Разработка методов исследования и построения иерархических систем децентрализованного интеллектуального управления группами автономных поисково-обследовательских роботов в условиях неопределенности.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-11-00053

НазваниеРазработка методов исследования и построения иерархических систем децентрализованного интеллектуального управления группами автономных поисково-обследовательских роботов в условиях неопределенности.

Руководитель Бычков Игорь Вячеславович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт динамики систем и теории управления имени В.М. Матросова Сибирского отделения Российской академии наук , Иркутская обл

Конкурс №11 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» (11)

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-520 - Интеллектуальные технологии для робототехнических и мехатронных систем

Ключевые слова мультиагентные системы, формация, вектор-функция Ляпунова, метод редукции, логическое исчисление позитивно-образованных формул, автоматическое доказательство теорем, дискретно-событийные системы, супервизорное управление, групповая маршрутизация.

Код ГРНТИ28.23.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Практические потребности создания систем навигации и управления группировками автономных подводных роботов расширяют и усложняют возлагаемые на них функциональные задачи и повышают требования к динамическим характеристикам создаваемых систем, к степени автономности и интеллектуальности управления в условиях как возможной изменчивости структуры и состава компонент системы, так и возможной децентрализованности управления в условиях недетерминированной и неизвестной внешней среды. При этом становятся актуальными новые подходы к организации управления как отдельных АПР, так и групп взаимодействующих роботов, так как в этой ситуации невозможно заранее описать все действия робота (т.е. использовать обычные программные управления). Здесь требуется создание развитой (интеллектуальной) информационно-управляющей системы (ИУС) для формирования достаточно сложных поведений группы АПР. Как правило, в этом случае используется иерархическая (трехуровневая) структура систем управления. В проекте для каждого уровня управления планируется использовать и исследовать соответствующие модели функционирования. Для уровня символьной обработки информации – это логические исчисления позитивно-образованных формул (ПО-формул) и дискретно-событийные системы, для уровня планировщика – гибридные эволюционные модели, а для исполнительного – непрерывно-дискретные модели. Актуальность проблемы группового управления автономными подвижными объектами (роботами) подтверждается большим числом исследований, проводимых в странах Западной Европы, США, Японии, Китая и России. Общепризнанно, что одним из главных направлений развития Российской Федерации и других высокотехнологичных стран, имеющих выход в море, в третьем тысячелетии является освоение пространств и ресурсов Мирового океана, в частности, Арктики. Актуальность этого направления определена в «Концепции развития глубоководных сил и средств Российской Федерации на период до 2021 года». Значительная роль здесь отводится автономным подводным роботам (АПР) поисково-обследовательского класса с длительным временем автономного функционирования, которые являются наиболее безопасным и эффективным средством подводных исследований, в силу отсутствия на борту АПР человека. Анализ результатов исследований показывает, что в настоящее время отсутствуют достаточно общие подходы к решению проблемы группового управления автономными роботами при их функционировании в заранее неизвестной и недетерминированной среде. Управление группой роботов с целью их эффективного взаимодействия является комплексной проблемой. С одной стороны, требуется разработка методов и алгоритмов управления взаимосвязанными действиями отдельных роботов, направленными на достижение общей цели, а с другой стороны, разработка методов и средств реализации этих действий роботами группы в реальном времени и с учетом изменчивости внешней среды. Исследования проекта направлены на решение фундаментальных проблем интеллектуального управления группами автономных подводных роботов на основе: - исследования и разработки оригинальных способов управления логическим выводом в методе опровержения позитивно-образованных формул (ПО-формул) путем автоматической настройки стратегий и задания эвристик вывода на верхнем уровне управления мультиагентной системой для задач обследования и охраны акватории группами АПР; - развития методов децентрализованного управления дискретно-событийными системами, а также решения задач диагностики в распределенной среде; разработки в рамках теории супервизорного управления новых алгоритмов формирования глобального управления на основе локальных решений с использованием логического вывода; - разработки нового онлайн-подхода к решению задачи патрулирования и охраны пространственных областей группой роботов с максимальным покрытием на основе эволюционных алгоритмов; - развития конструктивных методов строго анализа и синтеза нелинейных цифровых систем управления на основе векторных функций Ляпунова. Указанные направления исследований в проекте, как следует из анализа публикаций, согласуются с основными мировыми тенденциями развития интеллектуальных систем управления коллективами автономных роботов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Давыдов А.В. Logic level of control for robot groups using the method of positively constructed formulas 2018 41st International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), pp. 0979-0983 (год публикации - 2018)
10.23919/MIPRO.2018.8400179

2. Давыдов А.В., Ларионов А.А., Нагул Н.В. A first-order logic based approach to problems of decentralized supervisory control of DES AIP Conference Proceedings, V. 2046, p. 020021 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5081541

