№ 1 (2023)

Опубликован: 2023-04-10

Весь выпуск

РАЗДЕЛ I. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

  • ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ КОЛЛЕКТИВНОЙ МИССИИ МНОГОАГЕНТНОЙ ГЕТЕРОГЕННОЙ ГРУППОЙ

    В. К. Абросимов , А.Н. Седов
    Аннотация

    Целью исследования является определение критериев, параметров и показателей эффек-
    тивности выполнения коллективных миссий группами, включающими в свой состав объекты
    управления разной функциональности и целевой нагрузки. В качестве примера миссии рассмат-
    ривается самая актуальная военно-техническая задача последнего времени – мониторинга
    протяженных пространств. Особенностью постановки задачи является предположение о
    наличии опасных зон в области мониторинга. Любое противодействие потенциально критич-
    ных объектов, способное существенно ограничить возможности и даже лишить работоспо-
    собности средства мониторинга, оказывает влияние на постановку и выполнение группой мис-
    сии и неизбежно приводит к пересмотру как коллективных стратегий управления группой, так
    и индивидуальных стратегий средств мониторинга, маршрутов их движения, алгоритмов
    принятия решений и др. Средства мониторинга моделируются как интеллектуальные агенты,
    обученные в парадигме «коллективизма». Указанное обеспечивает общий ресурс ситуационной
    осведомленности группы, организацию переговоров агентов и взаимопомощи друг другу при
    возникновении проблемных ситуаций. Разработан общий подход к оценке эффективности ре-
    шения коллективных задач гетерогенной группой разнотипных и разносредовых агентов с уче-
    том целевой функции, ресурсоемкости всей миссии организацией активного взаимодействия
    агентов между собой. Характеристику эффективности миссии предложено формировать
    как взвешенную сумму нормированных показателей параметров функций агентов с весами
    "значимость функции для миссии" и "ценность объекта" для группировки. Показано, что поте-
    ря эффективности выполнения коллективной миссии при возникновении проблемных ситуаций с
    агентом (активное воздействие противника, поломка, отсутствие необходимого функционала,
    ресурсов и др.) может быть возмещена требуемым функционалом других агентов группы с
    соответствующей реконфигурацией задач.

  • СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО РЕГУЛЯТОРА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОДВОДНОГО ОБЪЕКТА

    П. П. Чернусь , Павел П. Чернусь , А.A. Яковлев, Р.В. Сахабудинов , А.С. Голосий
    Аннотация

    Представлены результаты разработки и синтеза гидравлической системы стабилиза-
    ции подводного объекта. Для полноты и точности математического моделирования в гид-
    равлической системе учтены силы сухого трения между поршнем и стенками гидроцилиндра,
    силы сухого трения между штоком и гидроцилиндром, которые в сумме определяют общую
    силу сухого трения в активном гидроцилиндре, общее силы сухого трения в пассивном гидро-
    цилиндре, ускорения движения. Также учтены приведенная масса системы блоков и полиспа-
    ста, массы подвижных частей активного и пассивного гидроцилиндров. После расчета массовых и динамических характеристик гидравлической системы стабилизации было проведено
    математическое моделирование разработанной системы. В процессе разработки и синтеза
    системы были учтены особенности и типовые нелинейности входящих в состав системы
    гидравлической и пневматической частей, такие как расходная характеристика гидрорас-
    пределителя золотникового типа, малые расходы утечек и сжатия в рабочих полостях ак-
    тивного гидроцилиндра. При проектировании был принят адиабатический характер процес-
    са в пневмогидровытеснителе, поскольку реакция и движение гидравлической системы ста-
    билизации происходит достаточно быстро, в виду чего тепловой обмен с окружающей сре-
    дой будет пренебрежимо мал. В процессе синтеза математической модели системы учиты-
    вается нелинейность коэффициента упругости троса. Проведено исследование устойчиво-
    сти математической модели системы стабилизации и проведен синтез системы управления
    гидравлической частью системы с использованием ПИД-регулятора. Расчет параметров
    ПИД-регулятора произведен с применением стандартной методики расчета. Поскольку ре-
    зультат работы системы стабилизации при таком синтезе системы управления сильно
    зависел от сигнала возмущения, было принято решение повысить инвариантность системы
    по отношению ко входному сигналу путем введения комбинированного управления. Такое
    улучшение системы оказалось достаточным для повышения качества работы математиче-
    ской модели гидравлической системы стабилизации. Проведено цифровое перепроектирова-
    ние регулятора, учтены особенности работы аналого-цифровых преобразователей датчи-
    ков. Результаты моделирования показали работоспособность такой системы управления

  • ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСИРОВАННОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НАЗЕМНОГО ОБЪЕКТА

    И.А. Шипов , Е. В. Ветошкин
    Аннотация

    Цель работы – создание эффективной программно-аппаратной модели навигационной
    системы наземного подвижного объекта. Процесс моделирования является одним из ключевых
    инструментов, позволяющих проводить отработку технических решений на всех этапах жиз-
    ненного цикла сложной технической системы. В процессе проектирования комплексированных
    инерциальных систем возникает ряд научно-технических задач, эффективность решения ко-
    торых зависит от степени их отработки. Моделирование – один из вариантов апробации тех-
    нических решений. В статье приведено описание решения задачи моделирования комплексиро-
    ванной инерциальной навигационной системы наземного объекта. Модель навигационной сис-
    темы, описанная в данной работе, является программно-аппаратной и реализована в виде про-
    граммных модулей, поддерживающих аппаратное взаимодействие друг с другом. Описанная
    система моделирования навигационной системы наземного объекта была разработана в рам-
    ках ряда опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ. Сформированная мо-
    дель навигационной системы наземного подвижного объекта включает в себя несколько программных блоков, каждый из которых имитирует функционирование реального изделия с дос-
    таточным уровнем достоверности. Внутренние и внешние интерфейсы взаимодействия, про-
    токолы обмена навигационной системы также промоделированы с соблюдением циклограмм
    работы реального объекта. При этом одним из основных преимуществ программного модели-
    рования перед стендовой отработкой или макетированием является возможность проведения
    глубокого анализа алгоритмов функционирования без задействования дополнительных ресурсов.
    Однако для обеспечения соответствия процедуры моделирования реальному функционированию
    зачастую требуется проектирование программно-аппаратных средств. Процедура моделиро-
    вания архитектуры навигационной системы позволяет провести сравнительный анализ не-
    скольких вариантов набора базовых компонентов и схем их взаимодействия. Результатом та-
    кого сравнения является оптимальная структура, позволяющая обеспечить потребителя нави-
    гационной информацией с наибольшей эффективностью. В статье определены основные зада-
    чи процесса моделирования. При проектировании сложной технической системы этап модели-
    рования может стать критически важным для достижения оптимального результата. Пред-
    ложенная структура, перечень ключевых элементов системы моделирования наземной навига-
    ции и подходы организации взаимосвязи между ними были апробированы в рамках нескольких
    опытно-конструкторских работ. При этом было определено, что достоверность разработан-
    ных моделей и их соответствие моделируемым блокам позволяет производить анализ навига-
    ционных систем с высоким уровнем объективности. Разработанная программно-аппаратная
    модель позволила провести обработку записей телеметрии, полученных при различных условиях
    эксплуатации изделий, провести анализ и выработать технические решения, повышающие
    эффективность функционирования навигационных систем.

