НИУ ИТМО
Каф. Систем управления и информатики
Вопросы
к Государственному экзамену по направлению подготовки
15.04.06 ( 221000.68 ) – Мехатроника и робототехника.
2015 – 2016 учебный год.
Раздел 1. Адаптивное и робастное управление нелинейными системами
Консультант проф.
1. Дифференциальные уравнения с разрывной правой частью и скользящие режимы
2. Физические и аксиоматические методы определения движений на скользящих режимах
3. Скользящие режимы и нуль-динамика, связь с теоремой о пассификации
4. Реальные» скользящие режимы, физический смысл эквивалентного управления
5. Скользящие режимы в системах управления, робастные свойства систем со скользящими режимами.
6. Использование систем с переменной структурой для синтеза инвариантных нелинейных систем управления
7. Условие согласованности в системах с переменной структурой
8. Использование метода гармонической линеаризации для исследования слияния дополнительной инерционности на скользящий режим (пример).
9. Условия устойчивости и возникновения скользящего режима.
10. Рекомендации по выбору поверхности скольжения в системах с переменной структурой.
Раздел 2. Интеллектуальное управление в условиях неопределенностей.
Консультант проф.
1. Аппарат функций траекторной чувствительности. Модели траекторной чувствительности непрерывных объектов.
2. Использование модели траекторной чувствительности непрерывных объектов управления для априорного ранжирования варьируемых параметров. Пример.
3. Алгоритм оценки вариаций показателей качества систем в переходном режиме с помощью функций траекторной чувствительности.
4. Алгоритм оценки вариаций показателей качества систем в установившемся режиме с помощью функций траекторной чувствительности.
5. Оценка наихудшего сочетания варьируемых параметров с помощью матрицы ФТЧ.
6. Построение модели траекторной чувствительности дискретных объектов управления. Пример.
7. Построение модели траекторной чувствительности дискретных систем управления. Пример.
8. Алгоритм оценки вариаций показателей качества дискретных систем с помощью функций траекторной чувствительности при вариации интервала дискретности.
9. Функции чувствительности собственных значений матрицы и алгоритм их вычисления. Пример.
10. .Интегральная оценка параметрической чувствительности собственных значений линейной алгебраической задачи с помощью числа обусловленности матрицы диагонализирующего преобразования. Пример.
11. Сингулярное разложение матриц. Вычисление компонентов сингулярного разложения: сингулярных чисел матрицы, элементов левого и правого сингулярных базисов матрицы. Пример.
12. Функции чувствительности сингулярных чисел и алгоритм их вычисления. Пример.
13. Конструирование переходных матриц по состоянию и выходу для многомерных непрерывных систем управления.
14. Алгоритм построение мажорант и минорант переходных функций по состоянию и выходу для многомерных непрерывных систем управления на спектре сингулярных чисел переходных матриц.
15. Алгоритм оценки чувствительности мажорант и минорант переходных функций многомерных систем с помощью аппарата функций чувствительности сингулярных чисел.
16. Алгоритм вычисления глобальных мажоранты и миноранты переходных функций по состоянию и выходу для многомерных непрерывных систем управления с заданными пределами вариаций параметров.
17. Алгоритм вычисления матриц дисперсий по состоянию, выходу и ошибки при стохастическом воздействии типа «окрашенный шум» непрерывных систем.
18. Алгоритм вычисления минорант и мажорант дисперсий по состоянию, выходу и ошибки непрерывных систем.
19. Параметрическая инвариантность выхода непрерывных систем относительно неопределенности задания матричных компонентов модельного представления непрерывного ОУ, условия ее достижимости.
20. Синтез параметрически инвариантных систем методом обобщенного модального управления.
21. Синтез систем с заданной оценкой относительной неопределенности матричных компонентов методом модального управления.
22. Системы с интервальными параметрами. Метод контроля робастной устойчивости интервальных характеристических полиномов.
23. Синтез систем с гарантированной интервальностью показателей качества методом модального управления
24. Косвенное адаптивное управление или идентификационный подход.
25. Прямое адаптивное управление или безидентификационный подход.
26. Принципы построения систем адаптивного управления: этапы синтеза адаптивных систем.
27. Принципы построения систем адаптивного управления: базовые структуры алгоритмов адаптации.
28. Нелинейное робастное управление многомерным объектом: постановка задачи и синтез регулятора.
Раздел 3. Динамика робототехнических систем
Консультант проф. Тертычный-
1. Система материальных точек. Голономные связи. Уравнения движения.
2. Структурная матрица Якоби.
3. Уравнения движения в опорных координатах.
4. Аксиома идеальности связей.
5. Уравнения движения в обобщенных координатах (уравнения движения Лагранжа 2-го рода).
6. Случай реономных связей.
7. Система твердых тел со связями. Уравнения движения.
8. Выражение кинетической энергии по формуле Кенига.
9. Уравнения движения в опорных координатах.
10. Уравнения движения в обобщенных координатах (уравнения Лагранжа 2-го рода).
11. Плоский трехзвенный манипулятор. Уравнения движения в опорных координатах.
12. Уравнения движения в обобщенных координатах (уравнения Лагранжа 2-го рода).
Раздел 4. Цифровые системы управления
Консультант проф.
1. Обобщенная функциональная схема системы с цифровым управлением.
2. Проектирование динамического регулятора с устройством оценки полной размерности.
