Диссертация (1149252), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Неголономный робот перемещается по плоскости с постоянной линейнойскоростью, угловая скорость его вращения ограничена по абсолютной величинеи является управляющим параметром. Как следствие, радиус поворота роботаограничен снизу положительной константой и робот способен двигаться толькопо путям, кривизна которых ограничена сверху определенной константой.По плоскости перемещается группа маневренных скоростных непредсказуемыхцелей. Условия, необходимые для того, чтобы робот с ограниченным радиусомповорота и заданной линейной скоростью движения был способен поддерживатьзаданное среднеквадратичное расстояние до целей, даны в терминахусредненных характеристик группы целей (среднеквадратичный разброс25положений, усредненная скорость и ускорение группы, среднеквадратичныйразброс скоростей и ускорений, ковариация между скоростями и ускорениями).Эти термины естественны в ситуации, когда группа рассматривается какединый объект в условиях недостатка сведений об алгоритме внутригрупповогодвижения.5.
Робот перемещается по плоскости с постоянной линейной скоростью,угловая скорость его вращения ограничена по абсолютной величинеи является управляющим параметром. Как следствие, радиус поворотаробота ограничен снизу и робот способен двигаться только по путям,кривизна которых ограничена сверху определенной константой. По плоскостиперемещается группа маневренных непредсказуемых скоростных целей.Априорная информация о целях, например, об их кинематике или динамике,о геометрической организации (в случае применимости), пути или направленииследования, законе, по которому формируются их маневры, отсутствует.Сенсорная информация сводится к измерению текущего расстояния до каждойиз целей, угловые данные недоступны.
Для робота цели анонимны:он неспособен их различать. Разработанный закон управления выводитробота на заданное среднеквадратичное расстояние от группы и, сохраняяэто значение, осуществляет дальнейшее сопровождение группы, постояннодвигаясь на заданной «крейсерской» скорости.
Данный факт обоснованрезультатом о нелокальной сходимости в условиях, которые представляют собойнезначительные, естественные и частично неизбежные усиления необходимыхусловий, охарактеризованных в предыдущем пункте. Сходимость имеетместо при условии адекватной настройки алгоритма управления; даныконструктивные рекомендации по такой настройке. Предложенное решениеосновано на методе скользящих режимов.6. Главные отличия от постановки предыдущей задачи заключаютсяв следующем:– необходимо окружить всех без исключения участников целевой группы;– требуется обеспечить окружение на близком расстоянии до группы,т.е.
робот должен поддерживать заданное (номинально малое)расстояние до ближайшей в текущий момент цели и долженпредварительно выйти на это расстояние из удаленной локации;26– рассматривается полноприводный мобильный робот на плоскости,смоделированный как интегратор первого порядка и управляемыйограниченным по норме вектором скорости.Как и в предыдущей задаче, рассматривается перемещающаяся по плоскостигруппа маневренных непредсказуемых скоростных целей. Априорнаяинформация о них, например, об их кинематике или динамике,о геометрической организации (в случае применимости), пути или направленииследования, законе, по которому формируются их маневры, отсутствует.Сенсорная система снабжает робота только неупорядоченным наборомрасстояний до целей, а угловая информация о целях недоступна.Доказана нелокальная сходимость разработанного алгоритма при условииадекватной настройки его параметров; даны конструктивные рекомендациипо такой настройке.
Предложенное решение не опирается на оценки каких-либопроизводных поля и разрывные законы управления, в отличие от решения,охарактеризованного в предыдущем пункте.Научная новизна:1. Разработан и обоснован теоремами о нелокальной сходимостии некластеризации новый алгоритм управления линейной скоростью,обеспечивающийдецентрализованноераспределениероботоввдоль изолинии неизвестного скалярного поля по измерениям каждымроботом значения поля в его текущей позиции и относительныхкоординат роботов-компаньонов в пределах конечной зоны видимости.2.
Разработан и обоснован теоремами о нелокальной сходимостии равномерном самораспределении новый алгоритм управлениялинейнойскоростью,обеспечивающийдецентрализованноераспределение роботов вдоль эквидистанты неизвестной областипо измерениям каждым роботом расстояния до областии относительных координат роботов-компаньонов в пределах конечнойзоны видимости.3.
