«Введение в управление робототехническими системами»
Макаров Дмитрий, Михаил Дмитриев.
Аннотация
Курс тесно связан с рядом дисциплин образовательных программ ФКН и содержит основные понятия, алгоритмы, теоретические результаты для моделирования и управления непрерывных и дискретных динамических объектов, которые разбираются на классах робототехнических систем. Студенты, прослушавшие курс и сдавшие все контрольные мероприятия, приобретают следующие компетенции:
Умение работать в современных средах компьютерного моделирования робототехнических систем. Умение строить алгоритмы управления в условиях помех и неполного измерения состояния робототехнических систем. Умение строить оптимальные законы управления для динамических объектов.Студенты, овладевшие материалом курса, смогут применить полученные знания на предприятиях и фирмах, связанных с разработкой алгоритмического и программного обеспечения для робототехнических систем в различных областях и их эксплуатацией.
Зарубежный опыт
Feedback Control Systems (Department of Aeronautics and Astronautics at the Massachusetts Institute of Technology). Introduction to Robotics (Carnegie Mellon University).Отечественный опыт
Управление мехатронными и робототехническими системами (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики). Моделирование и исследование роботов и робототехнических систем (Московский государственный технический университет им. H. Э.Баумана).Программа практических занятий
Введение в вычислительную среду (Matlab, Maple или подобное). Решение задач по построению фундаментальных и переходных матриц систем ОДУ, передаточных функций. Примеры линеаризации нелинейных моделей робототехнических систем. Управляемость и наблюдаемость полученных линейных моделей. Принцип двойственности. Стабилизируемость и детектируемость ряда линейных моделей робототехнических систем. Решение линейно-квадратичных задач оптимального управления для ряда моделей робототехнических систем. Алгоритмы решения матричных уравнений Риккати. Алгоритмы решения краевой задачи для экстремалей Понтрягина. Примеры релейного управления для задач с ограничениями. Распространены линейные и нелинейные регуляторы. Коллоквиум. Управляемые линейные динамические системы с помехами. Примеры вычисления матриц ковариаций. Оптимизация обратной связи. Управляемые линейные динамические системы с помехами. Примеры построения фильтра Винера-Калмана для линейных моделей робототехнических систем. Введение в среду компьютерного моделирования робототехнических систем ROS (или подобную). Различные системы координат, угла Эйлера, кинематические соотношения на примере модели летательного аппарата. Примеры задач стабилизации летательных аппаратов. Коллоквиум.Возможные дополнительные практические занятия: задачи терминального управления, скользящие режимы.
Задания
1-2. Вычислительные эксперименты с заданными моделями, перед этим сдача теории.
3. Сложная задача без теории. Индивидуальное задание. Защита программ.
Программа лекций
1-2. Некоторые сведения из теории ОДУ
Устойчивость по Ляпунову. Управление линейными динамическими системами.5-6. Динамическое программирование.
Принцип максимума Понтрягина для непрерывных и дискретных задач оптимального управления.8-9. Управляемые линейные динамические системы с помехами.
Классы робототехнических систем. Коллоквиум.12-14. Моделирование движения роботов в пространстве.
Особенности реализации регуляторов в архитектуре интеллектуальной системы управления STRL.В конце – письменный экзамен
Важно: хотелось бы добавить идентификацию и методы ИИ в управлении (нейронные сети, нечеткие множества).
Студенты, овладевшие материалом курса, смогут применить полученные знания на предприятиях и фирмах в области создания и эксплуатации робототехнических систем в различных областях, а также связанных с разработкой соответствующего алгоритмического и программного обеспечения.