3. Принципы построения регуляторов для цифровых систем.
4. Построение цифровых регуляторов со встроенной моделью.
5. Дискретизация процессов и моделей объектов управления на
основе амплитудно-импульсной модуляции.
6. Синтез цифрового интегрального регулятора для систем с одним входом и выходом.
7. Построение модели объекта управления с элементом амплитудно-
импульсной модуляции и непрерывной линейной частью.
8. Решение задачи модального управление на основе принципа эталонной модели.
9. Построение моделей внешних воздействий.
10. Проектирование динамического цифрового регулятора с устройством оценки пониженной размерности.
11. Дискретное преобразование Лапласа и основные его свойства.
12. Передаточные функции цифровых объектов и замкнутых систем.
13. Построение цифрового динамического регулятора с устройством оценки полной размерности.
14. Классические виды устойчивости цифровых систем.
15. Качественная экспоненциальная устойчивость цифровых систем.
16. Проектирование цифрового интегрального регулятора для систем с одним входом и выходом.
17. Метод Ляпунова для анализа свойства устойчивости цифровых систем.
18. Решение задачи модального управление на основе принципа эталонной модели.
19. Необходимые и достаточные корневые условия устойчивости цифровых систем.
20. Проектирование цифровых регуляторов со встроенной моделью.
21. Анализ переходной и установившихся составляющих динамических процессов цифровых систем при внешних воздействиях.
22. Принципы построения цифровых динамических регуляторов.
23. Уравнения Ляпунова для исследования различных видов устойчивости цифровых систем.
24. Формирование моделей внешних воздействий.
25. Матричные коэффициенты ошибок.
26. Проектирование цифровых регуляторов со встроенной моделью.
27. Построение регуляторов для цифровых систем стабилизации на основе принципа Беллмана.
28. Формы задания уравнений движения цифрового объекта (системы) в виде разностных уравнений.
29. Основы и постановка задачи модального управления цифровыми объектами.
30. Дискретизация процессов и моделей объектов управления на
основе амплитудно-импульсной модуляции.
31. Задача модального управления.
32. Необходимые и достаточные корневые условия устойчивости цифровых систем.
33. Проектирование устройств оценки пониженной размерности.
34. Построение модели объекта управления с элементом амплитудно-
импульсной модуляции и непрерывной линейной частью.
Раздел 5. Бесконтактные средства локальной ориентации роботов
Консультант доц.
1. Пассивные системы навигации роботов
2. Активные системы навигации роботов.
3. Проблемы применения алгоритмов, используемых в компьютерных играх, в задачах навигации в физической среде.
4. Использование карт в задаче навигации роботов. Динамическое составление карт местности и их модификация.
5. Математическая модель робота с двумя приводными и одним рояльным
Колесами
6. Датчики скорости вращения и положения колес
7. Датчик угла поворота робота.
8. Математическая модель робота с двумя приводными и одним рояльным
 |
колесами, оснащенного системой ориентации.
9. Датчики обстановки (ультразвуковые, радарные и оптические дальномеры, системы технического зрения).
10. Разделение каналов управления роботом с двумя приводными и одним рояльным колесами.
11. Системы технического зрения. Видеокамера как угломерный прибор. Глубина резкости, мнимое и действительное изображение.
12. Задача следования по линии. Метод наименьших квадратов в задаче определения параметров траектории движения.
13. Стереовидение в задаче локальной ориентации.
14. Формирование задающих воздействий для системы управления роботом на основе траектории, заданной в пространстве. Параметризация функции
Временем
15. Оптическая дальномерия на основе триангуляции.
16. Линеаризация динамической модели изменения экранных координат изображения препятствия при движении робота с заданными поступательной и угловой скоростями.
17. Датчик положения линии на основе теневого фотоэлектрического прибора
18. Одномерные и двухмерные скан-коды и их применение в задаче локальной оиентации роботов
19. Перспективная проекция. Искажение объектов на изображении в перспективной проекции.
20. Устранение искажения изображения перспективной проекцией. Условия осуществления и необходимые входные величины.
21. Применение структуированной подсветки в задаче ориентирования на местности.
22. Текстура поверхности. Задачи ориентации, связанные с анализом текстуры поверхностей.
23. Выделение текстур с помощью процедур фильтрации.
24. Модель следящего оптического локатора с нелинейностью в общем тракте.
25. Алгоритм SLAM
Литература
1. , , Ушаков робастного и адаптивного управления нелинейными объектами в приборостроении. –СПб: НИУ ИТМО, 2013.
2. Электронно-библиотечная система. Издательство «Лань» [Электронный ресурс] Первозванский теории автоматического управления. - Лань, 2010. - Режим доступа: http://e. /books/element. php? pl1_cid=25&pl1_id=301
3. Тертычный-Даури робототехнических систем / Уч. пособие. - СПб.: НИУ ИТМО, 2012. - 128 с.
4. , , Сергеев теория систем управления. Учебное пособие. 2009,- 264 с
5. , , Ушаков управление в условиях неопределенности. СПб.: СПбГУИТМО, 2011.
6. , , Ушаков основы современной теории управления: аппарат метода пространства состояний: учебное пособие. / Под ред. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. – 323 с.
7. Юревич робототехники /Учебное пособие. – 3-е изд. – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 368 с.
8. , ,
Цифровые системы управления.- Учебное пособие – СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. – 133 с.
