Автореферат (1149251)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиСемакова Анна АнатольевнаАЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯМОБИЛЬНЫМИ РОБОТАМИПО НЕПОЛНЫМ ДАННЫМВ МНОГОАГЕНТНЫХ СЦЕНАРИЯХСпециальность 01.01.09 —«Дискретная математика и математическая кибернетика»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург — 2017Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университетеНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, доцентМатвеев Алексей СерафимовичОфициальные оппоненты: Щербаков Павел Сергеевич,доктор физико-математических наук,Институт проблем управления РАН,главный научный сотрудник лаборатории адап­тивных и робастных системУтина Наталья Валерьевна,кандидат физико-математических наук,Санкт-Петербургский государственный архитек­турно-строительный университет,доцент кафедры математикиВедущая организация:Федеральное государственное автономное обра­зовательное учреждение высшего образования«Санкт-Петербургский национальный исследова­тельский университет информационных техноло­гий, механики и оптики»Защита состоится 14 июня 2017 года в 17 часов на заседании диссертаци­онного совета Д 212.232.29 на базе Санкт-Петербургского государственногоуниверситета по адресу: 199178, Санкт-Петербург, 10 линия В.О., д.

33/35,ауд. 74.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. Горь­кого Санкт-Петербургского государственного университета по адре­су: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9 и на сайтеhttp://spbu.ru/science/disser/dissertatsii-dopushchennye-k-zashchite-i-svedeniyao-zashchite.Автореферат разослан «»Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.232.29,доктор физ.-мат. наук, профессор2017 года.В.М. НежинскийОбщая характеристика работыАктуальность темы. Растущий интерес к простым и универсальнымробототехническим платформам c ограниченными (вычислительными,сенсорными, коммуникационными) ресурсами и одновременно — к работев незнакомых средах, в том числе сложных и динамических, мотивируетпривлекательность ресурсосберегающих и локальных методов планированиядвижения к «глобальной» цели.

Однако следствием характерной для нихсложности анализа итога применения является дефицит гарантий глобальнойсходимости с возможностью отказа, а преодоление этой проблемы требуетразвития теоретических основ, а также методологии анализа и синтезалокальных алгоритмов. К перспективным направлениям компенсацииограниченных возможностей и компетенций отдельных роботов относитсяи их кооперация в рамках многоагентного ансамбля, что в свою очередьопределяет потребность в специализированных алгоритмах управлениядля координации роботов ради решения общей задачи, часто — за счетединых для всех агентов алгоритмических рецептов.С ситуацией такого рода связан ряд сценариев, где элементомсцены является неизвестное скалярное поле, доступны только точечныеизмерения его значений, и при этом требуется, чтобы роботы (или одинробот) обнаружили изолинию с заданным значением поля, переместилиськ ней и затем двигались вдоль нее.

Среди примеров подобных задач —обнаружение и мониторинг границы области критического загрязнения,геологические исследования, локализация и сопровождение точечной целиили протяженной области по измерениям только расстояния до нее. Теориисинтеза и анализа управляющих систем, ориентированных на задачи такоготипа, посвящены исследования N. Leonard, M. Krstic, M. Arcak, B.

Anderson,J. Baillieul, T. Sugie, A. Bertozzi, A. Nehorai, а также (в части алгоритмовкоординации многих агентов) А.М. Леонтовича, И.И. Пятецкого-Шапиро,П.С. Щербакова, A. Garulli и других известных ученых.Практические проблемы измерения и оценивания градиента полямотивировали развитие «неградиентных» подходов (градиент не измеряетсяи не оценивается). Прототипическим контекстом для них являетсяситуация либо единичного робота с единственным датчиком значения поля,3либо группы таких роботов в отсутствие коммуникации между ними.

Ряднеградиентных алгоритмов практикует переключение между заданныминаправлениями движения в зависимости от интервала, в который попадаетзначение поля (A. Bertozzi, A. Joshi, T. Ashley, M. Rendas). Результатомявляется зигзагообразная траектория и возникающая вследствие взаимноаннулирующих боковых смещений проблема экономии ресурсов.

