1 of 10

Центр когнитивного моделирования

Вычислительно эффективные и интеллектуальные методы управления:

темы работ, основные научные результаты

Докладчик: с. н. с., к.ф.-м.н. Макаров Д.А.�E-mail: Makarov@isa.ru

2 of 10

  • Стабилизация.
  • Терминальное управление (перевод в заданное состояние за конечное время).

​

​

  • Слежение (реализация заданного эталонного поведения).

​

​

2

Типовые задачи управления динамическими системами

3 of 10

Темы стажировок

4 of 10

Интеллектуальное управление антропоморфными роботами

  • Антропоморфная робототехника стремится к созданию роботов, движения которых все более похожи на человеческие.
  • Однако, выполнение высоко динамичных движений, таких как бег, прыжки, сальто и т.д. все еще представляет существенные трудности.
  • Одной из существенных проблем в этой области является создание вычислительно эффективных алгоритмов управления, способных функционировать в режимах близких к режиму реального времени.
  • Другим перспективным альтернативным направлением является построение библиотеки заранее просчитанных движений.

5 of 10

Интеллектуальное управление антропоморфными роботами

Темы исследовательских проектов:

  • Метод нулевой гибридной динамики для антропоморфных роботов с эластичностью.
  • Метод дифференциального динамического программирования для антропоморфных роботов.
  • Регуляризация гибридных систем.
  • Управление c прогнозирующими моделями (MPC) и его модификации для антропоморфных роботов.
  • Регуляторы Калмана-Лётова и их использование в интеллектуальном управлении.
  • Нечеткая логика и асимптотический анализ.

Обзор методов планирования и управления в современной антропоморфной робототехнике: https://www.youtube.com/watch?v=HJuidWBXmTM&feature=emb_logo

6 of 10

Работы в сотрудничестве с Севастопольский государственным университетом.

Основная задача: терминальное наведение захватного модуля манипулятора на неподвижный/подвижный целевой объект; реализация заданного движения.

Задачи:

- построение нечеткого адаптивного управления;

- построение нейросетевого адаптивного управления;

- построение новых алгоритмов фильтрации на основе SDRE техники;

- реализация новых нелинейных законов управления на основе SDRE техники;

- реализация новых нелинейных законов управления на основе Pade интерполяции.

Навыки: знание Matlab, Simulink.

6

Антропоморфный робототехнический комплекс SAR-400. Реабилитационные экзоскелеты.

7 of 10

Гибридные системы состоят из двух частей: непрерывной и дискретной (логической). Непрерывная часть, как правило, описывается дифференциальными уравнениями, а дискретная - разностными уравнениями, моделирующими работу конечного автомата.

Задачи:

- построение нечеткого/нейросетевого управления;

- построение отказоустойчивого управления;

- построение управления в условиях внешней непрогнозируемой среды;

- построение оптимальных/субоптимальных законов управления.

Навыки: хорошая математическая подготовка, знание Matlab, Simulink.

​

7

Интеллектуальное управление на основе формализма гибридных систем

8 of 10

Задачи:

- создание новых методов декомпозиции на основе введения в систему искусственного малого параметра;

- построение семейства аналитических решений задачи большой размерности с помощью методов асимптотического анализа и Pade аппроксимации;

- построение робастных законов управления на основе исследования «чувствительности» полученных решений к параметру(ам) системы.

Навыки: хорошая математическая подготовка, знание Matlab, Simulink.

​

8

Создание новых аналитических инструментов и численных методов для решения задач большой размерности

9 of 10

  • Разработаны новые методы построения линейных и нелинейных законов синтеза в возмущенных непрерывных и дискретных задачах оптимального управления и слежения на основе SDRE техники.
  • Предложены новые численно-аналитические методы исследования законов управления, позволяющие строить алгоритмы решения задач робастности, отказоустойчивости и экстраполяции, возникающих в теории управлении.
  • Предложены новые методы построения и реализации допустимых движений для интеллектуальных планировщиков.
  • Построены система моделирования походок антропоморфного робота (30 звеньев и 29 сочленений).
  • Реализована система построения библиотека походок с помощью параллельных методов счета.

​

9

Основные научные результаты коллектива за последние 5 лет

10 of 10

Основные публикации

  1. S. Emel’yanov, D. Makarov, A.I. Panov, K. Yakovlev. Multilayer cognitive architecture for UAV control. // Cognitive Systems Research, Vol. 39. 2016. Pp. 58–72.
  2. Дмитриев М.Г., Макаров Д.А. Композитный регулятор в линейной нестационарной системе управления // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2014. № 6. С. 3–13.
  3. Дмитриев М.Г., Макаров Д.А. Гладкий нелинейный регулятор в слабо нелинейной системе управления с коэффициентами, зависящими от состояния // Труды ИСА РАН. 2014. Т. 64. № 4. С. 3-13.
  4. Емельянов С.В. Стабилизация нелинейных дискретных динамических систем с параметром и с коэффициентами, зависящими от состояния / Даник Ю.Э., Дмитриев М.Г., Макаров Д.А. // Доклады Академии наук. 2016. Том 466. № 3. С. 282–284.
  5. Danik Yu. E., Dmitriev M. G., Makarov D.A., Zarodnyuk T.A. Numerical-Analytical Algorithms for Nonlinear Optimal Control Problems on a Large Time Interval //Springer Proceedings in Mathematics & Statistics. Springer International Publishing AG, part of Springer Nature. - 2018. Vol.248, pp. 113-124. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-96598-7_10
  6. Danik Yu. E., Dmitriev M. G., Komarova  E.V., Makarov D.A.  Application of Pade-approximations to the solution of nonlinear control problems// International Conference on Dynamical Systems: Theory and Applications, DSTA 2017. Lodz, Poland, 10-14 December 2017, pp. 155-164.
  7. Макаров Д.А. Численное моделирование следящего управления с наблюдением для модели продольной динамики самолета вертикального взлета и посадки // Математика и математическое моделирование. 2018. № 6. С. 72–87. DOI: 10.24108/mathm.0618.0000164
  8. Makarov D. A. Synthesis of control and state observer for weakly nonlinear systems based on the pseudo-linearization technique //Automatic Control and Computer Sciences, 2019, Vol. 53, No. 7, pp. 824–829. DOI: 10.3103/S0146411619070307. https://link.springer.com/article/10.3103/S0146411619070307

​