Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
№ 3 (2025)
ТЕОРИЯ СИСТЕМ И ОБЩАЯ ТЕОРИЯ УПРАВЛЕНИЯ
СИСТЕМА УПРАВЛЯЕМЫХ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ С РЕЖИМОМ ПРИТЯГИВАЮЩЕГО ЦИКЛА
Аннотация
Рассматривается множество консервативных систем, допускающих колебания заданного периода. Решается задача агрегирования множества в связанную систему с притягивающим (в большом) циклом, в котором реализуется закон управления фазами в системах. Развивается подход, в котором в качестве генератора управляющих сигналов применяется осциллятор Ван дер Поля с настраи ваемой частотой, действующий через односторонние связи-управления на системы множества : в агрегированной системе непосредственные связи между системами отсутствуют. Система управления описывается автономными уравнениями.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):3-9
3-9
УПРАВЛЕНИЕ В ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРЕМЫ КЭЛИ–ГАМИЛЬТОНА К АНАЛИТИЧЕСКОМУ СИНТЕЗУ МОДАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПО ВЫХОДУ ЛИНЕЙНЫМИ СТАЦИОНАРНЫМИ СИСТЕМАМИ, ПОРЯДОК КОТОРЫХ РАВЕН ПРОИЗВЕДЕНИЮ ЧИСЛА ВХОДОВ И ВЫХОДОВ
Аннотация
Предложен новый аналитический подход к модальному управлению по выходу линейными стационарными системами, порядок которых равен произведению числа входов и выходов, а индексы управляемости и наблюдаемости принимают наибольшее и наименьшее возможные значения. В подходе использована теорема Кэли–Гамильтона применительно к матрице замкнутой системы управления. Предлагаемый метод управления по выходу не ограничен в применении только системами четвертого порядка с двумя входами и двумя выходами. Также применимость метода не зависит от того, приводится ли система к модальному управлению по состоянию с меньшим числом входов или к модальному наблюдению с меньшим числом выходов. На примерах систем шестого порядка с несколькими входами и несколькими выходами, не приводимых к системам с меньшим числом входов или выходов, продемонстрировано получение аналитических решений задачи модального управления по выходу, обеспечивающих заданное размещение полюсов. Для систем из рассматриваемого класса получаемые решения единственны.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):10-28
10-28
ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
ОБ ОПТИМАЛЬНОМ УПРАВЛЕНИИ ВЕЛИЧИНОЙ РАДИУСА КОЛЕСА ПРИ ЕГО КАЧЕНИИ ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ НЕДЕФОРМИРУЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Аннотация
Непрерывное изменение радиуса опорных колес транспортного средства обеспечивает возможность непрерывного управления некоторыми его эксплуатационными свойствами. К таким свойствам относятся: устойчивость движения, управляемость, проходимость и др. Это изменение рационально делать при минимизации тепловых потерь в исполнительном приводе. Рассматривается движение без скольжения жесткого колеса с непрерывно изменяемым радиусом по плоской горизонтальной недеформируемой поверхности.Предложена математическая модель для описания динамики равномерного плоскопараллельного движения указанного колеса при управлении величиной его радиуса. В ее основе лежит гипотеза об отсутствии проскальзывания в контакте колеса с опорной плоскостью. Полученные математические зависимости позволяют определять оптимальный режим управления при изменении радиуса по критерию минимума тепловых потерь в приводе, обеспечивающем это изменение. Результаты исследования могут найти применение при управлении параметрами эксплуатационных свойств транспортных средств, а также роботов с колесными движителями, перемещающимися по неорганизованным поверхностям.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):29-36
29-36
ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ С ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ В ОКРЕСТНОСТИ АСТЕРОИДА
Аннотация
