Институт цифрового развития

Федеральная целевая программа (ФЦП)

«Разработка роботизированного беспилотного летательного аппарата
мультироторного типа с использованием бесплатформенной
инерциальной навигационной системы»

Институт цифрового развития СКФУ выполняет прикладные научные исследования в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» по теме: «Разработка роботизированного беспилотного летательного аппарата мультироторного типа с использованием бесплатформенной инерциальной навигационной системы», научный руководитель работ – заведующий кафедрой инфокоммуникаций Линец Геннадий Иванович (протокол от 26 ноября 2018 г. № 2018-14-000-0001-3.1 заседания Конкурсной комиссии). Проект рассчитан на три года (2018-2020 гг.) и на его выполнение Министерством образования и науки выделено 150 млн. рублей в виде субсидии.

В настоящее время интенсивно внедряются беспилотные летательные аппараты, где одним из основных средств навигации выступают инерциальные навигационные системы. При этом отсутствуют методики разработки роботизированного беспилотного летательного аппарата мультироторного типа с использованием бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Проект направлен на разработку конструкторских и программно-технических решений в области бесплатформенных инерциальных навигационных систем для роботизированных летательных аппаратов мультироторного типа.

Основная научно-техническая задача проекта

Основной научно-технической задачей проекта, является обеспечение точного определения искажения навигационного поля спутниковых навигационных систем и обеспечение заданного полета роботизированным беспилотным летательным аппаратом в условиях искаженного или полностью отсутствующего навигационного поля. Для реализации данной задачи определено 3 этапа.

1 этап. Исследование принципов реализации управления роботизированным беспилотным летательным аппаратом мультироторного типа.

2 этап. Создание методики разработки роботизированного беспилотного летательного аппарата мультироторного типа с использованием бесплатформенной инерциальной навигационной системы, включающей в себя исследование, разработку и программную реализацию:

алгоритмов компенсации ошибок определения скорости и определения истинного местоположения радиус вектора положения роботизированного беспилотного летательного аппарата;
алгоритма калибровок датчиков бесплатформенной инерциальной навигационной системы;
алгоритма управления роботизированным беспилотным летательным аппаратом в условиях отсутствия или искажения навигационного поля;
алгоритма обхода отказов элементов бесплатформенной инерциальной навигационной системы.

3 этап. Разработка следующих конструкторских решений:

конструкторские решения размещения, крепления и виброизоляции бесплатформенной инерциальной навигационной системы на роботизированном беспилотном летательном аппарате;
конструкторские решения по компоновке датчиков акселерометров, магнитометров, измерителей угловой скорости в блоке бесплатформенной инерциальной навигационной системы;
конструкторские решения по обеспечению тепловых режимов радиоэлектронных систем роботизированного беспилотного летательного аппарата;
конструкторские решения по обеспечению электромагнитной совместимости радиоэлектронных систем роботизированного беспилотного летательного аппарата.

На основе разработанной документации планируется провести разработку и изготовление составных частей экспериментального образца роботизированного беспилотного летательного аппарата.

Постановка и достижение указанной научно-технической задачи проекта обеспечат разработку роботизированного беспилотного летательного аппарата мультироторного типа с использованием бесплатформенной инерциальной навигационной системы и позволят повысить точность определения искажения навигационного поля спутниковых навигационных систем, что обеспечит заданный полет роботизированного беспилотного летательного аппарата в условиях искаженного или полностью отсутствующего навигационного поля.

«Разработка программно-аппаратного комплекса системы
управления на основе решения обратной задачи динамики и кинематики»

Институт цифрового развития СКФУ выполняет прикладные научные исследования в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» по теме: «Разработка программно-аппаратного комплекса системы управления на основе решения обратной задачи динамики и кинематики», научный руководитель работ – заведующий кафедрой прикладной математики и компьютерной безопасности Тебуева Фариза Биляловна (Соглашение о предоставлении субсидии от 26.09.2017 г. №14.575.21.0166). Проект рассчитан на три года (2017-2019 гг.) и на его выполнение Министерством образования и науки выделено 60 млн рублей в виде субсидии.

Проект направлен на разработку конструкторских и программно-технических решений в области создания программно-аппаратного комплекса системы управления антропоморфным манипулятором на основе решения обратных задач кинематики и динамики.