  • МЕТОД И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА ОТ МАЛОРАЗМЕРНОГО РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

    В.В. Ланцов , К.В. Ланцов , А. В. Корякин , Л.А. Мартынова
    Аннотация

    Целью исследования является оценка эффективности системы защиты подвижного
    охраняемого объекта от малоразмерного беспилотного воздушного судна (БВС). В связи с
    особенностью построения системы защиты подвижного объекта, связанной с перемеще-
    нием синхронно с объектом критической зоны, в которую не должен попасть БВС, потре-
    бовалась разработка метода и математической модели оценки эффективности БВС.
    В качестве показателя эффективности принята вероятность отведения БВС от крити-
    ческой зоны. Проанализировано, что отведение БВС от критической зоны осуществляется
    за счет своевременного обнаружения БВС и его перехода от навигации по сигналам спут-
    никовых навигационных систем – к навигации по бортовой инерциальной навигационной
    системе. Своевременность обнаружения определяется дальностью обнаружения БВС.
    Дальность обнаружения определяется, прежде всего, параметрами самих средств обна-
    ружения, топологией их размещения, размерами критической зоны вокруг охраняемого
    объекта, направлением движения БВС. Размер критической зоны определяется опасно-
    стью видеосъемки с борта БВС или сброса полезной нагрузки. Наиболее уязвимым для ох-
    раняемого объекта направлением движения БВС является движение к точке встречи с
    охраняемым объектом. Результаты анализа и разработанные алгоритмы функционирова-
    ния системы защиты от малоразмерного БВС учтены при разработке математической
    модели оценки эффективности защиты охраняемого объекта. Ввиду того, что часть па-
    раметров БВС заранее неизвестна, их значения разыгрывались равновероятно. Для расче-
    та показателя эффективности использован метод статистических испытаний (метод
    Монте-Карло). В каждом испытании разыгрывались случайные параметры БВС, задава-
    лись исходные данные, воспроизводились процессы движения охраняемого объекта и БВС,
    изменения положения критической зоны, оценивалось попадание БВС в зоны обзора
    средств обнаружения, отведение от генерального курса БВС и попадание его в пределы
    критической зоны. Разработанные метод и математическая модель оценки эффективно-
    сти позволили провести численный эксперимент, направленный на оценку влияния скорости
    БВС на эффективность защиты подвижного охраняемого объекта. Результаты работы
    могут быть использованы при проектировании и разработке системы защиты охраняемо-
    го объекта от БВС, при сравнительном анализе альтернативных систем защиты от БВС.
    Предложенные метод и математическая модель могут быть использованы также и в
    подводной морской среде при оценке эффективности защиты охраняемого обитаемо-
    го/необитаемого объекта от морских робототехнических комплексов.

  • ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ ЗНАНИЙ В СОЕДИНЕНИЯХ ВООРУЖЕННЫХ СИЛ

    Г. П. Виноградов
    Аннотация

    Предметом исследования являются методы интеллектуализации автоматизиро-
    ванных систем и комплексов в ВС РФ на базе использования моделей и технологий, осно-
    ванных на знаниях, а также реагирующих беспроводных сенсорных сетей (RWSN), которые
    имеют большую перспективу применения особенно при проведении локальных спецопераций
    силами мобильных тактических групп. Актуальность работы связана с тем, что динами-
    ка современного боестолкновения предполагает оперативную концентрацию всех видов
    информации при принятии адекватных боевой ситуации решений, что позволяет реализо-
    вать новый подход к ведению боевых действий, основанный на интеграции систем всех
    уровней и родов войск. Формой интеграции является тактическая группа. Реализация под-
    хода требует при принятии решений построение цикла знаний, включающего этапы вос-
    приятия, представления, осознания и их пополнения на базе новых архитектур построения
    и использования информационных технологий. Целью работы является исследование воз-
    можности построения информационной системы обеспечения данными одного из ключе-
    вых этапов – этапа приобретения знаний из распределенных источников при использовании
    в качестве первичного элемента системы реагирующих сенсорных сетей. Основные результаты. Исследования показали, что наиболее эффективное решение основано на ис-
    пользовании средств SCADA и сенсорных сетей путем их интеграции, а также гибридиза-
    ции со знаниями экспертов. Предложена архитектура информационной системы такти-
    ческой группы, обеспечивающая ситуационную осведомленность на всем тактическом
    спектре боевых операций и принятие решений в условиях жестких временных ограничений.
    Подобная система может рассматриваться как один из основных ключевых факторов для
    создания превосходства над противником. Приведен обзор возможных вариантов приме-
    нения RWSN в военных областях. Показана их высокая эффективность при выполнении
    боевых задач. Практическая значимость. Обоснована целесообразность применения по-
    лученных результатов при проектировании RWSN.

  • СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТЕПЕНИ АВТОНОМНОСТИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

    C.М. Соколов
    Аннотация

    На фоне всё возрастающих потребностей в робототехнических комплексах с повы-
    шенной степенью автономности и намечающемуся переходу к их широкому использованию
    актуализируется потребность в технологиях оценки качества и сравнения степени авто-
    номности таких устройств. В статье описывается текущее состояние вопросов оценива-
    ния и сравнения степени автономности беспилотных комплексов. Приводятся известные
    оценки степени автономности. В существующей системе классификации выделяется ав-
    тономность информационная и интеллектуальная, которые рассматриваются в тесной
    связи. Предлагаются решения, дополняющие известные подходы к общему определению
    степени автономности и позволяющие формировать количественные оценки степени ав-
    тономности роботов в различных областях народного хозяйства. Рассматриваются тех-
    нологии, направленные на автоматизацию получения этих оценок. В частности, обсужда-
    ется возможность использования хорошо освоенного отечественными исследователями
    инструментария нечётких когнитивных карт для определения степени автономности в
    условиях неполноты информации, наличия качественной информации и влияние человече-
    ского фактора. Обосновывается необходимость развития онтологий предметных облас-
    тей для обеспечения возможности сравнения степени автономности различных робото-
    технических комплексов и их группировок. В целом, указывается подход, который направ-
    лен на систематизацию оценок качества и эффективности применения автономных ро-
    ботов, и может позволить в короткие сроки подготовить методическую базу широкого
    внедрения робототехники. Одним из положительных следствий такого системного подхо-
    да является унификация формулировок и решений (модулей) в задачах информационного
    обеспечения РТК, что, в свою очередь облегчает взаимодействие между пользователями,
    заказчиками и разработчиками. Разработчикам РТК систематизированный подход даёт
    возможность повторного использования удачных решений в различных комбинациях.
    В заключении выражаются пожелания к сообществу отечественных робототехников в
    объединении усилий к унификации терминологии, описании постановок задач и метрик
    интеллектуальности робототехнических комплексов.

  • ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К РОБОТОТЕХНИЧЕСКОМУ КОМПЛЕКСУ МНОГОРЕЖИМНОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ

    А.Ю. Баранник , А.В. Лагутина , Е.В. Павлов , В. И. Ершов
    Аннотация

    Целью исследования является обоснование технических требований к робототехниче-
    скому комплексу, предназначенному для ликвидаций чрезвычайных ситуаций техногенного ха-
    рактера, связанных с необходимостью ликвидации возгораний. Данные ЧС могут возникать,
    прежде всего при радиационных и химических авариях, а также при авариях на взрывопожаро-
    опасных объектах. Ликвидация таких ЧС, как правило связана с повышенным риском для по-
    жарных и спасателей и требует применения тяжелой техники. В статье предложен поход,
    который предполагает рассмотрение двух возможных вариантов применения комплекса: при
    тушении пожара по площади в режимах разового цикла возимым запасом воды и при тушении
    пожаров в режиме длительного пожаротушения. При этом в качестве основных показателей
    для оценки эффективности комплекса предлагается рассматривать площадной темп пожа-
    ротушения и расход воды. Под площадным темпом пожаротушения предлагается понимать,
    как отношение площади тушения пожара к времени. Расход воды при пожаротушении являет-
    ся единой величиной для всех звеньев последовательной цепочки, в виде которой может быть
    представлена схема подачи воды к очагу пожара. Для первого варианта последовательно рас-
    считывается величина расхода воды, которая зависит от напора, который создается перед
    водяным стволом. Данный показатель прежде всего зависит от таких факторов как напор
    воды, создаваемый насосом, потери напора в рукавной линии, превышения или принижения во-
    дяного ствола по отношению к насосу. По итогам расчетов для каждого звена полученные
    показатели суммируются. Для второго варианта, возможности робототехнического комплек-
    са по длительному пожаротушению, предполагают использование в качестве источника по-
    жаротушащего вещества, имеющийся водоем природного или искусственного происхождения.
    При этом количество факторов, влияющих на площадной темп пожаротушения и расход воды
    существенно возрастает. Для упрощения проведения расчетов разработана номограмм, кото-
    рая позволяет рассчитать не только вышеуказанные показатели, но определить прогнозные
    значения времени необходимого для тушения пожара. Получаемые в результате вышеуказан-
    ных расчетов данные позволяют в итоге реализовать основную задачу, рассматривае6мых
    исследований, т.е. оценки возможностей перспективного комплекса робототехнического ком-
    плекса по тушению пожаров на радиационно-, химически- и взрывоопасных объектах. Данную
    проблему предлагается решать путем формирования технических обликов РТК, которые мо-
    гут быть созданы для решения пожаров на вышеуказанных объектах, и затем сравнительной
    оценкой их качеств.

  • МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ РТК ВН В РЕЖИМЕ АВТОНОМНОГО НАВЕДЕНИЯ

    Е.Ю. Пушкарева , И.В. Пискулин
    Аннотация

    Целью исследования является повышение точности системы управления движением назем-
    ных робототехнических комплексов военного назначения (РТК ВН) гусеничного типа на основе
    применения метода построения двухконтурных систем автоматического управления, эквива-
    лентных комбинированным системам. Использование систем автоматического управления, экви-
    валентных комбинированным системам позволяет добиться повышения точности систем авто-
    матического управления за счет уменьшения значения динамической ошибки, то есть достиже-
    ние инвариантности ошибки, без нарушения устойчивости системы. Задачей исследования является возможность достижения нулевой ошибки в одноконтурных и двухконтурных системах
    автоматического управления движением РТК. Для решения данной задачи необходимо опреде-
    лить структуру САУ и составить структурные схемы систем автоматического управления
    движением РТК ВН по углу курса. Данная задача может быть решена поэтапно. В ходе первого
    этапа рассматривается связь ошибок управления в одноконтурных системах автоматического
    управления с постоянным входным воздействием. Следующим этапом является обоснование по-
    строения двухконтурных систем с учетом линейного входного воздействия. Далее необходимо
    определить параметры второго контура двухконтурной САУ движением РТК. В задаче рас-
    сматривается связь динамической ошибки управления в двухконтурных САУ движением РТК по
    углу курса с линейным входным воздействием. Использованный в статье метод позволяет ре-
    шать задачу достижения инвариантности ошибки в САУ движением РТК ВН по углу курса.
    В работе приведена методика определения параметров и структуры САУ в целях достижения
    нулевой ошибки, что, в свою очередь, приводит к повышению точности при соблюдении требова-
    ния к устойчивости системы. Результаты расчетов подтверждают работоспособность пред-
    ложенной методики и показывают, что при различных вариантах входных воздействий (посто-
    янном и линейном) в одноконтурных и двухконтурных САУ движением РТК по курсу удается дос-
    тичь независимости уменьшения динамической ошибки от устойчивости САУ (т.е. достижения
    инвариантности ошибки без потери устойчивости системы).

  • АВТОНОМНЫЙ РОБОТ ДЛЯ МОНИТОРИНГА НАЗЕМНЫХ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ РАСКОПОК

    К.Ч. Бжихатлов , А.У. Заммоев , Л.Б. Кокова , И.А. Пшенокова
    Аннотация

    Огромный интерес к культурному наследию отражает желание человека знать и пони-
    мать свое происхождение и достижения. Однако, археологические памятники, как и природная
    среда, являются конечными не возобновляемыми ресурсами. Среди всех видов наследия, находя-
    щихся под угрозой, археологические памятники и их богатство информации и артефактов
    находятся под наибольшей угрозой. В современной практике варианты сохранения археологиче-
    ских памятников включают реконструкцию, повторную сборку (анастилез), сохранение и за-
    щиту in situ, включая укрытия и/или консолидацию тканей, сохранение ex situ путем перемеще-
    ния, а также перезахоронение с интерпретацией участка или без нее. Однако, очень важно при
    проведении археологических раскопок не перемещать и не терять артефакты. При утрате или
    перемещении теряется их информационный потенциал. С целью обеспечения постоянного кон-
    троля процесса археологических изысканий, фиксации найденных артефактов, построения
    трехмерной модели изучаемого объекта и обеспечения безопасности на участке разработана
    система мониторинга раскопок, развернутая на автономном роботе. Задача данного исследо-
    вания – разработка аппаратного и программного обеспечения робота. Робот представляет
    собой подвесную платформу сбора данных, перемещение которой обеспечивается несколькими
    тросами, закрепленными на неподвижных опорах. Перемещение платформы (как в плоскости,
    так и по высоте) обеспечивается за счет изменения длинны тросов. Подобная схема переме-
    щения позволяет обеспечить возможность перемещения платформы во всей плоскости тре-
    угольника, образуемого неподвижными опорами, а также спускаться или подниматься до вы-
    соты, ограниченной высотой самих опор. Платформа сбора данных, представляет собой пло-
    скую платформу с установленной на ней модулем связи, микроконтроллером и аккумулятором.
    Снизу прикреплен гиростабилизатор, с закрепленными на нем видеокамерой и дальномером,
    который позволяет погасить колебания при движении платформы и внешних возмущениях.
    Представлен мультиагентный алгоритм работы системы мониторинга робота в процессе
    раскопок. Разработана программа для управления и сбора данных с системы мониторинга ар-
    хеологических объектов. Для апробации системы мониторинга изготовлен прототип робота,
    который был протестирован во время раскопок комплекса археологических памятников в Бак-
    санском районе Кабардино-Балкарской республики.