Рассматривается управление движением центра масс космического аппарата с двигательной установкой малой тяги в окрестности астероида неправильной формы. Формирование программы управления движением при планировании миссии осложнено неполными знаниями о гравитации астероида. В качестве математической модели гравитационного потенциала астероида может использоваться суперпозиция N притягивающих точек, вращающихся с собственной угловой скоростью астероида на неизменном расстоянии. Предварительное изучение объекта исследования позволяет рассчитать характеристики такой модели с двумя притягивающими центрами. Программное управление в окрестности астероида для целевых маневров формируется на базе комбинации локально-оптимальных законов управления и разработанного алгоритма релейного переключения между ними с зоной нечувствительности. Разработанные алгоритмы и методики иллюстрируются результатами моделирования движения космического аппарата в окрестности астероида 433 Эрос.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):37-45
37-45
БЫСТРОДЕЙСТВИЕ ГРУПП ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ ПЕРЕМЕННОГО СОСТАВА
Аннотация
Рассматривается задача управления группами подвижных объектов. Каждая группа составлена из простых объектов управления и двигается как один (составной) объект управления. В процессе движения каждая группа может разделяться на подгруппы или, наоборот, соединяться с другими группами. При этом динамические возможности группы меняются, так как зависят от ее состава. Начальные и конечные состояния каждого простого объекта заданы. Решается задача наискорейшего достижения всех конечных состояний, т.е. задача группового быстродействия.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):46-59
46-59
КОМПЬЮТЕРНЫЕ МЕТОДЫ
ДИСКРЕТНЫЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ: РЕАЛЬНОЕ ВРЕМЯ, ПАРАЛЛЕЛИЗМ, СЛОЖНОСТЬ, ЯЗЫКИ ОПИСАНИЯ
Аннотация
Рассмотрены модели и языки, предназначенные для описания и управления выполнением в реальном времени дискретных детерминированных процессов. Процессы разделены на свободные и зависимые от реального времени, введены характеристики сложности процессов, учитывающие фактор одновременности (параллелизма) при их выполнении. Предложены унифицированные операции композиции вычислимых функций, на основе которых создан язык, позволяющий в естественной форме описывать параллелизм алгоритмических процессов. Показано, каким образом фактор реального времени может быть отражен в процессах путем расширения языка примитивами управления изменением состояний процесса в зависимости от контролируемого времени.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):60-69
60-69
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИЙ
УПРАВЛЕНИЕ ГРУППОВЫМИ ДЕЙСТВИЯМИ БЕСПИЛОТНЫХ И ПИЛОТИРУЕМЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ В УСЛОВИЯХ АКТИВНОГО ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ
Аннотация
Рассмотрена задача группового управления летательными аппаратами в условиях активного противодействия при разных скоростях потерь своих сил, превосходящих противника или ему уступающих. При оценке эффективности парного противодействия предложена мультипликативная свертка, учитывающая потери обеих сторон и их стоимость. Сформирован минимаксный алгоритм группового целераспределения разнотипных летательных аппаратов с учетом степени их соответствия в каждой паре. Предложено использование искусственного интеллекта в виде нескольких нейронных сетей при формировании примеров их обучения на моделирующем комплексе.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):70-83
70-83
ФОРМАЛИЗАЦИЯ КРИТЕРИЕВ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ВЫБОРА ПАР ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВУХКОНТУРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫХ САМОЛЕТОВ И РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ИХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ АСИММЕТРИИ ТЯГИ
Аннотация
Рассмотрены вопросы, связанные с изучением возможностей автоматического управления тягой турбореактивных двухконтурных двигателей силовой установки двухдвигательного самолета в полете. Цель исследования – формализация критериев многопараметрического выбора пар турбореактивных двухконтурных двигателей для силовых установок двухдвигательных самолетов и разработка структуры системы автоматического управления такими установками для уменьшения асимметрии тяги их двигателей в полете. Использованы методы математического и программного моделирования. В результате исследования формализованы критерии многопараметрического выбора пар таких двигателей для двухдвигательных силовых установок сразу по трем параметрам тяги турбореактивных двухконтурных двигателей одной серии и разработана структура системы автоматического управления силовой установкой двухдвигательного самолета для устранения асимметрии тяги его двигателей в полете.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):84-90