Для такихподходов характерна опора на эвристику без гарантий достижения целии завершенного обоснования закона управления. Имеющиеся математическиобоснованные законы управления либо подразумевают неограниченноеуправление и подкреплены обоснованием только локальной устойчивостив радиальных гармонических полях (J. Baillieul et.al.), либо используютскользящие режимы (А.С. Матвеев, А.В. Савкин et.al.), применениекоторых эффективно, однако создает угрозы нежелательных эффектов:так называемого чаттеринга и избыточной активности в канале управления.Несмотря на то, что способы их устранения и подавления хорошоисследованы, значительный интерес представляет возможность решениязадачи посредством непрерывных регуляторов.При отслеживании изолинии группой роботов типична задачаэффективного децентрализованного самораспределения группы вдольизолинии. Известные алгоритмы и результаты, касающиеся подобногораспределения, имеют дело либо с роботами, удерживаемыми на кривойвнешними для алгоритма факторами, либо с кривой, определяемойпараметрами роботов и алгоритма, либо с кривой специальной формы(окружностью).

На этом фоне сочетание самораспределения и выведенияна заданную изолинию произвольной формы выступает в качествеособой задачи, требующей разработки специализированных решений,например, механизма предотвращения кластеризации роботов за счет ихбокового сближения при стремлении к общей кривой. Осложняющимифакторами здесь являются дефицит данных о порождающем изолиниюполе, неградиентная методика выведения на изолинию, отсутствие иерархиимежду роботами (например, лидер-ведомый) и коммуникации друг с другом.Динамическое окружение группы целей мобильным роботом, т.е.его выведение в окрестность группы с последующим маневром вокруг нее,относится к числу активно развиваемых тем исследований. Большинство4работ по данной теме предполагает доступ робота к полным относительнымкоординатам целей.

Вместе с тем значительный интерес представляетдинамическое окружение на основании измерения только расстоянийдо целей, когда задача допускает трактовку как отслеживание изолинииискусственного поля, сконструированного из этих расстояний. Однако ранееизвестные алгоритмы динамического окружения целей по неполным о нихданным (M. Deghat, L. Xia, B. Anderson, Y. Hong) имели дело толькосо случаем угловых данных о целях, простейшей модели робота (интеграторпервого порядка с неограниченным управлением) и статичных целей.Целью диссертационной работы является разработка эффективныхи математически строго обоснованных (включая условия нелокальнойсходимости) локальных алгоритмов навигации и управления движениеммобильных роботов в многоагентных сценариях в условиях ограниченныхресурсов и дефицита априорных знаний о среде функционирования и целевыхобъектах.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:1. Разработаны и обоснованы локальные децентрализованныеалгоритмы обнаружения и отслеживания группой неголономныхи неспособных к коммуникации роботов изолинии неизвестногостационарного поля и эквидистанты неизвестной области.2. Разработан и обоснован локальный алгоритм обнаруженияи отслеживания единичным роботом изолинии неизвестногонестационарного поля, не опирающийся на оценивание производныхполя и разрывные законы управления.3.

Разработаны и обоснованы локальные алгоритмы обнаружения,динамического окружения и сопровождения группы скоростныхнепредсказуемых целей единичным роботом по измерениям толькорасстояний до них с поддержанием заданного среднеквадратичногорасстояния до целей либо расстояния до ближайшей цели.Методология и методы исследования. Для решения указанныхзадач использовались классические методы теории устойчивости и методскользящих режимов управления.Основные положения, выносимые на защиту:1. Децентрализованный алгоритм управления линейными скоростяминеголономных роботов с целью их распределения вдоль изолинии5неизвестного скалярного стационарного поля в процессеобнаружения и отслеживания изолинии по измерениям каждымроботом значения поля в его текущей позиции; теоремыо некластеризации, нелокальной сходимости и (в случае, когдаизолиния — окружность) равномерном распределении.2.

Децентрализованный алгоритм управления линейными скоростяминеголономных и не способных к коммуникации роботов с целью ихравномерного распределения по эквидистанте неизвестной области;теорема об условиях нелокальной сходимости алгоритма.3. Метод децентрализованного устранения боковой и продольнойкластеризации мобильных роботов.4. Метод-предельныхраспределенийасимптотическогоисследования внутригруппового поведения многоагентных систем.5. Теоремы об условиях нелокальной сходимости предложенногов диссертации алгоритма управления угловой скоростьюнеголономного робота с целью обнаружения и сопровождениягруппы непредсказуемых скоростных мобильных целей на заданномсреднеквадратичном расстоянии от них.6.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации