Диссертация (1149252), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Основные положения диссертационной работыдокладывались на семинарах кафедры теоретической кибернетикиСанкт-Петербургского государственного университета и на следующихмеждународных конференциях:– 6-ой международный конгресс IEEE2 по ультрасовременнымтелекоммуникациям и системам управления (Санкт-Петербург, 2014);– 10-аяАзиатскаяконференцияпопроблемамуправления(Малайзия, 2015), доклад удостоен второго места в конкурсе на лучшуюработу конференции;– 1-ая конференция IFAC3 по проблемам моделирования, идентификациии управления нелинейными системами (Санкт-Петербург, 2015);– 35-ая Китайская конференция по проблемам управления (Китай, 2016).Часть результатов диссертации получена в ходе работ по грантам СПбГУ(проект № 6.38.230.2015), РНФ (проект № 14-29-00142) и АвстралийскогоСовета по науке (the Australian Research Council) и поддержана стипендиейПравительства РФ на 2016–2017 учебный год.Публикации.
Основные результаты по теме диссертации изложеныв восьми работах [136–143]. Из них пять работ [136–140] опубликованыв научных периодических изданиях, индексируемых Scopus и Web of Science,1Наглядные результаты компьютерного моделирования в виде анимации, а также видеозаписиэкспериментов с реальными роботами доступны по ссылке http://goo.gl/kE0vzB2Institute of Electrical and Electronic Ingineers — институт инженеров электротехники и электроники,одно из крупнейших международных профессиональных сообществ, объединяющее научные и инженерныекадры в широком спектре областей, включая теорию управления и робототехнику.3International Federation of Automatic Control — международная федерация по автоматическомууправлению.30и три работы [141–143] — в сборниках трудов ежегодных международныхконференций; последние три работы также проиндексированы системой Scopus.В работах [136; 137; 139; 141] диссертанту принадлежат результатыи специальные методы, касающиеся внутригрупповых отношенийв многоагентной системе, а именно, касающиеся управления линейнойскоростью с целью эффективного распределения роботов вдоль целевойструктуры, в частности, предотвращения кластеризации; соавторампринадлежит разработка регулятора угловой скорости, обеспечивающегоиндивидуальное выведение каждого робота группы на целевую структуру,а также выбор общего направления исследований, техническая постановказадач и общие рекомендации по выбору методов.В работах [138; 140; 142; 143] диссертанту принадлежит разработкаалгоритмов управления, доказательство ключевых результатов и реализациякомпьютерного моделирования; соавторам принадлежит выбор общегонаправления исследований, техническая постановка задач и рекомендациипо выбору методов.Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения и одного приложения. Полный объём диссертации составляет221 страницу, включая 56 рисунков и 6 таблиц. Список литературы содержит168 наименований.Нумерация рисунков, таблиц и формул — двойная и осуществляетсяв пределах главы: сначала указан номер главы, затем — номер объектав пределах данной главы (приложение А интерпретируется как главас номером A). Например, рисунок 1.2 — это второй рисунок из главы 1.Нумерация предположений, теорем, лемм, утверждений, следствийи замечаний — тройная и осуществляется в пределах параграфа. Например,предположение 1.4.1 — это первое предположение, сформулированноев параграфе 1.4.31Глава 1.
Кооперативное отслеживание изолиниинеизвестного скалярного поля группой неголономных роботовВ данной главе рассматривается задача отслеживания изолиниинеизвестного скалярного поля группой мобильных роботов. Каждый роботуправляется угловой и линейной скоростью, выбор которых ограничензаданными конечными интервалами. Алгоритм управления полностьюдецентрализован: роботы не используют обмен данными друг с другом,каждый из них вырабатывает управление самостоятельно, опираясь толькона доступные сенсорные данные, при этом общее число роботов ему неизвестно.С точностью до технических предположений, поле произвольно.
