Главная – Журналы – Автометрия 2021 номер 4

Рассмотрена задача управления вектором скорости летательного аппарата в траекторной системе координат. На основе метода структурного синтеза предложен алгоритм управления, обеспечивающий достижение заданной скорости полёта при согласованном управлении рулями и тягой двигателя. Результаты численного моделирования демонстрируют эффективность предложенного подхода.

Представлен разработанный и реализованный программно-аппаратный комплекс для проведения лётных экспериментов, обеспечивающий работу в режимах стенда полунатурного моделирования, комплекса подготовки экипажа летательного аппарата и наземного пункта управления. Выделены назначение и функциональные особенности каждого из режимов работы комплекса. Приведены результаты исследований с использованием разработанного комплекса на примере дистанционно управляемого летательного аппарата - летающей лаборатории.

Предложен метод аналитического конструирования оптимальных регуляторов в задачах управления с минимальным энергопотреблением линейными системами с распределёнными параметрами в условиях заданной точности равномерного приближения конечного состояния объекта к требуемому пространственному распределению управляемой величины. Развиваемый подход базируется на разработанном ранее альтернансном методе построения параметризуемых алгоритмов оптимального программного управления. Показано, что искомая процедура синтеза оптимального регулятора сводится к построению системы управления с линейными обратными связями по неполному измерению состояния, коэффициенты передачи которых являются известными функциями времени и конечных значений управляемой величины, определяемых предварительным расчётом программного управляющего воздействия.

Предлагается процедура синтеза регулятора для линеаризованной системы в виде двойного перевёрнутого маятника на тележке, основанная на методе скользящих режимов. Особенностью подхода является двухэтапный расчёт регулятора, причём на первом этапе осуществляется преобразование модели объекта к каноническому базису и формирование алгоритма управления в виде функции канонических переменных. На втором этапе путём обратного преобразования переменных получаем описание регулятора в исходном базисе. Поскольку для рассматриваемого типа объектов имеется возможность непосредственного измерения части его внутренних переменных, то для реализации регулятора необходимо получить оценку остальных. С этой целью предлагается использовать несколько однотипных фильтров оценки состояния, что позволяет определить весь вектор состояния, хотя непосредственному измерению доступны только некоторые из его координат. Рассчитанный регулятор обеспечивает стабилизацию маятника в верхнем положении при малом отклонении угла от вертикали. Результаты численного моделирования системы в интегрированной среде MATLAB/Simulink иллюстрируют её основные свойства.

Рассматривается модифицированная структура пропорционально-интегрального резонансного регулятора и методика настройки его параметров. Показано, что применение метода разделения движений даёт возможность выполнить расчёт пропорционально-интегральной составляющей регулятора независимым образом от выбора параметров резонансных компонент регулятора. Предлагаемый подход к расчёту параметров регулятора позволяет обеспечить точное слежение для заданного гармонического воздействия в системе управления в условиях действия внешних гармонических возмущений и неполной информации о параметрах объекта управления. Приведены результаты численного моделирования.

В работах, посвящённых методу потенциальных полей в мобильной робототехнике, ключевое значение придаётся механизму силового воздействия на движение робота, определяющему закон изменения скорости его движения. Предлагается новая методология использования виртуальных полей: силовой аспект исключается, а линии напряжённости создаваемого поля задают лишь желаемые траектории движения робота, причём следование по заданной траектории осуществляется двухконтурной системой управления направлением и скоростью движения робота. Обсуждается вопрос конструирования притягивающего и отталкивающего потенциалов. Приводятся результаты имитационного моделирования траекторного управления движением двухколёсного робота.

Предложен способ применения метаэвристического алгоритма «прыгающих лягушек» в качестве инструмента для расширения первичной базы правил нечёткого классификатора. Такой алгоритм актуален в случае, когда имеющихся правил недостаточно для качественного распознавания всех классов, например при наличии дисбаланса в данных. Дополнительные правила, генерируемые метаэвристикой, способны не только улучшить качество классификации, но и предоставить более полное описание исследуемой предметной области. Для генерации первичной структуры классификатора был использован алгоритм, основанный на экстремальных значениях признаков классов. Исследуемая комбинация была проверена на 36 несбалансированных наборах данных из репозитория Knowledge Extraction based on Evolutionary Learning и показала увеличение средней геометрической точности на 34 наборах, а также удовлетворительные результаты по сравнению с аналогичными алгоритмами. Достоинства предложенного способа формирования структуры заключаются в отсутствии необходимости дополнения данных синтетическими образцами, низком разбросе результатов на отдельных запусках и возможности улучшить качество классификации при добавлении небольшого количества правил.

