Научные результаты:
- Разработан простой алгоритм адаптивного управления по выходу для класса линейных возмущенных систем с неопределенностями. Главное его достоинство заключается в простоте структуры. Закон управления включает один настраиваемый параметр и имеет низкий динамический порядок. Он гарантирует робастность замкнутой системы и экспоненциальную сходимость ошибки управления, близкую к нулю.
- Разработан алгоритм адаптивного управления объектами с множеством входов и множеством выходов при параметрической неопределенности. Алгоритм был проанализирован для двухканальной системы, предложены условия применимости закона управления для обеспечения экспоненциальной сходимости к нулю нормы выхода объекта. Для неустойчивой двухканальной системы было проведено компьютерное моделирование, подтверждающее эффективность предложенного алгоритма.
- Построен алгоритм консенсусного управления динамической сетью, состоящей из четырех узлов, где каждый узел описывается нелинейным дифференциальным уравнением с запаздыванием и неизвестными параметрами. Алгоритм обеспечивает синхронизацию сети и компенсацию неконтролируемых возмущений с заданной точностью.
- Синтезирован адаптивный и робастный алгоритм управления на базе метода последовательного компенсатора для управления системами с параметрическими и структурными неопределенностями (в случае, когда известна только максимально возможная относительная степень объекта управления). Для иллюстрации работы алгоритма была разработана программа управления движением мобильного робота с использованием системы компьютерного зрения.
- Разработан алгоритм стабилизации, компенсирующий запаздывание для класса нелинейных систем и обеспечивающий асимптотическую устойчивость для замкнутой нелинейной системы в условиях смещенного синусоидального возмущающего сигнала. Построенная адаптивная схема позволяет определить частоту и другие параметры внешнего возмущения, которые используются в контуре компенсации.
- Открыт новый подход в стабилизации неустойчивых линейных систем с большими запаздываниями по входу, неизвестными параметрами и возмущением. Предложено использовать основанный на предикторе алгоритм, обеспечивающий идентификацию параметров системы и ее стабилизацию. Также была проанализирована расширенная задача с оценкой и компенсацией неизвестного возмущения. Для демонстрации работоспособности и эффективности предложенного адаптивного управления было проведено численное моделирование.
- Предложен способ управления по выходу для класса нелинейных MIMO (множество входов, множество выходов) систем. Например, осуществлялось управление квадрокоптером на базе метода последовательного компенсатора с использованием декомпозиции математической модели на две части, где первая система является статическим MIMO преобразованием (объект представляется системой линейных уравнений, которые относятся к подъемным силам двигателей и входам виртуального управления), а вторая представляется в виде нескольких SISO (один вход, один выход) каналов.
- Представлен метод минимизации потоков данных при слежении за движущимся объектом через цифровой канал связи на основе использования двоичного адаптивного кодера. В качестве примера рассматривалось отслеживание траектории движущегося беспилотного летательного аппарата. Была найдена связь между загрузкой канала связи (количество передаваемых данных в единицу времени) и точностью процесса слежения.
- Разработана система оценивания скорости движущегося по дороге транспортного средства, основанная на измерениях находящегося на обочине сенсорного узла, включающего акселерометр и магнетометр. Результаты полигонных испытаний показали высокую результативность предложенного метода, но для использования на обычных дорогах ему требуется доработка.
- Решена задача по улучшению идентификации частоты для одночастотного гармонического сигнала путем построения каскада фильтров. Предложенный каскад состоит из настроенных на оценку частоты адаптивных полосовых фильтров, предоставленных предлагаемым алгоритмом идентификации. Устойчивость каскада изучена, и ограниченность траектории доказана анализом функции Ляпунова с нахождением допущений на алгоритм идентификации.
- Разработан регулятор фазы для популяции колебательных систем. Предложенный подход основан на модели кривой отклика фазы (КОФ) для изолированного осциллятора (редуцированной модели первого порядка, полученной для линеаризованной вдоль предельного цикла системы с бесконечно малым входом). Доказано, что регулирование фазы достигается и для исходной нелинейной системы.
- Предложен новый робастный, нелинейный, глобально сходящийся наблюдатель положения для закрепленного синхронного двигателя с постоянными магнитами. Ключевой особенностью предлагаемого регулятора является то, что он требует только знания сопротивления статора и индуктивности, а механические параметры и магнитный поток могут оставаться неизвестными. Благодаря новой перепараметризации динамики двигателя только два параметра оцениваются регрессором, включая фильтрованные напряжение и ток, при нормальной работе двигателя.
- Предложен новый класс устройств оценки для синхронных двигателей с постоянными магнитами. Благодаря использованию нового представления динамики двигателя и подходящих фильтров было получено новое решение для двух важных проблем: оценки сопротивления статора и индуктивности и оценки потока с неизвестными электрическими параметрами. Ни одна из схем не требует знаний механических параметров и магнитного потока.
- Разработан метод финитного управления для цепи интеграторов. Предложенный подход обеспечивает финитную устойчивость и робастность по отношению к внешним возмущающим воздействиям.
- Исследованы условия ISS-устойчивости для систем с несколькими положениями равновесия и временными задержками на основе функционала Ляпунова-Разумихина. Показана робастность устойчивости по отношению к задержкам в канале обратной связи.
- Разработан алгоритм управления существенно нелинейными системами второго порядка в условиях параметрической неопределенности и внешних ограниченных возмущений. Алгоритм построен на базе методов бэкстеппинга и вспомогательного контура. Это позволило обеспечить устойчивость системы по сравнению с применением классического метода бэкстеппинга.
- Получен модифицированный финитный алгоритм управления, основанный на применении метода неявной функции Ляпунова и свойств однородных систем.