84-90
ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ
ПРЕДСКАЗАНИЕ КАЧЕСТВА ПРЕДОСТАВЛЯЕМОГО СЕТЕВОГО СЕРВИСА НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИИ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СЕРВЕРНЫХ РЕСУРСОВ
Аннотация
Для снижения издержек при использовании облачной вычислительной инфраструктуры необходимо подбирать оптимальные конфигурационные параметры. Для решения поставленных задач нужны методы предсказания качества предоставляемого сетевого сервиса. Такие предсказания возможны на основе информации о применении серверных ресурсов, машинного обучения и методов оценки времен выполнения услуг. Эти данные получены путем измерений и собранных ранее сведений о работе телекоммуникационной инфраструктуры. Рассматриваются различные методы сокращения размерностей и выделения существенных переменных с целью оценок расхождений целевых характеристик в случае их вычислений по полным данным и по данным, редуцированных разными методами. В экспериментах предсказания характеристик модельной задачи наилучшим образом показала модель случайного леса в сочетании с методом понижения размерности пространства признаков с помощью метода главных компонент.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):91-98
91-98
ГИБРИДНЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА И НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ
Аннотация
Рассматривается разработка прототипа гибридной интеллектуальной системы для анализа изображений на примере задачи диагностики и стадирования диабетической ретинопатии – осложнения сахарного диабета, характеризующееся повреждением сосудов сетчатки глаза. В результате хронически повышенного уровня глюкозы в крови происходит нарушение микроциркуляции, что вызывает развитие микроаневризм, экссудации, кровоизлияний и в тяжелых случаях неоваскуляризации. Это может привести к ухудшению зрения и в конечном итоге к слепоте при отсутствии своевременного лечения. Выявление и стадирование заболевания происходит с помощью анализа фотографических изображений глазного дна (фундус-снимков). Проведен обзор по теме исследования, рассмотрены преимущества гибридных интеллектуальных систем в сравнении с решениями, основанными на применение одной технологии. Описаны шаги создания системы, сочетающей в себе совместное использование классических методов компьютерного зрения, искусственных нейронных сетей, элементов теории нечеткой логики и методов объяснительного искусственного интеллекта. С помощью комбинированной архитектуры программного решения удалось добиться гибкости в вопросах применимости критериев стадирования заболевания, что говорит о широких перспективах подобного решения в диагностике иных заболеваний с логически формализуемыми критериями.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):99-112
99-112
ФОРМИРОВАНИЕ ГРУПП ИДЕНТИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ
Аннотация
Рассматривается подход к повышению согласованности структуры. Цель исследования заключается в выборе метода объединения идентичных объектов в группы, поскольку именно идентичные объекты могут эффективно обмениваться информацией и использовать информацию, полученную в результате этого обмена. Для достижения поставленной цели был проведен ряд экспериментов с различными методами, после чего был выбран лучший с точки зрения целевой меры качества и скорости работы. Предлагаемый подход позволяет учитывать различные характеристики объектов и связи между ними, что обеспечивает точное определение идентичных объектов, а также имеет эффективную реализацию для распределенных вычислительных систем, что делает его быстрым даже на больших объемах данных. Сравнение рассматриваемых подходов произведено на примере задачи поиска идентичных изделий для управления ассортиментом и поставками.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):113-120
113-120
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖУЩИМИСЯ ОБЪЕКТАМИ
СТАБИЛИЗАЦИЯ ЦЕПОЧКИ ИНТЕГРАТОРОВ ПРОИЗВОЛЬНОГО ПОРЯДКА С УЧЕТОМ ОГРАНИЧЕНИЙ НА СОСТОЯНИЕ
Аннотация
