Регистрация / Вход
Прислать материал

Геометрические методы планирования и управления движениями механических систем в условиях неопределенности и дефицита управляющих воздействий

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.5056
Организация
ИПМаш РАН
Руководитель работ
Ширяев Антон Станиславович
Продолжительность работ
2009 - 2010, 15 мес.
Бюджетные средства
3,8 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
20.07.2009 - 10.12.2009
В ходе выполнения первого этапа НИР сформирован коллектив исполнителей, в состав которого вошли 11 студентов, 5 аспирантов, 5 кандидатов физ.-мат. наук, 2 доктора техн. наук. Под руководством приглашенного специалиста (руководителя работ) коллектив ознакомился с новым направлением в теории управления механическими системами, развиваемым А.С.Ширяевым, и другими актуальными результатами по управлению системами с дефицитом управляющих воздействий. Проведено исследование метода планирования желаемых движений механических систем имеющих дефицит управляющих воздействий на основе метода виртуальных голономных связей. Рассмотрено применение метода на ряде модельных примеров.
Предложен метод трансверсальной линеаризации механических систем вдоль желаемой траектории, заданной с помощью виртуальных голономных ограничений. Исследованы условия применимости метода для систем, дефицит управлений в которых больше 1. На основе трансверсальной линеаризации разработан новый общий метод орбитальной стабилизации траекторий таких систем.
Рассмотрены вопросы управления движением шагающих механических систем, имеющих дефицит управляющих воздействий, на примерах четырехногого робота и биомеханической модели человека.
Предложен метод трансверсальной линеаризации, обеспечивающий орбитальную асимптотическую устойчивость движения неполноприводных систем вдоль допустимых траекторий.
Полученные результаты безусловно актуальны. Исследования развивают предложенный А.С.Ширяевым новый подход к планированию и стабилизации движений неполноприводных механических систем. Общий метод для решения задач стабилизации периодических движений механических систем с дефицитом управлений два и более, по-видимому, предложен впервые.
Полученные результаты закладывают основу для программной реализации алгоритмов управления системами рассматриваемого вида и экспериментального исследования управления такими системами. Результаты могут быть применены при создании шагающих роботов, а также при управлении экспериментальными мехатронными установками, используемыми в учебном процессе.
В соответствии с техническим заданием первого этапа, организована и проведена серия научных семинаров по тематике исследований (проведено 6 семинаров под руководством приглашенного исследователя и 7 семинаров по его работам). Научные семинары проведены в рамках запланированных работ по внедрению полученных результатов в образовательный процесс.
Заданные значения основных индикаторов достигнуты, ряд плановых показателей перевыполнен. Срок пребывания руководителя проекта А.С.Ширяева на территории РФ составил один месяц вместо двух в связи с болезнью, а также с задержкой продления российского паспорта в российском консульстве в Швеции. За это время А.С.Ширяев провел 6 семинаров вместо запланированного одного. Вместо запланированной зарплаты А.С.Ширяев получал суточные, вследствие чего достигнута экономия зарплатных средств. Количество студентов, принявших участие в работах в течение всего срока реализации НИР превышено почти втрое (на первом этапе запланировано 4 чел., привлечено 11 чел.), количество аспирантов, принявших участие в работах в течение всего срока реализации НИР также превышено (запланировано 4 чел., привлечено 5 чел.). Результаты исследований трех исполнителей НИР опубликованы в высокорейтинговых журналах (соответствующий запланированный показатель на первом этапе – 0).
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
Организован и проведен семинар руководителем проекта для студентов, аспирантов и научных сотрудников по теме работы. Разработаны новые вычислительные методы и алгоритмы для расчёта параметров регулятора в задачах достижения орбитальной устойчивости. Проведена программная реализация разработанных методов. Разработанные численные методы применены для исследования синтезированных замкнутых систем на чувствительность к параметрической неопределённости, к неровностям поверхности, к запаздыванию в управлении или измерении, к наличию шума и помех в измеряемых сигналах. Проведено исследование задач, требующих переопределения траектории движения при изменении цели или внезапном появлении препятствия.
Развернуть
3
01.07.2010 - 10.10.2010
3.1 Выполнение серии экспериментов на
модельных стендах: маятник Фуруты,
многомаятниковая установка, четырехногий
шагающий робот.
3.2 Анализ и систематизация результатов экспериментов.
3.3 Исследование возможности использования полученных теоретических и практических результатов для разработки методик анализа движения человеческого тела.
3.4 Доработка и усовершенствование
численных алгоритмов и пакетов программ полученных в ходе исследований.
3.5 Оптимизация разработанных технологий и методик.
3.6 Организация и проведение семинара по робототехнике и мехатронике для студентов и аспирантов.
3.7 Проведение патентных исследований.
3.8 Разработка программы внедрения
результатов НИР в образовательный
процесс.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.5 Проведение научных исследований коллективами под руководством приглашенных исследователей
Нелинейные методы и алгоритмы конструирования управляемых механических систем 1. О методах исследования систем, моделируемых функционально-дифференциальными уравнениями. 2. Устойчивость и стабилизация управляемых движений трёхроторного гиростата с полостями с вязкой жидкостью. 3. Математическое моделирование в задачах динамической устойчивости вязкоупругих элементов проточных каналов. 4. Исследование динамики и устойчивости чувствительных элементов датчиков давления. 5. Сложные модели трения в динамике систем твердых тел на плоскости. 6. Разработка методов управления нелинейными механическими системами. 7. Математическое моделирование управления нелинейной механической системы декомпозицией на системы с одной степенью свободы. 8. Численное прохождение точек бифуркации кривых. 9. Методы управления виртуальным колесным мобильным роботом. 10. Управление динамическими системами при неполном измерении. 11. Разработка основ для конструирования управляемых механических систем с релейным управлением.
Продолжительность работ
2011, 5 мес.
Бюджетные средства
1,7 млн
профинансировано
Тема
Разработка аппаратно-программного комплекса для определения и коррекции психофизиологического и функционального состояния человека-оператора методом аудиовизуального воздействия с применением динамически управляемого полупроводникового источника света.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 17 мес.
Бюджетные средства
7 млн
Количество заявок
4
Тема
Разработка программно-технических решений в области промышленного программного обеспечения для моделирования поведения элементов конструкций из современных материалов в экстремальных условиях при механических и немеханических воздействиях.
Продолжительность работ
2014 - 2016, 25 мес.
Бюджетные средства
29,4 млн
Количество заявок
7
Тема
Разработка измерительных методов и аппаратуры для диагностики механических свойств, геометрических параметров, нанотекстуры поверхности и напряженных состояний изделий, получаемых с использованием аддитивных технологий
Продолжительность работ
2017 - 2019, 26 мес.
Бюджетные средства
142 млн
Количество заявок
7
Тема
Разработка систем управления механикой движения робототехнических комплексов на основе контроля динамического равновесия.
Продолжительность работ
2014 - 2016, 25 мес.
Бюджетные средства
67,28 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка научно-технических решений и создание отечественной компонентной базы транспортных средств с автоматизированным управлением движением
Продолжительность работ
2017 - 2019, 26 мес.
Бюджетные средства
216 млн
Количество заявок
8