3. Давыдов А.В., Ларионов А.А., Нагул Н.В. The formal logic approach for checking the observability of a specification language on DES functioning 2018 41st International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), p.938-943 (год публикации - 2018)
10.23919/MIPRO.2018.8400172

4. Нагул Н.В., Давыдов А.В. On checking properties of decentralized controlled discrete-event systems AIP Conference Proceedings, V. 2046, pp. 020022 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5081542

5. Бычков И.В., Кензин М.Ю., Максимкин Н.Н. Task allocation and path planning for network of autonomous underwater vehicles International Journal of Computer Networks & Communications (IJCNC), Vol.10, No.2, P. 33-42 (год публикации - 2018)
10.5121/ijcnc.2018.10204

6. Бычков И.В., Давыдов А.В., Нагул Н.В., Ульянов С.А. Hybrid Control Approach to Multi-AUV System in a Surveillance Mission Information Technology in Industry, Vol. 6 (год публикации - 2018)

7. Бычков И.В., Давыдов А.В., Нагул Н.В., Ульянов С.А. Событийный подход к многорежимному управлению группировкой подводных роботов в обследовательской миссии Вычислительные технологии, Т. 23, № 2. С. 3-19 (год публикации - 2018)

8. Кензин М.Ю., Бычков И.В., Максимкин Н.Н. An evolutionary approach to route the heterogeneous groups of underwater robots Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), 2017 40th International Convention on (год публикации - 2017)
10.23919/MIPRO.2017.7973591

9. Ульянов С.А., Максимкин Н.Н. Stabilization of Multi-AUV formation with digital control 39th International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics, MIPRO 2016 - Proceedings, pp. 1108-1113 (год публикации - 2016)
10.1109/MIPRO.2016.7522306

10. Нагул Н.В. Сохранение свойства безотказности супервизора для дискретно-событийной системы. Труды XI международной Четаевской конференции "Аналитическая механика, устойчивость и управление", Т. 2. Секция 2. Устойчивость. С. 176-185. (год публикации - 2017)

11. Кензин М.Ю., Бычков И.В., Максимкин Н.Н. Гибридный эволюционный подход к маршрутизации гетерогенной группы подводных роботов Труды XI международной Четаевской конференции «Аналитическая механика, устойчивость и управление. Том 1» (год публикации - 2017)

12. Ульянов С.А., Максимкин Н.Н. Software toolbox for analysis and design of nonlinear control systems and its application to multi-AUV path-following control Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), 2017 40th International Convention on, C. 1223-1228 (год публикации - 2017)
10.23919/MIPRO.2017.7973576

13. Бычков И.В., Давыдов А.В., Кензин М.Ю., Максимкин Н.Н., Нагул Н.В., Ульянов С.А. Intelligent control of autonomous underwater vehicles groups Proceedings of the 3rd International Conference on Control, Automation and Robotics (ICCAR), C. 180-183 (год публикации - 2017)
10.1109/ICCAR.2017.7942682

14. Нагул Н.В. On the properties of discrete-event systems with observable states Proc. of the 40th Intern. Convention MIPRO, 2017. CIS - Intelligent Systems., P. 1367-1372 (год публикации - 2017)
10.23919/MIPRO.2017.7973598

15. Давыдов А.В., Ларионов А.А., Нагул Н.В. The formal description of discrete-event systems using positively constructed formulas Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO), 2017 40th International Convention on, C. 1161-1165 (год публикации - 2017)
10.23919/MIPRO.2017.7973599

16. Давыдов А.В., Ларионов А.А., Черкашин Е.А. Positive constructed formulas preprocessing for automatic deduction 39th International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics, MIPRO 2016 - Proceedings, pp. 1578-1582 (год публикации - 2016)
10.1109/MIPRO.2016.7522341

17. Нагул Н.В. Logical-algebraic equations application in discrete-event systems studying 39th International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics, MIPRO 2016 - Proceedings, pp. 1566-1571 (год публикации - 2016)
10.1109/MIPRO.2016.7522339

18. Нагул Н.В., Бычков И.В. On the problem of discrete-event systems properties preservation AIP Conference Proceedings, 1798(1). P. 020107-1 - 020107-10. (год публикации - 2017)
10.1063/1.4972699

19. Кензин М.Ю., Бычков И.В., Максимкин Н.Н. A hybrid approach to solve the dynamic patrol routing problem for group of underwater robots 39th International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics, MIPRO 2016 - Proceedings, pp. 1114-1119 (год публикации - 2016)
10.1109/MIPRO.2016.7522307

20. Васильев С.Н., Ульянов С.А., Максимкин Н.Н. A VLF-based technique in applications to digital control of nonlinear hybrid multirate systems AIP Conference Proceedings, Т. 1798, С. 020170-1–020170-10 (год публикации - 2017)
10.1063/1.4972762

Публикации