НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК


НОВОСИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ISSN (печатн.): 1814-1196          ISSN (онлайн): 2658-3275
English | Русский

Последний выпуск
№2-3(79) Апрель - Сентябрь 2020

Управление группой БЛА при неопределенных запаздываниях в каналах связи

Выпуск № 2-3 (79) Апрель - Сентябрь 2020
Авторы:

Гайдук Анатолий Романович,
Капустян Сергей Григорьевич,
Плаксиенко Владимир Сергеевич,
Кабалан Али Эль Акбар
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1814-1196-2020-2-3-37-56
Аннотация

Группы БЛА и других безэкипажных роботов всё шире используются для решения производственных и специальных задач ввиду их большей эффективности по сравнению с одиночными роботами. Эффективность группы во многом определяется возможностями средств коммуникаций между членами группы и ее лидером, влияющих на оперативность принимаемых решений. Часто управление группой БЛА осуществляется многомерной системой управления, алгоритмы которой реализуются вычислительным комплексом БЛА-лидера группы. Проблема здесь заключается в том, что в индивидуальных каналах обмена информацией БЛА-лидера с остальными БЛА группы возникает запаздывание по времени. Произвольное пространственное распределения БЛА в окрестности лидера обусловливает существенно разные, неопределенные запаздывания в каналах его связи с БЛА группы, что может приводить к потере устойчивости управления. Для преодоления этой трудности предлагается применить робастную к запаздыванию многомерную систему управления. Синтез этой системы осуществляется на основе матричного декомпозирующего управления и метода аналитического синтеза систем с управлением по выходу и воздействиям (АССУВВ) с учетом условий реализуемости управлений на цифровых вычислительных элементах.



В статье получены аналитические соотношения, включающие решение линейной системы алгебраических уравнений и процедуру построения алгоритмов цифрового управления группой БЛА, при котором обеспечивается робастная к запаздываниям в каналах связи устойчивость ее движений. Эффективность предложенного подхода иллюстрируется численным примером синтеза многомерной цифровой системы группового управления БЛА. Полученные результаты могут применяться при создании цифровых систем управления как одномерными, так и многомерными объектами с неопределенным запаздыванием в сельскохозяйственных, пищевых, энергетических машиностроительных и других производствах.


Ключевые слова: группа БЛА, многомерная система, синтез, канал связи, запаздывание по времени, матричное декомпозирующее управление, робастность, управление по выходу и воздействиям, устойчивость

Список литературы

1. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами. В 2 кн. Кн. 1. Принципы и особенности построения комплексов с БЛА / под ред. В.С. Вербы, Б.Г. Татарского. – М.: Радиотехника, 2016. – 512 с.



2. Morales R.S. de, Freitas E.P. de. Distributed control for groups of unmanned aerial vehicles performing surveillance missions and providing relay communication network services // Journal of Intelligent & Robotic Systems. – 2018. – N 92. – P. 645–656.



3. Абрамов Н.С., Хачумов М.В. Моделирование проводки по маршруту беспилотного летательного аппарата как задачи преследования цели // Авиакосмическое приборостроение. – 2013. – № 9. – C. 9–22.



4. Ta Duc A., Fantoni I., Lozano R. Modeling and control of a convertible mini-UAV // Preprints of the 18th IFAC World Congress. – Milano, Italy, 2011. – P. 1492–1497.



5. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами. В 2 кн. Кн. 2. Робототехнические комплексы на основе БЛА / под ред. В.С. Вербы, Б.Г. Татарского. – М.: Радиотехника, 2016. – 824 с.



6. Верба В.С., Меркулов В.И., Михеев В.А. Оптимизация группового управления беспилотными летательными аппаратами в составе локальной сети // XIII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2019: сборник трудов. – М.: ИПУ РАН, 2019. – С. 279–284.



7. Kapustyan S.G., Gaiduk A.R, Shapovalov I.O. Self-organization in groups of intelligent robots // Advances in Intelligent Systems and Computing. – 2015. – Vol. 345. – P. 171–181.



8. Utkin L.V., Zaborovsky V.S., Popov S.G. Siamese neural network for intelligent information security control in multi-robot systems // Automatic Control and Computer Sciences. – 2017. – N 8 (51). – P. 881–887.



9. Нейросетевая система управления группой роботов в неопределенной двумерной среде / А.Р. Гайдук, О.В. Мартьянов, М.Ю. Медведев, В.Х. Пшихопов, Н. Хамдан, А. Фархуд // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2020. – № 21 (8). – С. 470–479. – DOI: 10.17587/mau.21.470-479.



10. Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Концепция построения систем коллективного управления беспилотными летательными аппаратами // Системы радиоуправления / под ред. В.И. Меркулова. – М.: Радиотехника, 2018. – Кн. 4: Оптимизация алгоритмов управления. – С. 39–46.



11. Мультиагентное управление механизмом параллельной структуры на основе декомпозирующего подхода / А.Р. Гайдук, С.Г. Капустян, Е.А. Плаксиенко, К.В. Колоколова // Научный вестник НГТУ. – 2018. – № 1 (70). – С. 51–66.



