Представлены результаты исследования процесса управления строем автономных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолетного типа с целью повышения эффективности управления формированием и поддержанием строя за счет разработки методов и алгоритмов децентрализованного управления, учитывающих нелинейный характер структуры систем «автопилот – аппарат». Для достижения данной цели поставлены и решены следующие задачи: 1. Анализ возможных подходов к решению задачи группового управления и выбор среди них тех, на основе которых возможна разработка децентрализованного группового управления БПЛА. 2. Синтез автопилота одиночного автономного БПЛА, отвечающего требованиям алгоритма группового управления. 3. Разработка методов и алгоритмов группового управления БПЛА с учетом особенностей динамики реальных систем «автопилот – БПЛА». 4. Модификация полученных методов и алгоритмов с целью обеспечения адаптивного управления в случае неопределенной или меняющейся динамики системы «автопилот - БПЛА». 5. Разработка математической модели в среде MATLAB/Simulink, позволяющей провести моделирование управления группами БПЛА и выполнение вычислительных экспериментов с целью оценки эффективности разработанных алгоритмов. Методологическую основу работы составили методы линейной алгебры, теории группового управления, метод функций Ляпунова, методы теории нечеткой логики, теории нелинейного управления, теории адаптивного управления, компьютерного моделирования.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Электротехника
- Префикс DOI
- 10.54708/2658-5014-SIIT-2024-no1-p3
- eLIBRARY ID
- 68578024
Переход к автономным роботам является одним из наиболее перспективных направлений в различных областях технологий, таких как цифровое производство [1], агропромышленный комплекс, обследование объектов инфраструктуры и др. Сложность реализации систем управления для таких роботов существенно зависит от специфики их конструкции [2]. При этом хотя вопросы автономного движения наземных мобильных роботов изучены достаточно детально [3, 4], повышение автономности беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) требует дополнительных исследований вследствие особенностей их динамики и необходимости обеспечения безопасности полетов [5, 6]. Значительный объем исследований в последние годы проводится в направлении разработки методов и алгоритмов управления координированным движением и взаимодействием различных типов автономных роботов, при этом проблема управления строем (формацией – англ. formation) роботов в реальных условиях по-прежнему остается актуальной. В особенности это относится к проблемам управления БПЛА самолетного типа по причине неизбежной сложности управления вследствие высокой динамики событий, ограничений на входные сигналы управления в реальных системах «автопилот – БПЛА», а также неголономности данных систем. Задачи кооперативного (группового) управления рассматривались в работах отечественных (В. А. Боднер, В. Г. Тарасов, В. Е. Павловский, И. А. Каляев, А. Р. Гайдук, С. Г. Капустян, В. Х. Пшихопов, М. Ю. Медведев и др.) и зарубежных (T. W. McLain, R. W. Beard, W. Ren, R. Olfati-Saber, H. Yamaguchi и др.) исследователей.
Список литературы
1. Kovács G. L. Artificial intelligence and Robotics in Digital Production and beyond // Системная инженерия и информационные технологии. 2021. Vol. 3. No. 1(5). Рp. 5-19. EDN: KWRATY
2. Метод реконфигурации кинематической структуры мехатронно-модульного робота в недетерминированных условиях / В. И. Петренко, Ф. Б. Тебуева, А. С. Павлов, М. М. Гурчинский // Системная инженерия и информационные технологии. 2020. Т. 2. № 2(4). С. 57-65. EDN: EDHHZS
"Method for reconfiguring the kinematic structure of a mechatronic-modular robot in non-deterministic conditions" / V. I. Petrenko, F. B. Tebueva, A. S. Pavlov, M. M. Gurchinsky // System Engineering and Information Technologies. 2020, Vol. 2, No. 2(4), pp. 57-65. (In Russian). EDN: EDHHZS
3. Kiss D., Tevesz G. The RTR path planner for differential drive robots // Системная инженерия и информационные технологии. 2020. Vol. 2. No. 2(4). Рp. 16-22. EDN: ZPDFWH
4. Вохминцев А. В. Методология решения проблемы одновременной навигации и построения карты на основе комбинирования визуальных и семантических характеристик окружающей среды // Системная инженерия и информационные технологии. 2023. Т. 5. № 3(12). С. 136-155. EDN: EFOFFO
Vokhmintsev A. V. "Methodology for solving the problem of simultaneousnavigation and map construction based on combining visual and semantic characteristics of the environment" // System Engineering and Information Technologies. 2023, Vol. 5, No. 3(12), pp. 136-155. (In Russian). EDN: EFOFFO
5. Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А. Проблемы поддержки принятия решений при групповом управлении БПЛА // Pro-ceedings of the 2nd International Conference Intelligent Technologies for Information Processing and Management (ITIPM’2014). Уфа, 2014. С. 196-199. EDN: VYEWXF
Muslimov T. Z., Munasypov R. A. "Problems of decision support for group control of UAVs" // Proceedings of the 2nd International Conference Intelligent Technologies for Information Processing and Management (ITIPM'2014). Ufa, 2014, pp. 196-199. (In Russian).
6. Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А., Хабибуллина Р. Р. Интеллектуальная система поддержки принятия решений для группового управления автономными БПЛА // Proceedings of the 4th International Conference Information Technologies for Intelligent Decision Making Support (ITIDS’2016). Уфа, 2016. С. 193-195. EDN: WJDUQT
Muslimov T. Z., Munasypov R. A., Khabibullina R. R. "Intelligent decision support system for group control of autonomous UAVs" // Proceedings of the 4th International Conference Information Technologies for Intelligent Decision Making Support (ITIDS'2016). Ufa, 2016, pp. 193-195. (In Russian).
7. Муслимов Т. З. Методы и алгоритмы группового управления беспилотными летательными аппаратами самолетного типа: дис. … канд. техн. наук: спец. 05.13.01 “Системный анализ, управление и обработка информации (информационные и технические системы)” / Муслимов Тагир Забирович; Уфимский гос. авиационный техн. ун-т. Уфа, 2020. 164 с. EDN: CKVTJZ
Muslimov T. Z. Methods and Algorithms for Group Control of Aircraft-type Unmanned Aerial Vehicles: dis.... Cand. Tech. Sciences: spec. 05.13.01 "System analysis, management and information processing (information and technical systems)" / Tagir Zabirovich Muslimov; Ufa State Aviation Tech. Univ. Ufa, 2020. 164 pp. (In Russian).
8. Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А. Децентрализованное групповое нелинейное управление строем беспилотных летательных аппаратов самолетного типа // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 21. № 1. С. 43-50. DOI: 10.17587/mau.21.43-50 EDN: JEAHQA
Muslimov T. Z., Munasypov R. A. "Decentralized group nonlinear control of a formation of aircraft-type unmanned aerial vehicles" // Mechatronics, Automation, Control. 2020, Vol. 21, No. 1, pp. 43-50. (In Russian). EDN: JEAHQA
9. Muslimov T. Z., Munasypov R. A. Consensus-based cooperative control of parallel fixed-wing UAV formations via adaptive backstepping // Aerospace Science and Technology. 2021. Vol. 109. [[ (In Russian). ]]. DOI: 10.1016/j.ast.2020.106416 EDN: VNVQFE
10. Муслимов Т. З. Алгоритмы управления строем автономных беспилотных летательных аппаратов самолетного типа с помощью метода векторного поля // Системы управления, связи и безопасности. 2019. № 4. С. 187-214. 10.24411/2410- 9916-2019-10407. DOI: 10.24411/2410-9916-2019-10407 EDN: RCLSHE
Muslimov T. Z. "Algorithms for controlling the formation of autonomous unmanned aerial vehicles of aircraft type using the vector field method" // Control, Communication, and Security Systems. 2019, No. 4, pp. 187-214. (In Russian). EDN: RCLSHE
11. Yamaguchi H., Arai T. Distributed and autonomous control method for generating shape of multiple mobile robot group // Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robot. Syst. 1994. Vol. 2. P. 800-807. DOI: 10.1109/IROS.1994.407547
12. Yamaguchi H. A Cooperative Hunting Behavior by Mobile-Robot Troops // The International Journal of Robotics Research.1999. Vol. 18. №. 9. P. 931-940. DOI: 10.1177/02783649922066664
13. Yamaguchi H., Arai T., Beni G. A distributed control scheme for multiple robotic vehicles to make group formations // Rob. Auton. Syst. 2001. Vol. 36. № 4. P. 125-147. DOI: 10.1016/S0921-8890(01)00133-6 EDN: NVRQPY
14. Мунасыпов Р. А., Муслимов Т. З. Групповое управление беспилотными летательными аппаратами на основе метода пространства относительных состояний // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19. № 2. C. 120-125. EDN: YPJMGL
Munasypov R. A., Muslimov T. Z. "Group control of unmanned aerial vehicles based on the relative state space method" // Mechatronics, Automation, Control. 2018, Vol. 19, No. 2, pp. 120-125. (In Russian). EDN: YPJMGL
15. Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А. Децентрализованное управление круговыми формациями беспилотных летательных аппаратов на основе метода векторного поля // Вестник УГАТУ. 2019. Т. 23. № 3(85). С. 112-121. EDN: LOEPZX
Muslimov T. Z., Munasypov R. A. "Decentralized control of circular formations of unmanned aerial vehicles based on the vector field method" // Vestnik UGATU. 2019, Vol. 23, No. 3(85), pp. 112-121. (In Russian). EDN: LOEPZX
16. Muslimov T. Z., Munasypov R. A. Consensus-based cooperative circular formation control strategy for multi-UAV system // IEEE Int. Russian Automation Conf. (RusAutoCon). 2019. DOI: 10.1109/rusautocon.2019.8867733 EDN: AZIFOA
17. Muslimov T. Z., Munasypov R. A. Adaptive decentralized flocking control of multi-UAV circular formations based on vector fields and backstepping // ISA Transactions. 2020. Vol. 107. P. 143-159. DOI: 10.1016/j.isatra.2020.08.011 EDN: UNPLBD
18. Margaliot M., Langholz G. New Approaches to Fuzzy Modeling and Control: Design and Analysis. Singapore, New Jersey, London, Hong Kong: World Scientific, 2000. DOI: 10.1142/4446.
