Результаты

Планируемые показатели 2021 г

Количество статей в изданиях, индексируемых в Web of Science Core Collection, - 5, в т.ч. входящих в 1-й квартиль (Q1) – 2, во 2-й квартиль (Q2) - 3

Количество заявок на регистрацию объектов интеллектуальной собственности – 1

Количество полученных грантов, руководителями которых являются сотрудники лаборатории - 1

Результаты по мегагранту (проект 075-15-2021-573) в 2021 году

  1. Разработан новый алгоритм с перекрестными связями для обеспечения кратных синхронных режимов двухроторных вибрационных установок. Алгоритм исследован аналитически, численно и экспериментально на мехатронном вибрационном стенде СВ-2М. Получено, что в рабочей области частот (25-110 рад в сек) обеспечивается приведенная фазовая синхронизация роторов при заданной кратности частот вращения, а в «допустимой» области (30-70 рад в сек) – и требуемый приведенный фазовый сдвиг [0, π] рад. Разработаны нейросетевые алгоритмы управления синхронизацией для двухроторных мехатронных вибрационных установок с использованием средств системы МАТЛАБ. Впервые испытаны на мехатронном исследовательском вибрационном стенде алгоритмы управления простой и кратной синхронизацией, а также сдвигом фаз роторов виброустановок.

  2. Получены новые условия синхронизации линейных сетевых систем с нелинейными диффузионными связями на основе кругового критерия абсолютной устойчивости. Функции связи могут быть различными, удовлетворяющими условию сектора. В качестве примера изучена динамика популяции нейромассовых моделей биологических нейронных сетей. при нелинейных диффузионных связях между нейронами. С использованием полученной общей теоремы, мы вывели простое условие сетевой синхронизации, которое зависит от параметров системы и максимального собственного значения матрицы Лапласа графа сети. Выполненное моделирование показало, что при выполнении полученного условия сеть популяций нейромассовых моделей была синхронизирована, а динамика узлов в сети была стабильной (робастной). Также был рассмотрен случай, когда полученное условие не выполнялось. Моделирование показало, что в этом случае между узлами не было синхронизации, но были колебания.

  3. Разработаны технологии конструктивного оценивания пороговых значений битовой скорости передачи данных, требуемых для разрешимости задачи наблюдения и, как следствие, управления нелинейной динамической системой через канал связи с ограниченной битовой пропускной способностью. Одной из эксклюзивных особенностей разработки является то, что впервые в мировой практике для общих нелинейных систем предложены не просто достаточные условия разрешимости задачи, а найдены исчерпывающие конструктивные критерии, то есть условия необходимые и достаточные. Эффективность и преимущества предложенного подхода продемонстрированы серией новых результатов, где скорость передачи данных найдена в замкнутой форме. На основе развитых критериев разработаны конструктивные алгоритмы наблюдения для нелинейной динамической системы через канал связи с ограниченной битовой пропускной способностью.

  4. В многоагентной робототехнике часто ключевое значение приобретает эффективное решение задачи распределенного оценивания параметра внешнего процесса ансамблем автономных агентов с ограниченным обменом информации друг с другом. Разработана новая техника математического анализа сходимости процедуры оценивания в такой задаче. На ее основе показано, что применение метода расширения и смешивания динамического регрессора позволяет улучшить условия сходимости и ослабить традиционное требование настойчивого возмущения, и тем самым существенно расширить область применимости результатов.

  5. Разработаны и математически строго обоснованы глобально сходящиеся реактивные алгоритмы навигации и управления движением ансамбля мобильных неголономных неполноприводных роботов с целью формирования максимально плотного барьера поперек корридоро-подобной сцены и последующего заметания корридора с заданной скоростью. Среди многочисленных приложений этой задачи – экологический мониторинг, роботизированное разминирование, исследование и обработка протяженный областей и объектов, поиск в зонах техногенных и природный катастроф и многое другое. Особенностью исследованной ситуации является отсутствие информационного обмена, слабое сенсорное оснащение, анонимность роботов друг для друга и их неспособность к выполнению разных ролей в команде, отсутствие данных о ее размере и параметрах сцены. Эти особенности имеют место во многих прикладных задачах, существенно расширяют сферу применимости разработки и повышают ее устойчивость к отказам, но значительно осложняют решение задачи. Доказано, что несмотря на указанные разнообразные ограничения задача может быть решена разработанным низкоуровневым, вычислительно экономичным распределенным алгоритмом. Данный вывод базируется как на математически строгих доказательствах, так и на результатах компьютерного моделирования.