РАЗДЕЛ II. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ

  • СИНТЕЗ ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НЕАФФИННЫМИ ОБЪЕКТАМИ

    А.Р. Гайдук , Али Эль А. Кабалан , В. Х. Пшихопов , М. Ю. Медведев , В. Г. Гисцов
    Аннотация

    В теории автоматического управления актуальной проблемой является разработка
    методов синтеза неаффинных по управлению систем. В таких системах управление воз-
    действует на вход объекта нелинейно, поэтому оно влияет на переменные состояния не
    аддитивно. Целью данной статьи является разработка метода синтеза, который обеспе-
    чивает устойчивость нулевого положения равновесия замкнутой неаффинной системы
    управления в некоторой области. Рассматриваются объекты, описываемые нелинейными
    системами дифференциальных уравнений, с одним управлением и одним выходом. Введено
    ограничение, заключающееся в дифференцируемости правых частей дифференциальных
    уравнений по всем переменным состояния. Поставлена задача синтеза управления в виде
    функции задающего воздействия, вектора переменных состояния и значений управления в
    предыдущие моменты времени. Данная задача решается с использованием квазилинейной
    модели объекта управления. Как известно, такая модель позволяет сохранить все особен-
    ности нелинейных уравнений объектов без их упрощения. В квазилинейном представлении
    матрицы и векторы являются функциями переменных состояния объекта управления.
    Управление находится с применением алгебраического полиномиально-матричного метода.
    Данный метод позволяет найти управление при выполнении условия управляемости объек-
    та в виде неравенства. В данной статье приводятся расчетные соотношения для вычис-
    ления управления в соответствии с полиномиально-матричным методом. На основе задан-
    ных коэффициентов желаемого полинома в результате решения алгебраической системы
    уравнений находятся коэффициенты управления, являющиеся функцией управления и пере-
    менных состояния. При этом выполнение условия управляемости гарантирует существо-
    вание решения указанной алгебраической системы. Найдено выражение, позволяющее вы-
    числить управление по найденным коэффициентам. В статье также найдено условие воз-
    можности обеспечения ненулевого значения выходной управляемой величины нелинейной
    гурвицевой системы в установившемся режиме. При этом условии может быть обеспече-
    но и нулевое значение статической ошибки по задающему воздействию. Далее предлагает-
    ся преобразование полученного непрерывного управления в дискретное, которое реализует-
    ся в цифровом вычислителе. В статье также приводится численный пример синтеза сис-
    темы управления неаффинным объектом второго порядка, а также результаты модели-
    рования замкнутой системы. Приведенный пример подтверждает полученные теоретиче-
    ские результаты. Таким образом, предложенный подход позволяет синтезировать устой-
    чивые гурвицевые системы управления неаффинными объектами с применением алгебраи-
    ческого полиномиально-матричного метода при достаточно малых периодах дискретиза-
    ции переменных объекта управления и малых модулях корней характеристического поли-
    нома матрицы замкнутой системы в её квазилинейной модели.

  • КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНЫХ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКОВ И ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ РОССИИ

    А.А. Зеленский
    Аннотация

    Целью исследования является рассмотрение возможности построения конкурентоспособ-
    ных быстродействующих систем управления движением на основе имеющейся в России элек-
    тронной компонентной базы. Предлагается авторская методика количественной оценки доверия
    к системе управления, согласно которой доверие определяется в соответствии с доверием ко
    всем ее элементам на всех технологических уровнях применительно к обеспечению функциональ-
    ной надежности и информационной безопасности исходя из оценки доверия к результатам разра-
    ботки и тестирования этих элементов. Рассматривается комплексная проблема обеспечения
    доверия к системам управления движением, обусловленная зависимостью страны от импорта
    оборудования с иностранными системами управления, малыми объемами и технологическим от-
    ставанием производства полупроводниковой продукции и оборудования для этого производства, а
    также невозможностью обеспечения доверия к интеллектуальным системам управления без
    полного доступа к их разработке. Для данной проблемы предлагается решение, не требующее
    доведения в России до мирового уровня всего спектра технологий, используемых для создания сис-
    тем управления. Это решение основано на использовании предлагаемой автором комплексной
    методологии синтеза систем управления, в основе которой лежит известный подход построения
    системы управления в виде последовательного многоуровневого преобразования от постановки задачи до уровня электронного устройства, дополненный заданием промежуточного уровня –
    уровня архитектуры системы управления и конкретным выбором память-центрической архи-
    тектуры. С учетом определения выбранного промежуточного уровня системы управления дви-
    жением комплексная методология системы управления позволяет, отталкиваясь от возможно-
    стей память-центрической архитектуры, в соответствие с поставленной задачей управления
    формировать методологию программирования системы управления, а в соответствие с имею-
    щейся в наличии электронной компонентной базы – определять методы синтеза подсистем
    управления движением. Предлагаемая комплексная методология также предполагает система-
    тизацию подсистем интеллектуального блока, блока очувствления и исполнительного блока сис-
    темы управления движением в виде ограниченных наборов подсистем, достаточных для по-
    строения всего разнообразия систем управления движением.

  • МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ВОДИТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕХНИКИ С ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ ВИРТУАЛЬНЫХ 3D МОДЕЛЕЙ РЕАЛЬНОЙ МЕСТНОСТИ

    А.А. Волошкин , Л. А. Рыбак , Д.И. Малышев , К.В. Чуев , В. М. Скитова
    Аннотация

    Разработка современных тренажерных комплексов для симуляции управления транс-
    портными средствами является актуальной задачей из-за высокой цены ошибок управле-
    нии, которая может быть решена при помощи механизмов параллельной структуры.
    В статье представлены актуальные исследования в области создания модели и реального
    прототипа тренажерного комплекса для обучения водителей транспортных средств и
    спецтехники на базе динамической шестистепенной платформы подвижности. Одним из
    обязательных требований при проектировании платформы является исключение из рабо-
    чей области особых положений, в которых механизм теряет свою управляемость и могут
    возникать сбои в работе. В статье представлены результаты исследований влияния осо-
    бых положений на решение прямой задачи кинематики и геометрию рабочего пространст-
    ва платформы Гофа-Стюарта (коммерческое название – «Гексапод»). Разработан вирту-
    альный прототип роботизированной платформы в MSC d m , который позволил выпол-
    нить имитационное моделирование кинематических и динамических параметров, характе-
    ризующих эксплуатационные условия под действием рабочих нагрузок. Определены наи-
    большие результирующие силы, действующие на шарниры при максимальной скорости,
    которую может развить актуатор. В соответствии с предельной нагрузкой выполнено
    построение 3D модели тренажерного комплекса при помощи систем автоматизированно-
    го проектирования. В статье представлены результаты проектирования тренажерного
    комплекса, изготовлен прототип. Тренажер состоит из верхней платформы и основания,
    которые соединены поступательными электроприводами. На верхней платформе уста-
    новлена кабина водителя, которая имеет органы управления повторяющие органы управ-
    ления автомобилем. Вывод изображения симуляции происходит на установленные мони-
    торы. Для взаимодействия и погружения водителя в среду симуляции разработан про-
    граммно-аппаратный комплекс «Маршрут», со следующими функциональными возможно-
    стями: – автоматизированное формирование цифровой модели рельефа (в том числе об-
    ластей урбанистической застройки) на основе электронных топографических карт, биб-
    лиотек трехмерных объектов, результатов лазерного сканирования реальных участков
    местности, данных от мобильных комплексов с прецизионным навигационным оборудова-
    нием; – создание новых трехмерных объектов; – настройка поведенческой модели динами-
    ческих объектов (интеллектуальных агентов), разработанной с использованием принципов
    многоагентных систем; – создание комплексов упражнений с различными аварийными си-
    туациями для обучаемых. Экспериментальные исследования прототипа позволили оценить
    его возможности и характеристики, скорректировать алгоритмы. Результаты исследо-
    ваний, представленные в статье, будут способствовать созданию прочной инфраструк-
    туры, содействие обеспечению всеохватной и устойчивой индустриализации.

  • ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ РОБОТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАТИСТИЧЕСКОГО ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

    С.Ю. Курочкин , А.А. Тачков , Е. И. Борисенков
    Аннотация

    Рассмотрена задача параметрического синтеза системы управления согласованным
    движением группы мобильных роботов (МР) строем по заданному опорному маршруту. Ар-
    хитектура системы управления рассматриваемых МР соответствует принципам блочно-
    модульного построения на основе унифицированных программных компонентов, совместное
    функционирование которых реализует связующее программное обеспечение, например, Robot
    Ope tin Sy tem. Стохастическая природа условий применения МР, случайные ошибки в ин-
    формационно-измерительной системе и использование упрощенных моделей движения МР
    приводят к возникновению в системе управления МР ошибок, влияющих на скорость его дви-
    жения. Влияние условий функционирования на качество работы системы связи и системы
    управления МР отражают вероятностно-временные характеристики (ВВХ): время достав-
    ки сообщений в сети и интенсивность остановок МР. Проводимое имитационное моделиро-
    вание позволяет учесть влияние указанных ВВХ и динамики МР с учетом системы управления
    приводным уровнем на качество выполнения группой МР поставленной задачи. Согласованное
    движение группы МР строем по заданному маршруту обеспечивается методом децентрали-
    зованной виртуальной структуры. Качество выполнения групповой задачи оценивается дву-
    мя показателями: отклонение формы строя от заданной и время выполнения поставленной
    задачи. Приведен пример вычисления оптимального параметра метода виртуальной струк-
    туры, при котором для заданных ВВХ будет обеспечиваться прохождение группой из трех
    МР опорного маршрута за наименьшее время при минимальных отклонениях текущей формы
    строя от требуемой. Оптимизационная задача решена при помощи метода золотого сече-
    ния, статистическое имитационное моделирование выполнено с использованием пакетов
    M TL B Simu ink и P e Computin Too box. Выполнено имитационное моделирование
    движения однородной группы из трех МР, которой ставится задача движения по маршруту
    в строю формы «шеренга» с интервалом 5 метров с рекомендуемой скоростью 3 м/с. Каче-
    ство работы системы автономного управления движением МР обеспечивает безаварийное
    движение робота с интенсивностью остановок 1,2 остановки в минуту. Система связи и
    обмена информацией с полносвязной топологией обеспечивает обмен информацией между
    мобильными роботами с частотой не более 10 Гц, запаздывания в канале связи варьируют-
    ся в интервале от 0,1 до 0,5 с.

  • АСИМПТОТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЗАДАЧАХ СУПЕРВИЗОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫХ ПОДВОДНЫХ РОБОТОВ

    С.А. Дубовик , А. А. Кабанов
    Аннотация

    Работа посвящена актуальной задаче синтеза управления для автономных подводных
    роботов (АПР). Поскольку АПР должны выполнять действия в соответствии с заданной
    программой в условиях не всегда прогнозируемой обстановки, то необходимо предусмотреть
    рабочие инструменты, использование которых совместно с управлением движением и ори-
    ентацией АПР требует наряду с механизмами непрерывной локальной стабилизации реали-
    зации на верхнем уровне алгоритмов контроля и координирующего управления. Такую двух-
    уровневую схему управления, которую можно назвать супервизорной, в настоящей работе
    предлагается реализовать с помощью асимптотических методов двух типов: для разделения
    движений на быстрые и медленные используется аппарат анализа сингулярно возмущенных
    дифференциальных уравнений, а контроль на верхнем уровне осуществляется на основе прин-
    ципа больших уклонений. Общая задача синтеза сводится к управлению медленными движе-
    ниями и стабилизации быстрых движений. При этом в стохастической постановке задачи
    предполагается, что в быстрых движениях присутствует случайное возмущение. Учитывая,
    что быстрые движения при этом стабилизируются, с большой вероятностью действие
    шума усредняется и не оказывает существенного влияния на поведение медленных перемен-
    ных. Но при достаточно длительном наблюдении можно обнаружить такую ситуацию,
    когда на некотором промежутке значения возмущений не только взаимно не компенсируют-
    ся, но, напротив, выстраиваются в последовательность, как бы специально нацеленную на
    формирование явного ухода медленного подвектора от равновесия. Из теории больших укло-
    нений известно, что такая траектория единственна и наиболее вероятна из всех, ведущих к
    определенному критическому событию. При этом по фазе этого процесса можно судить о
    близости критического события. Таким образом, использование теории больших уклонений
    позволяет организовать контроль уклонений объекта от заданной траектории, способный
    выдавать оценки по вероятности критических значений контролируемых уклонений. В ре-
    зультате показано, что, если ускорения формируются быстрыми подсистемами, то в мед-
    ленных подсистемах можно не только добиваться приемлемого качества и точности на
    фиксированном интервале, но и обеспечить это независимо от действия возмущений. Рабо-
    тоспособность предложенного подхода к синтезу на основе разделения движений и теории
    больших уклонений показана на примере автономного подводного робота с двумя рулями,
    носовым и кормовым, в задаче управления продольным движением на заданной глубине. При-
    водятся результаты моделирования и их обсуждение.

  • ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ СТРАТЕГИЙ И УПРАВЛЕНИЕ ГРУППОЙ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ В УСЛОВИЯХ НЕПОЛНОТЫ ИНФОРМАЦИИ

    И.В. Бычков , А.В. Давыдов , М.Ю. Кензин , Н.В. Нагул , А.А. Толстихин
    Аннотация

    Рассматриваются различные задачи планирования стратегий и управления группой мо-
    бильных роботов в сложных динамических условиях при неполной информации о внешней среде.
    Представлены подходы к решению задач составления эффективного рабочего расписания в
    условиях непостоянного состава действующей группы, поиска источника нестационарного
    поля концентрации, супервизорного управления дискретно-событийными системами. Для зада-
    чи составления верхнеуровневого расписания групповой работы разработана оригинальная математическая модель, сформулированная в терминах задач планирования рабочих смен,
    а также проблемно-ориентированная модификация эволюционных алгоритмов со специализи-
    рованных набором эвристик для ее эффективного решения. Поиск и мониторинг источника
    нестационарного поля концентрации осуществляется с помощью децентрализованной муль-
    тиагентной стратегии управления, объединяющей элементы бионических и градиентных под-
    ходов, а также метода генерации искусственных потенциальных полей. Рассмотренная стра-
    тегия управления обладает низкой вычислительной сложностью, высокой вариативностью по
    отношению к типам обследуемых полей и легко масштабируется для управления любым дос-
    тупным количеством мобильных роботов. Последнее имеет особое значение, в частности, при
    рассмотрении задачи параллельного и независимого мониторинга нескольких источников.
    Для решения различных задач теории супервизорного управления дискретно-событийными сис-
    темами, используемыми на различных уровнях иерархической системы управления робототех-
    ническими комплексами, предложено использовать средства логического вывода, а именно,
    автоматическое доказательство теорем в исчислении позитивно-образованных формул. Осо-
    бенности исчисления позволяют эффективно решать сложные задачи управления динамиче-
    скими системами, а также осуществлять обработку и контроль событий на основе данных об
    окружающей среде в режиме реального времени в процессе логического вывода. Основанный на
    позитивно-образованных формулах подход позволяет исследовать свойства дискретно-
    событийных систем в автоматной форме, синтезировать и моделировать конечные автома-
    ты для построения и реализации монолитных и модульных супервизоров. Предложена общая
    схема, объединяющая рассмотренные подходы к управлению группой мобильных роботов на
    различных уровнях и масштабах времени в рамках единой иерархической системы управления

  • ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИВУЧЕСТИ (ОБЗОР)

    И. В. Образцов , В.П. Шкодырев
    Аннотация

    Информации о пожароопасных ситуациях, циркулирующей в контурах перечисленных
    систем и уровня технологий искусственного интеллекта, вполне достаточно, чтобы разра-
    ботать научно-методический аппарат обнаружения пожароопасных ситуаций в корабель-
    ных помещениях, определения места их возникновения и факторов пожара, прогнозирования
    развития пожароопасной ситуации и разработать комплекс технологических решений с
    применением искусственного интеллекта для получения обоснованных рекомендаций по лока-
    лизации и тушению пожаров на кораблях ВМФ. Это позволит значительно сократить время обнаружения источников возгорания, дать достоверную информацию о пожароопасной об-
    становке, спрогнозировать развитие пожара в корабельных помещениях и оперативно орга-
    низовать борьбу с корабельным пожаром до возникновения критических пожароопасных
    факторов и ущерба кораблю, здоровью и жизни личного состава. Технологии искусственного
    интеллекта являются эффективным средством решения сложных плохо формализуемых
    задач. К этому классу традиционно относятся задачи классификации, кластеризации, ап-
    проксимации многомерных отображений, прогнозирования временных рядов, нелинейной
    фильтрации, управления сложными технологическими объектами. Анализ пожарной опасно-
    сти технологических процессов, работы корабельных систем и технических средств показал,
    что одним из наиболее перспективных путей разрешения системного противоречия в обеспе-
    чении пожарной безопасности является использование технологий искусственного интел-
    лекта. Необходимость разработки интеллектуальных систем обеспеченья живучести на
    кораблях ВМФ обусловлена необходимостью повышения эффективности руководства при
    борьбе за живучесть в ряде аварий и катастроф. Описаны примеры влияния различных фак-
    торов на ведение борьбы за живучесть при возникновении аварий. Определена роль интел-
    лектуальных систем обеспеченья живучести в составе систем кораблей и судов. Обоснована
    необходимость внедрения таких систем. Разрабатываемые в настоящее время интеллекту-
    альные системы обеспечения живучести на кораблях ВМФ призваны оказывать помощь ко-
    мандному составу кораблей и судов в своевременности и обоснованности принятия решений,
    что позволит повысить эффективность борьбы за живучесть.

РАЗДЕЛ III. СИСТЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ, ПРИВОДНАЯ И ДАТЧИКОВАЯ АППАРАТУРА

  • МОДУЛЬНЫЙ ШАРНИР С ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ ДЛЯ МАНИПУЛЯТОРОВ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

    А.В. Васильев , И.В. Шардыко , В.М. Копылов
    Аннотация

    Рассматриваются вопросы построения шарниров манипуляторов, обладающих прив-
    несённой упругостью и снабжённых при этом механизмом изменения величины этой упру-
    гости (регулируемой жёсткости). На сегодняшний день работоспособные шарниры с пе-
    ременной упругостью (ШПУ) в России отсутствуют. В то же время в мире ведутся ин-
    тенсивные исследования по различным типам таких шарниров и манипуляторам на их ос-
    нове. Хотя до настоящего времени все созданные изделия по большей части носили экспе-
    риментальный и исследовательский характер, в ближайшее время можно ожидать появ-
    ления и внедрения за рубежом опытных образцов ШПУ для решения конкретных практи-
    ческих задач, позволяющих строить манипуляторы с новыми качествами и повышенными
    техническими характеристиками. Такие манипуляторы будут востребованы при решении
    задач, связанных с контактными операциями, требующими повышенной точности, кор-
    ректности и безопасности выполнения, например, в ситуациях нахождения робота и чело-
    века в едином операционном пространстве. Целью предлагаемого исследования является
    создание научно-технического задела в области построения шарниров с регулируемой жё-
    сткостью в виде разработки методических рекомендаций по проектированию ШПУ под
    требуемые конкретные задачи и по применению их в составе манипуляционных систем.
    Для этого на начальном этапе исследования решаются задачи анализа и систематизации
    существующих технических решений механизмов регулирования жёсткости и построения
    собственного ШПУ для проведения впоследствии физических экспериментов. На сегодняш-
    ний момент существует огромное количество различных вариантов реализации ШПУ,
    имеющих свои преимущества для конкретных областей применения. Оптимальных уст-
    ройств для всех типов задач одновременно не существует. Исходя из этого предлагается
    вести исследование ШПУ по трём наиболее перспективным на взгляд авторов направлени-
    ям, предполагающим принципиально различные варианты реализации переменной упруго-
    сти. Объединение совершенно разных вариантов в рамках единой конструкции предложено
    реализовывать на основе модульного подхода к построению исследовательского ШПУ, что
    позволяет достаточно легко и без применения специальных инструментов реконфигуриро-
    вать шарнир с одного варианта на другой, используя в то же время ряд общих (типовых)
    модулей, что существенно экономит ресурсы на создание и исследование такого шарнира.
    В статье приводится краткое описание принципа построения и конструктивных особен-
    ностей предлагаемого модульного исследовательского ШПУ и модулей регулирования жё-
    сткости. Полученные результаты позволяют перейти к этапу изготовления макета и
    постановки физических экспериментов по исследованию ШПУ различных типов.

  • БЕСКОНТАКТНЫЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ КЛАПАНА

    С.А. Матюнин , А.А. Иголкин , Р.А. Жигалов
    Аннотация

    Целью исследования является разработка бесконтактного феррозондового датчика по-
    ложения для контроля открытого/закрытого состояния клапана. Существует множество
    примеров использования в современной техники элементов или устройств, взаимодействующих
    с магнитным полем. Одной из актуальнейших задач является использование влияния магнитно-
    го поля в качестве средства контроля или составляющей управляющей среды. Применение маг-
    нитооптических датчиков для контроля функционирования технических объектов обусловлено
    их бесконтактным способом измерения, возможностью измерения не только магнитных, но и
    других различных физических величин, относительной простотой, надежностью и дешевизной
    конструкции чувствительного элемента, гибкостью в применении, эксплуатацией в низкотем-
    пературных и высокотемпературных средах. Одним из датчиков подобного типа является
    феррозондовый преобразователь магнитного поля. Примером объекта внедрения феррозондо-
    вого датчика являются клапаны различных пневмогидравлических систем. Сущность постав-
    ленной задачи заключается в создании бесконтактного концевого переключателя золотника
    клапана, сигнализирующего о закрытом или открытом состоянии клапана и передающего эту
    информацию в систему контроля. Предлагается разбиение данной задачи на этапы и последо-
    вательное их выполнение. Сначала производится поиск и анализ уже существующих решений,
    литературы, посвященной теме исследования магнитных преобразователей. Далее, разраба-
    тывается модельная конструкция датчика, согласно которой создаются геометрические
    3D-модель и 2D-модель чувствительного элемента, выбирается предполагаемый материал
    составляющих элементов датчика. С помощью численных методов компьютерного моделиро-
    вания и математических моделей моделируется работа датчика и определяются его выходные
    характеристики при различных режимах работы. По расчетным характеристикам выбирает-
    ся и рассчитывается оптимальная конструкция и конфигурация чувствительного элемента
    датчика. По итогам моделирования разрабатываются сборочные и рабочие чертежи датчика.
    Предложенный способ решения задачи характеризуется сложностью изучения нелинейных
    магнитных систем и их моделирования. Результаты данного исследования могут быть реко-
    мендованы для разработки магнитооптических датчиков подобного или иного типа и изучения
    материалов с нелинейными магнитными свойствами.