12. Алгоритмы автономного группового управления горизонтальными движениями БЛА / А.Р. Гайдук, А.А. Дьяченко, С.Г. Капустян, Е.А. Плаксиенко // Научный вестник НГТУ. – 2017. – № 2 (67). – С. 120–134. – DOI: 10.17212/1814-1196-2017-2-120-134.



13. Гайдук А.Р. Теория и методы аналитического синтеза систем автоматического управления (полиномиальный подход). – М.: Физматлит, 2011. – 419 с.



14. Gerla M., Yi. Y. Team communications among autonomous sensor swarms // SIGMOD Record. – 2004. – Vol. 33. – P. 20–25.



15. Гайдук А.Р., Плаксиенко В.С., Кабалан А.Э.А. Синтез систем с учетом ограничений на управление и переменные состояния // Математические методы в технике и технологиях. – 2020. – Т. 2. – С. 27–30.



16. Zhu Y., Su H.-Y., Krstic M. Adaptive backstepping control of uncertain linear systems under actuator delay // Automatica. – 2015. – Vol. 345, N 54. – P. 256–265.



17. Stojanovic S.B., Debeljkovic D.Lj., Antic D.S. Finite-time stability and analysis of discrete time-delay systems using discrete convolution of delayed states // Facta Universitatis. Series: Automatic Control and Robotics. – 2015. – Vol. 14, N 3. – P. 147–158.



18. Global adaptive stabilization and tracking control for high-order stochastic nonlinear systems with time-varying delays / L. Xue, T. Zhang, W. Zhang, X.-J. Xie // IEEE Transaction on Automatic Control. – 2018. – Vol. 63, N 9. – P. 2928–2943.



19. Xiao F., Shi Y., Ren W. Robustness analysis of asynchronous sampled-data multiagent networks with time-varying delays // IEEE Transaction on Automatic Control. – 2018. – Vol. 63, N 7. – P. 2145–2152.



20. Zhang D., Shen Y. Continuous sampled-data observer design for nonlinear systems with time delay larger or smaller than the sampling period // IEEE Transaction on Automatic Control. – 2018. – Vol. 62, N 11. – P. 5822–5829.



21. Имангазиева А.В. Компенсация возмущений в задаче робастного управления сетью объектов с распределенным и дискретным запаздыванием // Научный вестник НГТУ. – 2018. – № 3 (72). – С. 59–72. – DOI: 10.17212/1814-1196-2018-3-59-72.



22. Джури Э.И. Робастность дискретных систем // Автоматика и телемеханика. – 1990. – № 1. – С. 3–28.



23. Гайдук А.Р. Синтез робастных систем управления с запаздыванием // Автоматика и телемеханика. – 1997. – № 5. – С. 90–99.



24. Furtat I.B., Vrazhevsky S.A., Kremlev A.S. Robust control algorithm under mismatched disturbances // 9th International Congress on Ultra-Modern Telecommunications and Control Systems (ICUMT). – Munich, Germany, 2017. – P. 61–66.



25. Vilanova R., Arrieta O. Robust PI/PID controllers for load disturbance based on direct synthesis // ISA Transactions. – 2018. – Vol. 81. – P. 177–196.



26. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. – СПб.: Профессия, 2004. – 902 с.



27. Гайдук А.Р., Плаксиенко Е.А. Анализ и аналитический синтез цифровых систем управления: монография. – СПб.: Лань, 2018. – 272 с.



28. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. – 4-е изд., доп. – М.: Наука, 1988. – 549 с.



29. Гайдук А.Р., Колоколова К.В. Синтез систем автоматического управления неустойчивыми многомерными объектами // Научный вестник НГТУ. – 2017. – № 1 (66). – С. 26–40. – DOI: 10.17212/1814-1196-2017-1-26-40.

Благодарности. Финансирование

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № 17-29-07054 и № 19-08-01226, а также в рамках реализации гос. задания ЮНЦ РАН,
№ г. проекта АААА?А19-119011190173-6.

Для цитирования:

Управление группой БЛА при неопределенных запаздываниях в каналах связи / А.Р. Гайдук, С.Г. Капустян, В.С. Плаксиенко, А.Э.А. Кабалан // Научный вестник НГТУ. – 2020. – № 2–3 (79). – С. 37–56. – DOI: 10.17212/1814-1196-2020-2-3-37-56.

For citation:

Gaiduk A.R., Kapustyan S.G., Plaksienko V.S., Kabalan A.E.A. Upravlenie gruppoi BLA pri neopredelennykh zapazdyvaniyakh v kanalakh svyazi [Control of the UAV group at uncertain delays in communication channels]. Nauchnyi vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Science bulletin of the Novosibirsk state technical university, 2020, no. 2–3 (79), pp. 37–56. DOI: 10.17212/1814-1196-2020-2-3-37-56.

Просмотров: 37