В целях снижения сложности комбинационных схем предложена новая методология синтеза управляющих автоматов, основанная на вводе ограниченного числа пустых операторов в граф-схему управления, и три способа организации адресной подсистемы: через ввод счётчика состояний и унитарное кодирование, ввод в структуру управляющего автомата мультиплексора для выбора одного логического условия из всего множества {α} и ввод в схему управляющего автомата адресного блока из q двухвходовых элементов «И», одного «ИЛИ» и RS-триггера для выбора одного α_j∈{α}. Во всех вариантах реализации управляющих автоматов число входов в программируемую логическую матрицу уменьшается в 1,5-3 раза в зависимости от сложности алгоритма управления.

С использованием критерия гиперустойчивости, быстродействующих фильтров-корректоров и неявной эталонной модели в условиях ограничений управляющих воздействий и априорной параметрической неопределённости рассматривается решение задачи синтеза системы комбинированного управления перевёрнутыми маятниками, соединёнными пружиной. С помощью вычислительных экспериментов исследуется качество работы предложенной системы децентрализованного управления.

Предложен алгоритм управления полётом беспилотного летательного аппарата (БПЛА) над железной дорогой в автоматическом режиме без участия оператора и использования спутниковых навигационных систем. Алгоритм основан на компьютерном анализе видеоизображения с камеры БПЛА, выделении рельсов, определении их направления относительно движения БПЛА и управлении полётными характеристиками (тангаж, рыскание, крен) таким образом, что полёт осуществляется над железной дорогой на заданной высоте. Особенностью алгоритма является его простота, не требующая значительных вычислительных ресурсов. Реализация алгоритма не сказывается на массогабаритных параметрах и энергопотреблении БПЛА и не влияет на дальность и продолжительность его полёта. Лётные испытания подтвердили надёжность алгоритма.

Увеличение доли компьютерного зрения для систем биометрической идентификации и использование его в качестве меры безопасности приводит к росту попыток фальсификации. В связи с этим увеличивается и количество способов автоматического определения подобных ситуаций. Но как и большинство систем, использующих компьютерное зрение в различных ситуациях, точность распознавания атак может снижаться в некоторых случаях. В предлагаемой работе рассмотрены существующие подходы к распознаванию спуфинг-атак и дана оценка их устойчивости к изменению условий записи данных.

Исследовано использование свёрточных нейронных сетей в целях анализа контейнера графических изображений на наличие данных, внедрённых методами стеганографии. Показано, что глубокая свёрточная нейронная сеть обучается классифицировать присутствие скрытых данных в графических изображениях, достигая точности по метрике weighted AUC, равной 0,928. Проверена гипотеза об эффективности применения концепции «transfer learning» в сфере стеганографии. Эффективность предложенной технологии продемонстрирована на большом экспериментальном материале.

Для лабораторных испытаний цикла функционирования звёздного датчика ориентации предназначены динамические стенды, в состав которых входят имитаторы звёздного неба. В последнее время для получения изображения звёздного неба чаще всего используются растровые экраны (компьютерные или телевизионные). Однако изображения звёзд на таких экранах имеют существенные отличия от реального звёздного неба, что необходимо учитывать при проведении динамических испытаний звёздных датчиков и обработке их результатов.

Рассмотрен синтез цифрового низкочастотного квазигауссовского фильтра с конечной импульсно-переходной характеристикой, единичным коэффициентом усиления на нулевых частотах и неотрицательными весовыми коэффициентами. Фильтр предназначен для снижения шумов в пуассоновских наблюдениях. Использовалась гауссовская функция для фильтра-прототипа, формировался аппроксимационный функционал. Для синтеза применялась стохастическая глобальная минимизация данного функционала с помощью модифицированного алгоритма имитации «отжига». Квазигауссовский фильтр исследовался на модельных и экспериментальных пуассоновских наблюдениях, подтверждена его эффективность.