В связи с расширяющейся сферой использования подвижных объектов (ПО) сегодня наиболее актуальной проблемой становится их разработка в классе автономных систем. Основными характеристиками таких ПО являются высокая и независимая от внешних воздействий автономность, возможность самостоятельного поиска целей, повышенная дальность действия, простота и оперативность применения.

Повышение степени автономности требует учета ряда особенностей, связанных с построением математических моделей ПО и внешней среды и расширением функциональных возможностей систем управления ПО.

Во-первых, необходимо использование динамических моделей ПО и среды функционирования, адекватных во всем диапазоне функционирования, включая уравнения кинематики и динамики, исполнительных механизмов, модели взаимодействия со средой, сенсорной системы.

Во-вторых, повышение автономности ПО требует решения актуальных задач, связанных с их функционированием в неопределенных средах и требующих адаптации к изменению состояния внешней среды.

В третьих, при автономном функционировании требуется разработка систем управления ПО современными методами, обеспечивающими не только управление исполнительными механизмами и движением, но и автономное принятие решений, а также планирование действий.

Таким образом, базовой проблемой становится повышение автономности ПО, которая, очевидно, решается с использованием интеллектуальных технологий, применяемых на всех уровнях системы управления, включая:

— уровень целеполагания, обеспечивающий формирование целевых функций, критериев, оценку выполнимости задачи, взаимодействие со стратегическим уровнем управления и корректировку целей;

— уровень управления, навигации и связи единичного ПО;

— уровень исполнительных механизмов.

В данной монографии под интеллектуальными технологиями понимаются технологии, позволяющие реализовать такие присущие человеческому поведению функции, как адаптация к неопределенной среде, возможность оценивать и моделировать текущее состояние, выполнять функции целеполагания и планирования действий.

Траектория движения ПО в неопределенной среде с препятствиями требует от системы управления точной реализации сложных кривых. В этой связи к нижнему уровню управления ПО предъявляются повышенные требования с точки зрения класса решаемых задач. В монографии предлагается реализовать нижний уровень системы управления в классе позиционно-траекторных систем, которые позволяют отрабатывать траектории, задаваемые линейными и квадратичными формами внешних координат ПО. Данный класс траекторий позволяет обеспечить гладкое движение ПО в среде с препятствиями и с достаточно высокой точностью. Кроме того, линейные и квадратичные формы представляют удобный аппарат для формального согласования уровня планирования и нижнего исполнительного уровня.

Реализация нижних уровней систем управления ПО в классе интеллектуальных технологий, а также проектирование всех уровней управления в едином интеллектуальном базисе будут рассмотрены в по следующих работах. В данной монографии рассматривается уровень планирования, формирующий траектории движения ПО на плоскости при наличии стационарных препятствий.

В первой главе монографии даются основные сведения о позиционно-траекторном управлении, формулируются решаемые в данной монографии задачи, определяется объект управления, среда функционирования, тестовые сцены и общая структура системы управления. Даются основные определения. Сформулированы критерии качества, по которым оцениваются все рассматриваемые методы планирования траекторий.

Во второй главе рассматриваются методы планирования траекторий движения ПО на базе нейросетевых и нейроподобных структур. Представлены три метода, исследованные на тестовых сценах. Первый рассмотренный метод является реализацией планировщика в классическом нейросетевом базисе в классе алгоритмов без памяти. Далее указанный метод модифицируется с точки зрения реализации на нейроподобных структурах с использованием формальных нейронов со ступенчатыми функциями активации.

В третьей главе рассматриваются вопросы применения формализма нечеткой логики для решения задач планирования траекторий ПО. На основе данного формализма предлагается метод планирования движения ПО на плоскости, который исследуется на тестовых сценах.

В четвертой главе разработан метод планирования траекторий движения ПО на плоскости с использованием генетических алгоритмов поиска на двумерном графе. Предложен вариант метода с картографированием и без картографирования.

В пятой главе исследованы графоаналитические методы планирования траекторий, базирующиеся на искусственных потенциальных полях и диаграммах Вороного. Представлены шесть распространенных алгоритмов, базирующихся на методе потенциальных полей, а также два варианта применения диаграмм Вороного для планирования траекторий ПО — с картографированием и без картографирования. Кроме того, в главе приведен обзор способов учета ограничений, накладываемых на траекторию динамикой ПО.

В шестой главе развивается метод планирования траекторий движения ПО на плоскости на основе бионического подхода, использующего для обхода препятствий неустойчивые режимы. Исследуется базовый позиционно-траекторный алгоритм управления движением с использованием неустойчивых режимов. Предлагается гибридный алгоритм, использующий неустойчивые режимы и концепцию виртуальной целевой точки.

В заключении проводится сравнение всех рассмотренных в монографии методов по предлагаемому интегральному критерию качества.