- Проанализирован алгоритм решения проблемы сигнальной неопределенности при аналитическом конструировании последовательного компенсатора в задаче управления пьезоприводом с целью проверки его работоспособности и эффективности.
- Разработан метод синтеза алгоритмов бессенсорного управления неявнополюсным синхронным двигателем с постоянными магнитами с применением разработанных наблюдателей положения. Система управления в сочетании с нелинейным наблюдателем сравнивалась с современным промышленным регулятором. Было доказано, что предложенный бессенсорный регулятор с нелинейным наблюдателем позволяет значительно улучшить характеристики замкнутого контура при работе двигателя как на низких, так и на высоких скоростях.
- Апробирована адаптивная система слежения за мультисинусоидальным сигналом при условии входного запаздывания, вызываемого использованием сети Интернет в качестве канала связи, для проверки его работоспособности и эффективности.
- Разработаны алгоритмы робастного управления нелинейными системами, которые в случае наличия запаздывания в канале управления обеспечивают схождение всех траекторий замкнутой системы в компактное множество. При отсутствии запаздывания гарантируется финитная устойчивость замкнутой системы. Полученные результаты также справедливы для случаев переменного запаздывания и наличия множества запаздываний.
- Рассмотрена задача регулирования по выходу многоканальных систем с гармоническими внешними входными воздействиями и параметрическими неопределенностями. Рассмотрена проблема робастной устойчивости с использованием свойства «робастной» минимальной фазовости. Разработан регулятор, построенный на базе классического метода внутренней модели совместно с контуром адаптивной настройки, который обеспечивает асимптотическую сходимость выходных переменных к положениям равновесия. Проведена экспериментальная апробация разработанного алгоритма для управления надводным судном.
- Разработан алгоритм, позволяющий выделять полезную информацию из хаотического сигнала для оценки параметров системы. Также был создан наблюдатель, который использует только выходной сигнал хаотической системы при условии полной параметрической неопределенности модели.
- Разработан алгоритм планирования маршрутов движения для промышленных роботов. Он основан на аппроксимации заданного маршрута с помощью дуг. Решение позволяет сократить количество опорных точек, уменьшить размер кода и вычислительные затраты, увеличить качество выполняемых операций, а также упростить процесс программирования сложных движений. Были проведены экспериментальные исследования с использованием шестизвенного манипулятора с вращательными сочленениями.
- Разработан алгоритм оценки неизвестных параметров солнечного элемента с использованием итерационного метода Ньютона-Рафсона.
- Предложен способ идентификации значения максимальной мощности фотоэлектрического источника при различных атмосферных условиях на основе применения методов P&O и INC.
- Разработан метод идентификации параметров солнечной батареи с использованием процедуры динамического расширения регрессора.
Внедрение результатов исследования:
Практическое применение получили: алгоритм идентификации параметров мультигармонического сигнала (для решения задачи фильтрации навигационных данных), метод управления параметрически неопределенными объектами в условиях возмущений (для решения задачи распределения упоров и динамического позиционирования судна в точке).
Образование и переподготовка кадров:
- Созданы и внедрены в образовательный процесс 4 программы магистратуры: «Цифровое управление в современной технике» (2014), «Индустриальная робототехника» (2016), «Адаптивное и робастное управление нелинейными системами» (2017), «Бессенсорное управление» (2018), а также программа подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре «Современные технологии синтеза систем управления» (2015).
- Защиты: 3 докторские диссертации, 12 кандидатских диссертаций, 25 выпускных квалификационных работ магистров, 8 выпускных квалификационных работ бакалавров.
- Издано учебное пособие «Проектирование систем интеллектуального управления домашней автоматикой. Элементы теории и практикум».
- В Лаборатории по курсу «Адаптивные и нелинейные системы управления» прошли профессиональную переподготовку/повышение квалификации 10 молодых ученых, специалистов и преподавателей из Лидского университета (Великобритания), Института проблем управления имени В. А. Трапезникова РАН (Россия), Астраханского государственного технического университета (Россия), Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина (Россия), Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (Россия).
Другие результаты:
- Разработаны следующие программы для ПК и робототехнических комплексов: программа построения АЧХ функций чувствительности, программа для управления мобильными роботами с помощью жестов, голоса и мимики, программа для графического анализа переходных процессов линейных динамических систем первого и второго порядков, программа стабилизации робота Darwin-OP, программа управления движением робота Darwin-OP с использованием технического зрения, программа управления драйвером Pololu Dual VNH5019, программа Surfer для оценки положения и стабилизации гуманоидного робота на наклонной поверхности, программа оценки углового положения гуманоидного робота и расчета координат центров масс его звеньев, программа оценки углового положения гуманоидного робота и расчета координат центров масс его звеньев, программа для децентрализованного управления винтокрылым летательным аппаратом.
- Разработан стенд для испытания подвески автотранспортных средств.
- Разработаны робастные стабилизации двуногого робота в положении стоя Snowboarder и Snowboarder 2.1.
- Разработано моделирование последовательного компенсатора в условиях квантования.
- Разработан мобильный робот горизонтального и вертикального перемещения, мобильный робот, а также робототехнический схват.
- Разработан, программно реализован и экспериментально апробирован алгоритм планирования траекторий движения для гуманоидного робота, балансирующего в положении стоя.
- Разработан, программно реализован и экспериментально апробирован алгоритм построения траектории движения гуманоидного робота на основании данных от системы технического зрения.
Сотрудничество:
Институт проблем машиноведения РАН (Россия), Centre National de la Recherche Scientifique (Франция), Университет Валансьена (Франция), Institut national de recherche en informatique et en automatique (Франция): совместные научные мероприятия, исследования, студенческие обмены