  6. Рассмотрены вопросы самоорганизации в группах роботов (агентов) и исследованы условия возникновения эмерджентного интеллекта в мультиагентных системах. В основе мультиагентных технологий лежит децентрализованный принцип решения сложных высокоразмерных задач оптимизации, при котором каждый элемент обрабатывает только локально доступную информацию о себе и ограниченном количестве соседей и принимает управленческие решения на ее основе. При этом для широкого класса задач оптимизации и управления удается получить оптимальные (или близкие к оптимальным) решения за счет обеспечения консенсуса (или синхронизации) в сложной высокоразмерной системе. Предложен новый «реактивный» мультиагентный алгоритм  управления роботом в группе. Получающееся решение можно назвать проявлением эмерджентного интеллекта – свойства возникающего у системы в целом, которого нет у ее элементов.

  7. Разработанный ранее авторами метод распределенной поисковой стохастической аппроксимации был развит в направлении ускорения скорости сходимости. В условиях помех ранее была обоснована асимптотически-оптимальная скорость сходимости алгоритмов, но качество переходного процесса не было исследовано. Для задач оптимизации (в особенности при настройке огромного числа параметров нейронных сетей) в последнее время стали активно использоваться методы ускорения по Нестерову, развивающие идеи метода «тяжелого шарика» Поляка. С самого начала процесса оценивания эти методы могут сходиться с квадратичной скоростью. Для практического использования очень важно качество переходного процесса. Для задач отслеживания изменений неизвестных параметров динамических систем предложено для ускорения сходимости использовать похожую схему. Исследована задача о синтезе оптимального стабилизирующего регулятора в условиях произвольных ограниченных помех. Для субоптимального решения предлагается и обосновывается алгоритм синтеза дробного регулятора (с нецелым запаздыванием). Ранее были получены результаты по синтезу субоптимального стабилизирующего регулятора для неминимально-фазового объекта управления. Однако при произвольном заранее выбранном шаге дискретизации динамической системы, лежащей в основе исследуемых процессов, не получается достичь сколь угодно малого уровня субоптимальности. Показано, что использование регуляторов с дробным запаздыванием позволяет достичь сколь угодно близкого к оптимальному уровню управления.

  8. Исследована задача об управлении прохождением гармонических волн через запрещенную зону скоростей при граничном возбуждении волн в метаматериале, описываемом моделью масса в массе. Проведено численное исследование указано на возможность реализации алгоритма управления на основании имеющихся экспериментальных работ. Аналитически исследовано точное локализованное решение в виде бегущей волны для нелинейной модели, установлены особенности решения, которые могут быть предметом управления. Разработан численный алгоритм исследования генерации локализованной нелинейной волны из начального возмущения достаточно произвольного вида.

  9. Предложен новый метод нелинейного управления скалярными полулинейными системами параболического и гиперболического типа с неизвестными параметрами и распределенными возмущениями. Такие системы описывают процессы распространения тепла, колебание в стержне, распределение потока воздуха в компрессорах, процессы в нефтегазодобывающей и электроэнергетической промышленности и т.п. Для реализации закона управления используется лишь конечное число измерений и локальных управлений вдоль пространственной переменной. В отличие от последних результатов Э. Фридман и ее соавторов, где в законе управления используются кусочно-постоянные функции, в предлагаемом законе управления используются кусочно-нелинейные функции, которые задаются разработчиком для обеспечения заданных свойств в замкнутой системе. В частности, предложено несколько типов функций, обеспечивающих минимальные затраты энергии на управление. Расчет параметров регулятора основан на использовании аппарата линейных матричных неравенств, что упрощает его использование в инженерной практике.

Подготовка к этапам 2022-2023 гг.:

  • организация международной конференции в 2022 г
  • получение патента и коммерч. контракта в 2022 г
  • защита диссертаций:2022 – 1 канд, 2023 – 2 канд, 1 док