РАЗДЕЛ IV. СВЯЗЬ, НАВИГАЦИЯ И НАВЕДЕНИЕ

  • НАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ, ПЕРЕДАВАЕМЫХ ПО АКУСТИЧЕСКОМУ КАНАЛУ ОТ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ

    Д.А. Юхимец , А.С. Губанков
    Аннотация

    Предложен метод построения навигационной системы автономного необитаемого под-
    водного аппарата (АНПА), использующей ограниченный набор бортовых датчиков и прини-
    мающей данные о положении АНПА по акустическим каналам связи от гидроакустической
    станции освещения подводной обстановки (ГАСО). Предложенный метод формирует оценки
    положения и скоростей АНПА на основе его динамической модели в предположении, что угло-
    вые скорости, углы ориентации и глубина АНПА определяются с помощью его бортовых дат-
    чиков. Линейные скорости непосредственно не измеряются. Для реализации навигационного
    алгоритма используется фильтр Калмана. При этом особенность этого алгоритма заключа-
    ется в реализации двухступенчатой процедуры коррекции оценок координат и линейных скоро-
    стей АНПА, полученных на основе его динамической модели. Указанная коррекция осуществля-
    ется в двух вариантах в зависимости от того, какие данные доступны на текущем шаге рабо-
    ты системы. Первый вариант предполагает коррекцию указанных оценок только на основе
    данных от датчика глубины, обновление которых происходит на каждом шаге работы систе-
    мы. А второй вариант используется, когда приходят данные от ГАСО по акустическим кана-
    лам связи. Эти данные приходят с задержкой из-за ограниченной скорости распространения
    акустических сигналов в водной среда, а также могут периодически могут искажаться и про-
    падать. В работе предложен метод компенсации указанных задержек, за счет сохранения
    массива ранее рассчитанных данных и оценки необходимых поправок за счет сравнения при-
    шедших данных с оценками, полученными ранее. Предложенная схема построения навигацион-
    ной системы позволяет обеспечить коррекцию ее показаний в условиях нерегулярного обновле-
    ния данных от ГАСО. Результаты моделирования с использованием модели, описывающей все
    основные особенности работы ГАСО и ее взаимодействия с АНПА (задержки в получении ин-
    формации, наличие шумов измерений и дискретизация данных ГАСО) показали достаточно
    высокую эффективность предложенного решения. При этом в качестве основного преимуще-
    ства можно указать возможность использования минимального количества бортовых датчи-
    ков и возможность быстрого развертывания ГАСО для взаимодействия с АНПА.

  • ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ПОДСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ КОГНИТИВНОЙ РАДИОСИСТЕМЫ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

    В.А. Головской
    Аннотация

    Исследование посвящено повышению эффективности функционирования робототех-
    нических комплексов (РТК) за счет повышения конфликтной устойчивости их радиосистем
    передачи данных (РС). Наличие устойчивой тенденции к усложнению условий функциониро-
    вания РТК обуславливает ужесточение требований к характеристикам РС РТК. Также на
    эти возрастающие требования накладывает ограничения необходимость функционирования
    в условиях сложного радиоэлектронного конфликта, под которым понимается одновремен-
    ное наличие антагонистического, коалиционного и индифферентного конфликтных электро-
    магнитных взаимодействий. Предлагается для обеспечения требуемой конфликтной устой-
    чивости наделить РС РТК когнитивными способностями, которые позволят осуществлять
    адаптацию ресурсов РС РТК к динамично изменяющимся условиям среды функционирования,
    в том числе – к перспективным. Цель работы – разработка функциональной модели подсис-
    темы управления ресурсами когнитивной РС РТК, формализация которой позволит анализи-
    ровать взаимосвязь структуры модели и свойств моделируемой системы. Приведена функ-
    циональная модель предлагаемой подсистемы управления телекоммуникационными ресурса-
    ми когнитивной РС РТК. Предложенная декомпозиция общей модели позволяет с конструк-
    тивистских позиций рассматривать алгоритм управления рассматриваемой подсистемой.
    Предложенный подход к построению указанного алгоритма базируется на теории финит-
    ных комбинаторных процессов Поста, эквивалентной другим известным подходам к форма-
    лизации алгоритмов. Выбор указанной модели обоснован и согласован с актуальными подхо-
    дами к построению баз знаний, предлагаемых для использования в развиваемой подсистеме.
    Выдвинутая гипотеза о потенциальной конфликтной устойчивости РС РТК подтверждена
    примером, в качестве которого рассмотрен конфликт с информационно-технической сис-
    темой, способной осуществлять целевые электромагнитные воздействия. При этом рас-
    смотрение комплексного понятия конфликтная устойчивость ограничено анализом одной из
    его ключевых составляющих – радиоэлектронной защищенности. Предложено рассмотрение
    указанного конфликта как экземпляра массовой проблемы. Доказана неразрешимость пред-
    ложенной массовой проблемы прогнозирования путем сведения к ней известной проблемы
    останова детерминированной машины Тьюринга.

  • МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ НЕСУЩИХ СИСТЕМ БЕСПЛАТФОРМЕННЫХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

    П.А. Шаповалов , Ю.В. Михайлов , А.В. Фролов , Д.О. Савватеев
    Аннотация

    Описываются подходы к решению задач оптимизации несущих систем (НС) бес-
    платформенных инерциальных навигационных систем (БИНС). Типичной задачей оптими-
    зации в данном случае является многокритериальная параметрическая оптимизация несу-
    щей сисметы триады акселерометров БИНС с целью минимизации массы НС и минимиза-
    ции углов отклонения осей акселерометров под действием внешних нагрузок. В качестве
    инструмента численного моделирования и оптимизации используются модули ANSYS Mechanical
    и ANSYS DesignXplorer соответственно. Рассмотрены практические вопросы,
    связанные с параметризацией твердотельных моделей НС БИНС, вычислением углов от-
    клонения осей акселерометров, возможными вариантами планов численного эксперимента,
    оценкой чувствительности отклика ко входным параметрам, генерацией и уточнением
    поверхности отклика, и проведением многокритериальной оптимизации. Для рациональной
    параметризации твердотельных моделей произведена декомпозиция конструкции прибора
    БИНС, в результате чего были выделены детали и конструктивные элементы, имеющие
    наибольшее влияние на рассматриваемые целевые функции. Для вычисления углов отклоне-
    ния осей чувствительных элементов использованы специальные двухузловые конечные эле-
    менты и соотношения для углов Брайанта, которые описывают взаимное положение в
    пространстве двух систем координат. При планировании численного эксперимента на
    первом этапе оптимизации был использован центральный композиционный план, а на по-
    следующих этапах заполнение пространства параметров осуществлялось методом ла-
    тинского гиперкуба с дополнительной опцией соотношений между параметрами, что по-
    зволило избежать вырожденных вариантов конструкции. Поверхность отклика была по-
    строена методом генетической агрегации и впоследствии уточнена на основе набора оп-
    тимальных решений. Оптимизация для конфликтующих целей минимизации массы и мак-
    симизации жесткости проводилась при помощи многокритериального генетического алго-
    ритма. Описываемая совокупность подходов к решению задач оптимизации в результате
    показательной серии расчетов позволила снизить массу серийной детали НС БИНС на 23%
    при неизменной жесткости.

