интерфейса, значимыми предикторами оказываются отношение частотного диапазона к числу возможных частот устойчивых зрительных вызванных потенциалов и отношение числа отсчетов в анализируемом сигнале к частоте дискретизации. Представленные в статье результаты позволяют моделировать параметры нейрокомпьютерных интерфейсов, исходя из требований к конкретному устройству и имеющихся технических возможностей, что еще до непосредственной его сборки, программирования и тестирования существенно сокращает время отладки подобных систем.

БУЛЫЧЕВ В.Ю., БУЛЫЧЕВ Ю.Г., ИВАКИНА С.С. — 2014 г.

Применительно к системе пеленгаторов, реализующей триангуляционный метод локации, показана возможность построения семейства дополнительных оценок дальности до цели. Данные оценки строятся путем совместного использования угловых и мощностных измерений, выполняемых пеленгаторами. Дано аналитическое описание границы рабочей зоны триангуляционной системы. Определены триангуляционно-некорректные области локации данной системы. Результатами теоретического и экспериментального исследований демонстрируется эффект существенного повышения точности оценивания для данных областей и условий работы системы пеленгаторов.

ГОЛУБЕВ Ю.Ф., КОРЯНОВ В.В. — 2014 г.

Разработан и протестирован средствами компьютерного моделирования алгоритм для перелезания шестиногого мобильного робота через шар, свободно катающийся на горизонтальной плоскости. Синтезируемое движение включает три маневра. Сначала робот залезает с горизонтальной плоскости на шар, находящийся в состоянии покоя. В конце этого маневра шар приобретает некоторую угловую скорость, вызванную погрешностями исполнения программного движения. Последующее движение робота синтезируется с целью погасить приобретенную в процессе залезания угловую скорость до приемлемой величины. Завершает движение маневр слезания с почти покоящегося шара на опорную горизонтальную плоскость. Движение робота реализуется с помощью сил сухого трения без каких-либо специальных приспособлений. Асимптотическая устойчивость программного движения системы в целом обеспечивается PD-регулятором, реализующим необходимые шаговые циклы движений ног и спланированный закон движения корпуса. Обсуждаются результаты компьютерного 3D-моделирования движения робота. Модель механической системы робот–шар формируется средствами программного комплекса “Универсальный механизм” и описывается автоматически выводимой системой дифференциальных уравнений, учитывающих динамику всех твердотельных элементов.

ГОРБАЧЕВ В.А. — 2014 г.

Представлена технология создания трехмерных моделей местности по данным цифровых аэрофотоснимков на основе алгоритма полуглобального стереоотождествления. Показан способ иерархического применения алгоритма. Предложен ряд модификаций и усовершенствований на всех этапах работы алгоритма, таких, как учет градиентной и цветовой информации на изображении, интерполяция метрики сравнения точек для увеличения разрешающей способности алгоритма и повышения устойчивости к небольшим искажениям входных данных, фильтрация стоимости соответствия и постобработка получаемой карты диспаратности билатеральным фильтром. Продемонстрированы результаты применения алгоритма и преимущества модификаций на примере обработки пар аэрофотоснимков высокого разрешения.

МЕТЕЛЬСКИЙ А.В. — 2014 г.

Спектрально управляемая линейная автономная система с соизмеримыми запаздываниями приводится к системе с конечным спектром. Для спектрально приведенной системы строится обратная связь по состоянию, обеспечивающая полное успокоение исходной системы и асимптотическую устойчивость замкнутой системы. В замкнутой системе распределенное запаздывание может присутствовать только по одной переменной. Результаты проиллюстрированы примером.

ГРЭСЬ Т.Н., СОЛОВЬЕВ В.В. — 2014 г.

Рассматривается эвристический алгоритм кодирования внутренних состояний конечных автоматов для снижения потребляемой мощности. Особенностью предлагаемого подхода является то, что при выборе кода для очередного состояния учитывается значение функции активности элементов памяти при переходе из данного состояния к уже закодированным состояниям. Приводится также методика определения потребляемой мощности конечного автомата на основании кодов внутренних состояний и вероятностей появления единиц на каждом входе конечного автомата. Экспериментальные исследования показали, что предлагаемый подход позволяет снизить потребляемую мощность конечных автоматов, по сравнению с алгоритмом NOVA, в среднем на 39%, а для отдельных примеров – на 68%. В заключение указывается на возможность повышения эффективности настоящего алгоритма при синтезе конкретного конечного автомата, а также на перспективные направления дальнейших исследований в данной области.

ЕВДОКИМОВ С.Н., КЛИМАНОВ С.И., КОРЧАГИН А.Н., МИКРИН Е.А., СИХАРУЛИДЗЕ Ю.Г. — 2014 г.

Построена модель полного движения спускаемого аппарата, включающая движение центра масс и движение относительно центра масс. Получена уточненная оценка области достижимости при спуске в возмущенной атмосфере Земли. Используется терминальный алгоритм управления спуском с тремя переворотами по крену для одновременного устранения прогнозируемых промахов в продольном и боковом направлениях с учетом ограничения по допустимой перегрузке nдоп 3.

ДЕПУТАТОВА Е.А., КАЛИХМАН Д.М., НИКИФОРОВ В.М., САДОМЦЕВ Ю.В. — 2014 г.

Рассматриваются прецизионные поворотные стенды (управляемые основания), особенностью которых является использование в качестве чувствительных элементов инерциальных датчиков угловой скорости различного принципа действия (волоконно-оптических, лазерных, поплавковых и других гироскопов) как для однорежимного стенда, работающего по принципу “самоконтроля”, так и для широкодиапазонного, работающего в низкоскоростном и высокоскоростном режимах и снабженного (для расширения его функциональных возможностей) триадами кварцевых маятниковых акселерометров. Проблема связана с построением цифровых систем управления рассматриваемых стендов, обеспечивающих высокоточную стабилизацию заданных движений управляемых оснований. Дается решение данной проблемы, позволяющее находить алгоритмы цифрового управления при использовании разных инерциальных датчиков угловой скорости. Проводится анализ полученных решений во временной и частотной областях, подтверждающий высокое качество регулирования.

КАЛИНИН А.И., ЛАВРИНОВИЧ Л.И. — 2014 г.

Рассматривается задача оптимизации переходного процесса в квазилинейной системе (содержащей малый параметр при нелинейностях), которая состоит в нахождении допустимого управления с минимальным значением интегрального квадратичного критерия качества. Строятся асимптотические приближения к оптимальному программному управлению и оптимальной обратной связи в этой задаче. Вычисления сводятся к решению невозмущенной линейно-квадратичной задачи, интегрированию систем линейных дифференциальных уравнений, а также к нахождению корней линейных алгебраических систем.