Разработан метод -предельных распределений, предназначенныйдля исследования предельного внутригруппового поведения ансамблеймобильных роботов.274. Разработан механизм предотвращения боковой и продольнойкластеризации роботов при выведении их на общую изолиниюи представлено математически строгое обоснование некластеризации.5. Разработан и обоснован теоремами о нелокальной сходимостиновый алгоритм локализации и отслеживания изолинии неизвестногоскалярного нестационарного поля единичным роботом по измерениямзначения поля в текущей точке без использования оценок каких-либопроизводных поля и разрывных законов управления.6.
Разработана и обоснована новая парадигма отслеживания изолиний,отличная от общепринятого стремления развернуть вектор скоростиперпендикулярно градиенту поля.7. Установлены условия, необходимые для того, чтобы роботс ограниченным радиусом поворота и фиксированной линейнойскоростью движения был способен поддерживать заданноесреднеквадратичное расстояние до группы мобильных скоростныхцелей.8. Разработан и обоснован теоремами о нелокальной сходимости алгоритмуправления угловой скоростью неголономного робота, обеспечивающийлокализацию и сопровождение группы непредсказуемых скоростныхмобильных целей на заданном среднеквадратичном расстоянии наоснове измерения расстояний до целей.9.
Разработан и обоснован теоремами о нелокальной сходимости алгоритмуправления мобильным роботом, опирающийся на измерение толькорасстояний до целей и обеспечивающий локализацию и сопровождениегруппы непредсказуемых скоростных мобильных целей на заданномрасстоянии до ближайшей цели с обязательным окружениемвсей группы.10. Предложены математически строго обоснованные рекомендации понастройке параметров для всех разработанных алгоритмов управления.Практическаяитеоретическаязначимость.
Результатыдиссертации способствуют продвижению исследований в актуальныхнаправлениях мобильной робототехники, связанных с координацией движенияроботов с физическими полями, их самоорганизацией и координациейкак внутри группы, так и с внешними объектами, а также преодолевают28целый ряд существенных ограничений, типичных для теоретическихисследований в этой области. Теоретические исследования диссертации,касающиеся задачи окружения групп скоростных непредсказуемых целейпо данным о расстояниях до них, представлены впервые в мировой научнойлитературе.
Полученные результаты могут быть использованы при разработкепрактических робототехнических систем и комплексов.Mетодология и методы исследования. Для решения поставленныхзадач использовались классические методы теории устойчивости, методскользящих режимов управления и топологические подходы к обоснованиювозникновения скользящего режима в замкнутой системе.Основные положения, выносимые на защиту:1.
Децентрализованный алгоритм управления линейными скоростяминеголономных роботов с целью распределения ансамбля роботоввдоль изолинии неизвестного скалярного стационарного поляв процессе локализации и отслеживания изолинии по измерениямкаждым роботом значения поля в его текущей позиции; условиянелокальной сходимости разработанного алгоритма и условиянекластеризации;доказательстворавномерногорапределенияансамбля роботов в случае, когда изолиния — окружность.2.
Децентрализованный алгоритм регулирования линейных скоростейнеголономных роботов с целью равномерного распределения ансамбляроботов по эквидистанте неизвестной области; условия нелокальнойсходимости разработанного алгоритма.3. Метод децентрализованного устранения боковой и продольнойкластеризации мобильных роботов.4. Метод -предельных распределений асимптотического исследованиявнутригруппового поведения многоагентных систем.5.
Метод управления угловой скоростью неголономного робота с цельюлокализации и сопровождения группы непредсказуемых скоростныхмобильных целей на заданном среднеквадратичном расстоянии от нихна основе измерения расстояний до целей; условия нелокальнойсходимости разработанного метода.6. Метод локализации и отслеживания изолинии неизвестного скалярногонестационарного поля по измерениям значения поля в текущей точке29без использования производных поля и разрывных законов управления;обоснование разработанного метода теоремами о нелокальнойсходимости.7. Метод управления мобильным роботом с целью локализациии сопровождения группы непредсказуемых скоростных мобильныхцелей на заданном расстоянии до ближайшей цели с динамическимокружением всей группы на основании измерения только расстоянийдо целей; условия нелокальной сходимости разработанного метода.Достоверность изложенных в диссертации теоретических результатовобеспечена их строгими математическими доказательствами и подтвержденарезультатами компьютерного моделирования1 .Апробация работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