19. Muslimov T. Z., Munasypov R. A. UAV formation flight using non-uniform vector field and fuzzy self-tuning PD-control // IEEE Int. Russian Automation Conf. (RusAutoCon). 2018. DOI: 10.1109/rusautocon.2018.8501769 EDN: LUAGIC
20. Muslimov T. Z., Munasypov R. A. Multi-UAV cooperative target tracking via consensus-based guidance vector fields and fuzzy MRAC // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2021. Vol. 93. №. 7. P. 1204-1212. DOI: 10.1108/AEAT-02-2021-0058 EDN: GKSOHV
21. Kownacki C., Ambroziak L. Local and asymmetrical potential field approach to leader tracking problem in rigid formations of fixed-wing UAVs // Aerospace Science and Technology. 2017. Vol. 68. Рp. 465-474. DOI: 10.1016/j.ast.2017.05.040
22. Kingston D., Beard R.W. UAV splay state configuration for moving targets in wind// Advances in Cooperative Control and Optimization. Lecture Notes in Control and Information Sciences. Vol. 369. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. Рp. 109-128. DOI: 10.1007/978-3-540-74356-9_7
23. Muslimov T., Munasypov R. Cooperative guidance for waypoint following of distributed multi-UAV system// Interactive Collaborative Robotics. ICR 2020. Lecture Notes in Computer Science. 2020. Vol. 12336. Рp. 234-242. Т. З. Муслимов - Методы и алгоритмы группового управления... DOI: 10.1007/978-3-030-60337-3_2315
24. Muslimov T., Munasypov R. Threedimensional consensus-based control of autonomous UAV swarm formations // Proceedings of 15th International Conference on Electromechanics and Robotics “Zavalishin’s Readings”. Smart Innovation, Systems and Technologies. 2021. Vol. 187. Рp. 69-80. DOI: 10.1007/978-981-15-5580-0_5 EDN: ITWCBR
25. Muslimov T. Cooperative circumnavigation with robust vector field guidance for multiple UAVs in unknown wind environments// Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2023. Vol. 109. №. 4. DOI: 10.1007/s10846-023-02000-3 EDN: DBTXFB
Выпуск
Другие статьи выпуска
В статье предложен алгоритм интеллектуального анализа региональных данных об инвестиционном риске, который предполагает проведение компонентного, кластерного и нейросетевого анализа для первичного формирования кластеров, а также построение трех вариантов деревьев решений для окончательного формирования кластеров регионов. Выявлены малочисленные кластеры регионов, характеризующиеся высоким уровнем экономического, социального и экологического риска. Анализ выявленных кластеров регионов позволяет сформулировать их характерные особенности, а также сформировать правила оценки инвестиционного риска.
В статье представлена структура управляемого взаимодействия моделей секторов домохозяйств и государственных учреждений в составе макроэкономической системы. Проведены экспериментальные исследования процессов управляемого взаимодействия секторов домохозяйств и государственных учреждений в условиях возмущений и принятия решений при управлении государственными расходами. Показано, что рост социальных трансфертов и выделение дотаций на бюджетное выравнивание позволяют увеличить потребительский спрос и обеспечить последующий рост экономики.
В статье рассматриваются виды деструктивного манипулятивного воздействия социальных сетей на общество. В частности, рассматриваются технологии поиска потенциального электората на выборах в США 2020 г., где с помощью таргетинга и ретаргетинга формировалось мнение о том или ином кандидате. Также рассматривались деструктивные влияния суицидальных групп в социальных сетях. Приводится статистика оценки ВЦИОМ использования по времени социальных сетей - большинство россиян ежедневно проводят время в социальных сетях и сервисах связи, особенно активно ими пользуется молодежь. Работа в социальных сетях может повлиять на центр удовольствия мозга, что приводит к зависимости от них из-за предоставления контента небольшими порциями в нужном тоне. В статье описывается, что социальные сети часто используются манипуляторами для провоцирования общественных протестов, вооруженных конфликтов, силового захвата власти. При этом информационная безопасность личности определяется защитой ее психики и сознания от опасных информационных воздействий, таких как манипуляция, дезинформация, доведение до самоубийства, участия в противоправных действиях. Указывается негативное влияние в виде распространения дезинформации, такой, как в частности была в отношении антипрививочного движения во время эпидемии COVID-19. Делается вывод, что необходимо провести юридическое регулирование по отношению к технологиям Deepfake по примеру опыта других государств. Затрагивается вопрос о юридическом регулировании информационных новостных групп в социальных сетях как средства массовой информации, так и в целом правового регулирования социальных сетей. Делается вывод, что необходимо провести юридическое регулирование по отношению к технологиям deepfake по примеру опыта других государств.