Решена задача стабилизации нулевого значения вектора состояния динамических систем, записанных в виде цепочки интеграторов произвольной длины, с учетом ограничений на абсолютные величины переменных состояния. Показано, что основанная на принципе модального управления линейная стабилизирующая обратная связь по состоянию обеспечивает выполнение заданных ограничений на переменные состояния при выборе корней характеристического уравнения замкнутой системы, удовлетворяющих нелинейным неравенствам. Условия на корни характеристического уравнения замкнутой системы базируются на результатах, полученных при помощи метода бэкстеппинга с использованием логарифмических барьерных функций Ляпунова. В качестве примера рассмотрено решение задачи стабилизации заданного углового положения однозвенного манипулятора, гарантирующее выполнение ограничений на значения угловой координаты, скорости, ускорения и рывка рабочего звена манипулятора.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):121-132
121-132
БИКВАТЕРНИОННОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ УПРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ДВИЖЕНИЕМ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Аннотация
Исследуется задача оптимального в смысле быстродействия программного управления пространственным движением твердого тела произвольной динамической конфигурации (в частности, космического аппарата, рассматриваемого как свободное твердое тело), эквивалентным композиции углового (вращательного) и поступательного (орбитального) движений. Граничные условия по угловому и линейному местоположению твердого тела, а также по угловой и линейной скоростям тела произвольны. Составляющие дуальной вектор-функции оптимизируемого управления (дуальной композиции вектора абсолютного углового ускорения твердого тела и вектора, равного локальной производной от вектора абсолютной скорости центра масс твердого тела (составляющей вектора абсолютного линейного ускорения центра масс тела)) ограничены по своим модулям. Векторы программной управляющей силы и программного управляющего момента находятся в соответствии с концепцией решения обратных задач динамики. Для решения задачи использованы новые, предложенные нами, бикватернионные уравнения пространственного движения твердого тела, в которых для описания пространственного движения применяется параболический бикватернион Клиффорда (дуальный кватернион), а также эквивалентные им кватернионные уравнения, в которых для описания пространственного движения используются два кватерниона Гамильтона. С помощью принципа максимума Понтрягина получена дифференциальная краевая задача 28-го порядка. Приведены примеры численного решения краевой задачи для случаев, когда распределение масс твердого тела соответствует сферически-симметричному телу, международной космической станции как произвольному твердому телу. При этом отличие между начальной и конечной ориентациями твердого тела велико в угловой мере и мало по линейному перемещению (задача пространственного маневрирования). Дан анализ полученных численных решений.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):133-151
133-151
РОБОТОТЕХНИКА
МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЧЕТЫРЕХНОГИЙ ШАГАЮЩИЙ РОБОТ НА БАЗЕ БЕСКОЛЛЕКТОРНЫХ МОТОРОВ
Аннотация
Описываются механика, электроника и алгоритмы управления новым четырехногим шагающим роботом. Робот предназначен для сферы образования и исследовательской деятельности. Он имеет сравнительно малые массогабаритные показатели и построен с учетом модульности для упрощения производства и сборки. Робот приводится в движение с помощью бесколлекторных двигателей. Для их вращения используется векторное управление. В качестве базовой походки выбрана “рысь”. Алгоритм поддержания равновесия корпуса основан на методе управления точкой нулевого момента с прогнозированием. Формирование желаемой точки нулевого момента происходит с помощью отслеживания пересечения проекций концов диагонально расположенных ног. Программное обес- печение робототехнической платформы имеет полностью открытый исходный код. Для проверки работоспособности всех компонентов робота проведен ряд экспериментов как в виртуальной среде, так и на аппаратной платформе. Результаты экспериментов демонстрируют эффективность робота при ходьбе в разных направлениях с максимальной скоростью 1.2 м/с и грузоподъемностью вплоть до 7 кг, что практически равно собственному весу.
Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2025;(3):152-176
152-176