Целями проекта являются:

разработка способов решения прямой задачи кинематики для определения пространственного положения звеньев задающего устройства и обратной задачи кинематики для определения пространственного положения суставов руки оператора;
разработка алгоритмов построения пространственного положения суставов руки оператора на основе решения обратной задачи кинематики, прогнозирования оценки движения руки оператора и расчета углов поворота руки оператора на основе обобщенных координат задающего устройства копирующего типа в реальном масштабе времени;
разработка методики регистрации обобщенных координат руки оператора на основе значений углов поворота задающего устройства, определения взаимоположения плечевого (локтевого, лучезапястного) сустава оператора и аналогичных вращательных пар задающего устройства, расчета углов поворота руки оператора на основе обобщенных координат задающего устройства копирующего типа в реальном масштабе времени, решения обратной задачи динамики на основе прогнозной оценки движения руки оператора, формализованного описания объектов внешней среды для антропоморфного манипулятора;
разработка программно-технических решений по реализации методик расчета углов поворота руки оператора на основе обобщенных координат задающего устройства копирующего типа в реальном масштабе времени и решения обратной задачи динамики на основе прогнозной оценки движения руки оператора;
разработка конструкторских решений в области создания аппаратных составных частей регистрации углов относительного поворота звеньев экзоскелетного комплекса и создания контроллеров для управления электроприводами манипулятора, обеспечивающие движение с ускорениями, идентичными ускорениям частей руки человека.

Постановка и достижение указанных целей обеспечат разработку программно-аппаратного комплекса для управления движением звеньев антропоморфного манипулятора посредством экзоскелета и позволят повысить точность выполнения целевых заданий.

Научный проект, финансируемый РФФИ

«Разработка научно-методического аппарата построения систем управления качеством инфокоммуникационных услуг будущих сетей связи»
(договор № 19-07-00856\19 от 09.01.2019)

На кафедре инфокоммуникаций института цифрового развития СКФУ выполняется проект фундаментальных научных исследований «Разработка научно-методического аппарата построения систем управления качеством инфокоммуникационных услуг будущих сетей связи». Грант на реализацию научного проекта предоставлен Федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский фонд фундаментальных исследований» (РФФИ). Реализация проекта происходит в рамках работы научной школы «Распределенные процессно-ориентированные системы управления телекоммуникационными сетями и услугами».

Проект направлен на решение фундаментальной задачи создания научно-методического аппарата построения систем управления качеством инфокоммуникационных услуг предоставляемых будущими сетями связи (Future Networks, FN) на основе перехода от принципов централизованного иерархического управления к новым методам внутреннего управления с реализацией механизмов децентрализации, самоорганизации и автономии, что позволит встроить задачи управления непосредственно в сеть.

Значимость проекта определяется тем, что cформулирован новый методологический подход к построению систем управления качеством услуг будущих сетей связи, ориентированный не только на принципы централизованного иерархического управления, но в первую очередь на новые методы внутреннего управления с реализацией децентрализации, самоорганизации и автономии, с целью решения вопросов энергосбережения, всеобщей мобильности пользователей и услуг, а также требуемых уровней конфиденциальности и безопасности.

Представлены новые методы исследования и моделирования процессов функционирования системы управления услугами будущих сетей связи. Проведено совершенствование средств и методов анализа и синтеза новых технологических цепочек для снижения эксплуатационных затрат на использование оборудования в процессе предоставления инфокоммуникационных услуг. Предложены методы анализа, отличающиеся использованием процедур моделирования на основе аналитических, имитационных, графических и оптимизационных моделей, что позволяет практически решать задачи оценки вероятностно-временных характеристик и сравнивать варианты функционально-структурного построения системы управления по комплексным показателям качества обслуживания пользователей будущих сетей связи.

Разработана информационная платформа анализа вероятностно-временных характеристик системы управления качеством услуг будущих сетей связи, инструментальной базой которой являются соответствующие алгоритмы и программы, позволяющая автоматизировать основные этапы разработки рационального варианта функционально-структурного построения системы управления.

Разработана методика анализа вероятностно-временных характеристик системы управления качеством услуг будущих сетей связи, в виде совокупности методов и моделей систем, обеспечивающих поддержку разработки системы управления на уровнях управления услугами, управления виртуализацией сети, управления сетью, управления сетевыми элементами.

Прикладная значимость проекта заключается в том, что результаты исследования могут быть использованы при обосновании методологических, технологических, технических решений в области проектирования, разработки, внедрения, сопровождения и развития будущих сетей связи.