该实验室科学家的研究对象是线性和非线性动态系统自适应及鲁棒控制算法的分析与合成方法，旨在不确定性、延迟和干扰影响的条件下，实现对各种技术系统和过程的自动调节。工作人员还针对不同用途的机电一体化和机器人系统对所开发的方法进行测试。
项目名称： 鲁棒与自适应控制、通信及计算系统
项目目标： 在不确定性、延迟和外部干扰条件下，发展复杂技术系统的非线性、自适应和鲁棒控制方法。
研究成果的应用：
已获得实际应用的有：多谐波信号参数识别算法（用于解决导航数据过滤问题）、扰动条件下参数不确定对象的控制方法（用于解决船舶推力分配及动力定位问题）。
项目名称： 鲁棒与自适应控制、通信及计算系统
目标与任务
研究方向： 非线性、自适应与鲁棒控制项目目标： 在不确定性、延迟和外部干扰条件下，发展复杂技术系统的非线性、自适应和鲁棒控制方法。
其他成果
- 开发了以下计算机及机器人系统程序：灵敏度函数频率特性构建程序、通过手势、语音和表情控制移动机器人的程序、一阶和二阶线性动态系统过渡过程图形分析程序、Darwin-OP 机器人稳定程序、利用计算机视觉的 Darwin-OP 机器人运动控制程序、Pololu Dual VNH5019 驱动器控制程序、用于评估类人机器人在倾斜表面位置并实现稳定的 Surfer 程序、类人机器人角位置评估及各连杆质心坐标计算程序、旋翼飞行器分散控制程序。
- 开发了用于测试车辆悬架系统的试验台。
- 开发了用于双足机器人 Snowboarder 和 Snowboarder 2.1 站立姿态的鲁棒稳定系统。
- 开发了量化条件下的串联补偿器建模方案。
- 开发了水平和垂直移动的移动机器人、移动机器人以及机器人夹持器。
- 开发、软件实现并实验验证了用于站立平衡类人机器人的运动轨迹规划算法。
- 开发、软件实现并实验验证了基于计算机视觉系统数据的类人机器人运动轨迹构建算法。
科学成果
- 针对一类具有不确定性的线性扰动系统，开发了一种简单的自适应输出反馈控制算法。其主要优点在于结构简单：控制律仅包含一个可调参数且动态阶数较低，可确保闭环系统的鲁棒性，并使控制误差呈指数级收敛至接近零的水平。
- 开发了参数不确定条件下多输入多输出（MIMO）对象的自适应控制算法。对双通道系统进行了算法分析，提出了确保对象输出范数指数级收敛至零的控制律适用条件。针对不稳定双通道系统进行了计算机仿真，证实了所提算法的有效性。
- 构建了由四个节点组成的动态网络共识控制算法，其中每个节点由具有时滞和未知参数的非线性微分方程描述。该算法确保了网络的同步，并能以给定精度补偿不可控扰动。
- 基于串联补偿器方法，针对具有参数和结构不确定性的系统（仅已知受控对象的最大可能相对阶数的情况），合成了自适应鲁棒控制算法。为了演示该算法的运行，开发了一套利用计算机视觉系统控制移动机器人运动的程序。
- 开发了一种针对非线性系统的延迟补偿稳定算法，在存在偏移正弦干扰信号的条件下，确保闭环非线性系统的渐近稳定性。所构建的自适应方案能够确定外部干扰的频率和其他参数，并将其用于补偿回路。
- 发现了一种稳定具有大输入延迟、未知参数和干扰的不稳定线性系统的新方法。建议使用基于预测器的算法，以实现系统参数辨识及其稳定性。同时，分析了带有未知干扰估计与补偿的扩展问题。通过数值模拟验证了所提自适应控制方案的可行性和有效性。
- 提出了一种针对非线性MIMO（多输入多输出）系统的输出控制方法。例如，基于串联补偿器方法实现了对四旋翼飞行器的控制，该方法将数学模型分解为两部分：第一部分是静态MIMO变换（对象表示为与电机升力和虚拟控制输入相关的线性方程组），第二部分表示为若干个SISO（单输入单输出）通道。
- 提出了一种基于二进制自适应编码器，在通过数字通信通道跟踪运动目标时最小化数据流的方法。以跟踪运动无人机的轨迹为例，研究了通信通道负载（单位时间内传输的数据量）与跟踪精度之间的关系。
- 开发了一种基于路边传感器节点（包含加速度计和磁力计）测量值的行驶车辆速度评估系统。试验场测试结果表明，该方法具有较高的有效性，但要在普通道路上使用仍需进一步完善。
- 通过构建级联滤波器，解决了提高单频谐波信号频率辨识精度的问题。所提出的级联由根据辨识算法提供的频率估计值进行调整的自适应带通滤波器组成。研究了级联的稳定性，并通过李雅普诺夫函数分析证明了轨迹的有界性，同时确定了辨识算法的假设条件。
- 为振荡系统群体开发了相位调节器。所提出的方法基于孤立振荡器的相位响应曲线（PRC）模型（即针对沿极限环线性化的无穷小输入系统获得的简化一阶模型）。证明了对于原始非线性系统也能实现相位调节。