  • РЕЗУЛЬТАТЫ АПРОБАЦИИ АЛГОРИТМА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИИ ПОДВОДНОГО АППАРАТА ПО ДАННЫМ ОТ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ МАЯКОВ

    А.М. Грузликов , В.Г. Караулов , Д.А. Мухин , Н.А. Шалаев
    Аннотация

    Статья посвящена вопросу определения координат и углов ориентации автономного
    необитаемого подводного аппарата (АНПА) относительно стационарной посадочной
    платформы с использованием высокочастотной гидроакустической системы ближнего
    радиуса действия. Задача навигации предполагает маневрирование аппарата и приближе-
    ние к подводной станции, что сопряжено с формированием зон с различной акустической
    видимостью излучателей станции приёмными элементами аппарата. Можно выделить
    три зоны акустической видимости. Первая зона характеризуется наблюдением сигналов
    всех маяков подводной станции. Как следствие, данная зона является наиболее информа-
    тивной для решения задачи позиционирования и определения ориентации АНПА. Вторая
    зона соответствует частичному сокращению числа наблюдаемых маяков, не оказываю-
    щему критического влияния на возможность решения задачи. Третья зона (посадка) опре-
    деляется существенным сокращением числа наблюдаемых маяков, что, как следствие,
    значительно затрудняет решение задачи позиционирования, учитывая повышенные требо-
    вания по точности в момент посадки аппарата, обусловленные обеспечением безопасно-
    сти. Для сохранения точности позиционирования и определения ориентации подводного
    аппарата в зоне посадки, предлагается использовать результаты, полученные на ранних
    этапах приближения аппарата к подводной станции (первая и вторая зоны). В работе
    приводится математическая постановка задачи, описан алгоритм её решения. При нахо-
    ждении АНПА в первой и второй зоне алгоритм решения состоит из двух подзадач. Первая
    подзадача – грубая оценка окрестности местоположения и углов ориентации аппарата с
    использованием метода K-ближайших соседей; вторая подзадача – уточнение оценок с
    использованием псевдодальномерного метода путём решения системы алгебраических
    уравнений с использованием алгоритма Левенберга-Марквардта. Дополнительно осущест-
    вляется оценка времени излучения маяками. При нахождении АНПА в третьей зоне алго-
    ритм сводится к решению системы алгебраических уравнений с использованием прогноза
    времени излучения сигнала маяком, полученного при нахождении аппарата в зонах один и
    два. Приведены результаты имитационного моделирования и результаты апробации алго-
    ритма, полученные с использованием макета аппарата и макета подводной станции в
    испытательном бассейне.

РАЗДЕЛ V. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗРЕНИЕ

  • ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДХОДОВ К УНИФИКАЦИИ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

    Н. А. Бочаров
    Аннотация

    Исследования в области создания специализированных вычислительных комплексов
    для роботов ведутся во многих мировых научных центрах и в том числе в нашей стране.
    Развитие возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычи с-
    лительной мощности и совершенствование алгоритмов позволяют создавать бортовые
    вычислительные комплексы, обладающие широкими интеллектуальными возможност я-
    ми. Важной, но нерешенной проблемой остается оснащение таких вычислительных ко м-
    плексов микропроцессорами отечественного производства. Одной из сложностей, пр е-
    пятствующей широкому внедрению отечественных средств вычислительной техники
    является проблема унификации и стандартизации составных бортовых частей вычи с-
    лителей. Унификация модулей бортовых вычислителей позволила бы открыть новые
    возможности разработчикам робототехнических комплексов за счет снижения цены и
    упрощения разработки и модернизации. В данной статье рассмотрены подходы к уни-
    фикации и стандартизации элементов бортовых вычислителей, описан опыт развития
    стандартов ANSI/VITA в области бортовых вычислителей, а также приведены примеры
    вычислительных модулей в унифицированном формате COM-Express на базе микропро-
    цессоров Эльбрус для бортовых вычислителей РТК. Проведены эксперименты с исполь-
    зованием унифицированных вычислительных модулей на базе микропроцессор ов Эльбрус-
    2С3, Эльбрус-1С+ и Эльбрус-4С. Показана их применимость для создания бортовых вы-
    числительных комплексов. Показана необходимость разработки отечественного ста н-
    дарта для корпусов и форм-факторов бортовых вычислителей.

  • МАСШТАБИРУЕМАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ В БОРТОВОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ АНПА

    Н.В. Колесов , Е.В. Лукоянов , В.С. Тюльников , Р.Л. Крючков
    Аннотация

    Рассмотрению вопросов разработки распределенных вычислительных систем (РВС)
    уделяется большое внимание в современной научно-технической литературе. При этом, как
    правило, в работах обсуждается только один из наиболее значимых аспектов, например,
    производительность, надежность, отказоустойчивость, энергоэффективность и масшта-
    бируемость. Основной вклад настоящей статьи состоит в попытке комплексного рассмот-
    рения проблемы проектирования РВС, опирающегося на пример многоканальной бортовой
    РВС обработки информации автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА). Це-
    лью статьи является формулировка единой концепции многоканальной бортовой РВС обра-
    ботки информации в реальном времени. В результате предложены архитектура и принципы
    функционирования многоканальной бортовой РВС, основывающиеся на известных подходах к
    обеспечению отказоустойчивости и энергоэффективности, но учитывающие особенности
    масштабируемых систем. Предлагаемые решения можно рассматривать как усиление тра-
    диционных подходов к проектированию масштабируемых систем. Отказоустойчивость
    достигается путем применения средств тестового диагностирования. При этом для сокра-
    щения сложности этих средств в каждый программный модуль (ПМ) системы предвари-
    тельно вводится избыточность, для которой далее строится тест. В работе показывается,
    что этот тест обнаруживает ошибки в адресации обменов между функциональными бло-
    ками ПМ, реализующими процесс обработки информации. По результатам анализа реакции
    на тест происходит обнаружение отказавшего ПМ, после чего он прекращает свою работу,
    а вместо него запускается новый ПМ, реализующий тот же процесс. Предложения в части
    энергоэффективности рассчитаны на случай присутствия в системе избыточных процессо-
    ров (в том числе многоядерных), которые привлекаются к исполнению ПМ системы с одно-
    временным снижением тактовой частоты и напряжения питания. Поскольку потребляемая
    в РВС мощность существенно зависит от этих параметров, происходит ее заметное сни-
    жение. Для решения задачи используется оптимальный жадный алгоритм, предполагающий
    последовательное введение в систему дополнительных процессоров. Важно, что данное
    предложение по увеличению энергоэффективности РВС сообщает последней дополнитель-
    ные возможности по отказоустойчивости. Практическая значимость предложенной кон-
    цепции заключается в возможности её использования не только в АНПА, но и в других случа-
    ях комплексного проектирования современных масштабируемых многоканальных бортовых
    РВС обработки информации в реальном времени с повышенными требованиями по отказо-
    устойчивости и энергоэффективности.