Перемещение предметов перебросом — это перспективный способ робототехнической транспортировки деталей в гибких производственных системах. В данном обзоре рассматриваются задачи, связанные с реализацией этого подхода. В кратком введении в современные системы транспортировки обсуждаются недостатки традиционного конвейерного подхода. Дается обзор исследований по транспортировке путем броска и захвата (Transport-by-Throwing, TbT). Обсуждается важный аспект перемещения перебросом, связанный с прогнозированием траектории летящего тела. Рассматриваются соответствующие задачи и подходы к их решению.
Качество информационных систем во многом определяется компоновкой (подбором компонентов с заданными характеристиками) их вычислительной инфраструктуры, которая, с одной стороны, улучшает производственные и управленческие процессы, а, с другой – изменяет уязвимость предприятия за счет появления новых угроз. Эти угрозы определяются включением в структуру организации новых более сложных компонентов (технических и организационных), нарушение нормального функционирования которых может привести к нарушению или неправильному функционированию предприятия. Вследствие этого представляется возможной и актуальной задача подбора компонентов вычислительной инфраструктуры предприятия на основе интеллектуального анализа возможных характеристик этих компонентов, представленных в запросах потребителей и базах данных поставщиков. В данной работе предложен метод формирования и использования базы общих данных (БОД) для выбора компонентов с желаемыми характеристиками, который за счет введенных взаимно однозначных соответствий между значениями желаемых характеристик компонентов, указанных в запросе потребителя, и фактическими значениями характеристик компонентов, имеющихся у поставщиков и информация о которых находится в БОД, позволяет осуществить поиск и последующий выбор требуемых компонентов, а также наиболее подходящих поставщиков этих компонентов. В дальнейшем совокупность предложенных критериев и методов позволит автоматизировать и тем самым ускорить процесс поиска информации о необходимых для компоновки вычислительной инфраструктуры компонентах. Предложенный метод формирования базы общих данных основан на построении взаимно однозначных соответствий между значениями желаемых характеристик компонентов, указанных в запросе потребителя, и фактическими значениями характеристик компонентов, имеющихся у поставщиков, и информация о которых находится в БОД. Использование этих соответствий в виде специальных отношений позволяет осуществить поиск и последующий выбор требуемых компонентов, а также наиболее подходящих поставщиков компонентов.
В статье рассмотрено воздействие пролонгированного использования электронного дисплея на цветоощущение пользователя, при этом в качестве метрики, сигнализирующей изменения в центральных механизмах зрения, использовалась латентность волн N75, P100 и N145 с различных электродов после зрительной стимуляции. Выполнена предобработка исходных данных с целью приведения структур, содержащих интересующие метрики и факторы к форме, позволяющей применять к ним выбранные математические инструменты анализа в используемой программной среде – R-Studio. По результатам проведенных тестов, построенным дисперсионной и DiD-моделям сделаны выводы о статистически значимых сдвигах в показателях латентности зрительных потенциалов, даны рекомендации по работе с электронными устройствами.
Рассматривается нестационарная задача об электрохимической обработке вращающимся пластинчатым электрод-инструментом конечной толщины. Построена математическая модель, позволяющая модифицировать процесс формообразования за счет исполнения маневра поворота электрод-инструмента. Проведен вычислительный эксперимент. Оценка погрешности и уточнение численных результатов осуществлены методом численной фильтрации. С помощью полученных численных значений объяснено явление образования волнообразной формы боковой части обрабатываемой поверхности и сделан ряд других выводов. Найдены ограничения на значения параметров, в рамках которых данный маневр будет являться безопасным, т. е. не будет инициировать короткое замыкание.
Издательство
- Издательство
- ФГБОУ ВО УФИМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ УФИМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УФИМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ УУНИТ
- Регион
- Россия, Уфа
- Почтовый адрес
- 450076, Приволжский федеральный округ, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Заки Валиди, дом 32
- Юр. адрес
- 450076, Респ Башкортостан, г Уфа, Кировский р-н, ул Заки Валиди, д 32
- ФИО
- Захаров Вадим Петрович (РЕКТОР)
- E-mail адрес
- rector@uust.ru
- Контактный телефон
- +7 (347) 2299677
- Сайт
- https://uust.ru/