- 为固定式永磁同步电机提出了一种新型鲁棒、非线性、全局收敛的位置观测器。该调节器的关键特征是仅需已知定子电阻和电感，而机械参数和磁通量可以保持未知。得益于电机动力学的新型重新参数化，在电机正常运行期间，回归器仅对包括滤波电压和电流在内的两个参数进行估计。
- 为永磁同步电机提出了一类新型评估装置。通过使用电机动力学的新表示法和合适的滤波器，为两个重要问题提供了新解决方案：定子电阻和电感的估计，以及未知电气参数下的磁通估计。所有方案均不需要已知机械参数和磁通量。
- 开发了积分器链的有限时间控制方法。所提出的方法确保了针对外部干扰影响的有限时间稳定性和鲁棒性。
- 基于李雅普诺夫-拉祖米欣泛函，研究了具有多个平衡位置和时间延迟系统的输入状态稳定性（ISS）条件。展示了反馈通道延迟情况下稳定性的鲁棒性。
- 开发了一种在参数不确定性和外部有限扰动条件下对二阶显著非线性系统进行控制的算法。该算法基于反步法（backstepping）和辅助回路方法构建。与应用经典反步法相比，这确保了系统的稳定性。
- 获得了一种基于隐式李雅普诺夫函数法和齐次系统特性的改进有限时间控制算法。
- 分析了在压电驱动控制任务中解析构造串联补偿器时解决信号不确定性问题的算法，旨在验证其工作能力和有效性。
- 开发了一种利用所研制的位置观测器对隐极永磁同步电机进行无传感器控制算法的合成方法。将结合非线性观测器的控制系统与现代工业控制器进行了对比。证明了所提出的带有非线性观测器的无传感器控制器在电机低速和高速运行下均能显著改善闭环特性。
- 对存在因使用互联网作为通信通道而引起输入延迟条件下的多正弦信号自适应跟踪系统进行了测试，以验证其工作能力和有效性。
- 开发了非线性系统鲁棒控制算法，在控制通道存在延迟的情况下，该算法可确保闭环系统的所有轨迹收敛至紧集。在无延迟的情况下，保证闭环系统的有限稳定性。所得结果同样适用于变延迟和多重延迟的情况。
- 研究了具有谐波外部输入作用和参数不确定性的多通道系统输出调节问题。利用“鲁棒”最小相位特性研究了鲁棒稳定性问题。开发了一种基于经典内模法结合自适应调节回路的控制器，确保输出变量渐近收敛至平衡位置。对所开发的算法在水面船舶控制中进行了实验验证。
- 开发了一种能够从混沌信号中提取有用信息以评估系统参数的算法。此外，还创建了一种在模型参数完全不确定的条件下仅使用混沌系统输出信号的观测器。
- 开发了工业机器人运动路径规划算法。该算法基于圆弧逼近给定路径。该解决方案可减少参考点数量、缩减代码量和计算开销、提高操作质量，并简化复杂运动的编程过程。使用六轴旋转关节机械臂进行了实验研究。
- 开发了利用牛顿-拉夫逊迭代法评估太阳能电池未知参数的算法。
- 提出了一种基于P&O和INC方法在不同大气条件下识别光伏电源最大功率值的方法。
- 开发了一种利用动态回归扩展程序识别太阳能电池板参数的方法。
研究成果的应用：
已获得实际应用的有：多谐波信号参数识别算法（用于解决导航数据过滤问题）、扰动条件下参数不确定对象的控制方法（用于解决船舶推力分配及动力定位问题）。
教育与人才再培训
- 已创建并投入教学过程的4个硕士项目：“现代技术中的数字控制”（2014年）、“工业机器人技术”（2016年）、“非线性系统的自适应与鲁棒控制”（2017年）、“无传感器控制”（2018年），以及研究生层次的科研教学人才培养项目“控制系统合成的现代技术”（2015年）。
- 答辩成果：3篇博士论文、12篇副博士论文、25篇硕士毕业论文、8篇学士毕业论文。
- 出版教材《家居自动化智能控制系统设计：理论基础与实践》。
- 来自利兹大学（英国）、俄罗斯科学院特拉佩尼科夫控制问题研究所（俄罗斯）、阿斯特拉罕国立技术大学（俄罗斯）、俄罗斯国立古布金石油天然气大学（俄罗斯）、圣彼得堡彼得大帝理工大学（俄罗斯）的10名青年科学家、专家和教师在实验室完成了“自适应与非线性控制系统”课程的专业再培训/进修。
合作伙伴
俄罗斯科学院机械工程问题研究所（俄罗斯）、法国国家科学研究中心（法国）、瓦朗谢讷大学（法国）、法国国家信息与自动化研究所（法国）：开展联合科研活动、研究及学生交换项目。网站： https://control.ifmo.ru/
联系人： 阿列克谢·阿列克谢耶维奇·博布佐夫，教授，技术科学博士
地址： Kronverksky Prospekt, 49
电话：+7(812)233-40-19
电子邮件： bobtsov@mail.ifmo.ru
联系人： 阿列克谢·阿列克谢耶维奇·博布佐夫，教授，技术科学博士
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