Введение 4
1. Обзор литературы 6
1.1. Групповое взаимодействия морских беспилотников ... 6
1.2. Механика надводного судна 9
2. Постановка задачи 12
3. Теоретическая часть 13
3.1. Математическая модель 13
3.2. Управление надводным беспилотным роботом 18
3.3. Задача перехвата для неподвижной цели 19
3.4. Задача перехвата для движущейся цели 23
4. Экспериментальная часть 26
4.1. Управление судном 26
4.2. Моделирование задачи перехвата неподвижной цели ... 27
4.3. Моделирование задачи перехвата движущийся цели . . . 32
Заключение 36
Список литературы 37
В последнее время стремительно возрастает интерес к использованию беспилотников, которые всё чаще находят применение в доставке, разведке, поисковых и военных операциях. Беспилотники активно применяются на море. При разработке таких беспилотников необходимо максимально возможно учесть динамику движения тела, рассмотреть всевозможные силы и моменты, действующие на робота. Для морских роботов необходимо учесть гидродинамические эффекты взаимодействия жидкости с твердым телом: присоединенную массу, сопротивление воды и т.д. В случае морских беспилотников задача осложняется тем, что морские суда являются неполноприводными механическими системами, то есть число управляющих воздействий меньше числа степеней свободы. Для таких систем нужно исследовать внутреннюю динамику и её устойчивость, что порой значительно осложняет задачу и мешает маневрированию [1].
В то же время существует потребность в создании автономных роботов, т.е. выполняющих поставленную задачу без участия человека. Для таких беспилотников не только необходимо максимально полно учесть динамику, но и разработать алгоритмы выполнения поставленной задачи: следования пути, перехвата цели и так далее. Необходимо не только придумать алгоритм для маневрирования аппарата, но и подобрать подходящий закон управления для возникновения необходимых динамических усилий, требуемых для осуществления маневра [2].
Беспилотные аппараты зачастую достаточно дёшевы в производстве, а благодаря развитию миниатюрных компьютеров, встраиваемых в беспилотники и позволяющих реализовывать сложные децентрализованные мультиагентные алгоритмы управления, появляется возможность использовать беспилотники в качестве агентов в задаче управления группой беспилотников. Возникает задача разработки группового управления множеством роботов, что позволяет расширить класс решаемых задач и повысить эффективность выполнения. Так называемые мультиагентные технологии становятся все популярнее, с каждым годом растёт число статей, посвящённых данной теме. Мультиагентные системы показывают хорошую эффективность, зачастую они менее подвержены помехам, прерываниям связи, задержкам в передаче сообщений и так далее. Такие алгоритмы имеют свои безусловные преимущества, что даёт значительную гибкость в использовании групп роботов [3]. В то время, значительная часть имеющихся результатов носят пока теоретический характер [4]. Однако новые возможности открывают также новые сложности, которые необходимо преодолевать — необходимо создавать алгоритмы с учетом информационных ограничений, что представляет значительный интерес в современных проблемах кибернетики [5].
Россия омывается 13 морями и имеет необходимость в охране, исследовании и выполнении спасательных операциях в своих территориальных владениях, с такими задачи могут справляться морские беспилотники. В таких условиях разработка алгоритма автономного управления группой морских роботов в задаче перехвата приобретает актуальность. При этом на данный момент существует мало статей, применяющих мультиагентные алгоритмы с подробной механикой движения морских судов.
В рамках выпускной работы магистра была изучена задача перехвата группой надводных беспилотников. В литературе представлены алгоритмы перехвата для агентов без ограничений на движение, или, при реализации алгоритмов для морских беспилотников, использовалась линейная динамика, адекватно отражающая динамику судна лишь на малых скоростях. В ходе проделанной работе получены следующие результаты:
1. Описан реализация комплекс программ.
2. Изучена механика движения надводного судна и выбрана нелинейная динамическая модель, а также выбран закон управления судном для данной модели. В рассматриваемых алгоритмах далее использована выбранная модель.
3. Реализован алгоритм перехвата и окружения статической цели группой роботов.
4. Создан и реализован алгоритм сближения группы роботов с целью.
5. Представлен закон управления для решения задачи перехвата и окружения движущейся цели.
Результаты моделирования подтвердили применимость представленных алгоритмов. В качестве развития темы видится исследование задачи при условии движущейся цели с неизвестной скоростью, исследование устойчивости алгоритма при наличии помех, а также создание экспериментальных образцов для испытаний алгоритмов в реальных условиях.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