Каждыйробот измеряет значение поля в своей текущей локации, а также определяетотносительные координаты и ориентацию роботов-компаньонов в пределахзаданной конечной зоны видимости. Роботы анонимны: они не способнызаметить «замену» одного робота другим с тем же положением (и ориентацией).Требуется вывести группу роботов на априори неизвестную изолиниюс заданным значением поля, обеспечить последующее устойчивое отслеживаниеизолинии группой и предотвратить возможную неэффективную кластеризациюроботов, а в идеале — обеспечить их «почти» равномерное распределение.Распределение роботов вдоль изолинии осложняется тем, что эта криваянеизвестна, и поэтому задача определения расстояния до соседа вдольэтой кривой становится трудноразрешимой для каждого отдельного робота.Это обстоятельство, наряду с двумерным движением, является препятствиемдля применения известных алгоритмов самораспределения независимыхагентов вдоль одномерных геометрических структур (см.
например, [79; 110;166]). С другой стороны, оно свидетельствует о нереалистичности требованияравномерного распределения роботов вдоль кривой и мотивирует отказ от него.На защиту выносятся результаты, связанные с групповыми аспектамиалгоритмауправления:отсутствиестолкновений,предотвращениекластеризации и эффективное самораспределение роботов вдоль изолинии.Существенной проблемой, которую пришлось решать при разработкеи обосновании такого алгоритма, является необходимость устранениявозможности кластеризации за счет бокового схождения роботов друг32к другу по мере приближения к изолинии так, что в итоге группа роботовсходится к общей точке, движущейся по этой кривой. Этот феномен заведомоотсутствует в случае движения по одномерной геометрической структуре,относительно хорошо исследованном ранее.
Соответственно, потребовалосьпривлечение принципиально новых алгоритмических решений, частичнонавеянных правилами дорожного движения.В данной главе предложен алгоритм управления линейной скоростьюкаждого робота и при минимальных (и частично неизбежных) техническихпредположениях доказано, что он, не нарушая сходимости к изолинии,исключает столкновения между роботами и их кластеризацию.
В случае,когда целевая изолиния — окружность, доказано, что предложенныйрегулятор обеспечивает асимптотически равномерное распределение роботоввдоль изолинии. Теоретические выводы главы подтверждают результатыкомпьютерного моделирования и экспериментов с реальными роботами.1.1Отслеживание изолинии отдельным роботомПрежде, чем исследовать алгоритм управления линейной скоростьюдля эффективного распределения группы роботов вдоль изолинии, необходимообеспечить индивидуальное выведение каждого робота на требуемую изолиниюи ее устойчивое отслеживание. Для этого используем алгоритм управленияугловой скоростью, предложенный Овчинниковым К.С. в [137].Содержание параграфа 1.1 не выносится на защиту и представленодля удобства восприятия результатов, изложенных далее. Все доказательстваопущены, при необходимости с ними можно ознакомиться в [137].1.1.1Постановка задачи и закон управленияМобильный робот движется в плоскости со скоростью ().
Управлениероботом осуществляется путем изменения угловой скорости , которая33по абсолютной величине ограничена сверху константой > 0. Временнойпрофиль скорости () может меняться «на лету» по неизвестному закону,при этом скорость ограничена известными константами ≥ > 0. В моментвремени роботу доступно значение ().Кинематическая модель робота выглядит следующим образом:˙ = cos ,˙ = sin ˙ = () ∈ [−¯, ¯ ] , = () ∈ [ , ] .(1.1)Здесь и — декартовы координаты робота в абсолютной системе отсчета,а угол характеризует его ориентацию (см. рисунок 1.1). Движение роботаначинается в положении (0) = 0 , (0) = 0 , (0) = 0 .Рисунок 1.1 — Мобильный роботТакже на плоскости задано неизвестное скалярное поле () ∈ R, :=(,)⊤ (см. рисунок 1.2, где значение поля пропорционально интенсивностисерого цвета).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
