Д.В. Бейлекчи1, В.А. Ермолаев2, А.А. Колпаков3, А.Ю. Проскуряков4

1–4 Муромский институт (филиал) ФГБОУ ВО «Владимирский государственный университет
имени А. Г. и Н. Г. Столетовых» (г. Муром, Россия)
1 desT.087@gmail.com

Постановка проблемы. Проектирование систем телекоммуникаций обмена акустическими сигналами с повышенной помехозащищенностью относится к решению задач обработки сигналов с целью выделения информации и подавления помех методами адаптивной фильтрации, адаптивной компенсации помех и идентификации систем. При этом ставятся и решаются задачи идентификации нестационарных сигналов и создания нестационарных моделей по наблюдаемым данным, адаптивной компенсации акустических помех и эхосигналов. Методы адаптивной фильтрации, адаптивной компенсации помех и идентификации систем, методы повышения помехозащищенности систем обмена информацией основываются на теории случайных процессов и математической статистике, на теории линейных и нелинейных систем. При решении вышеуказанных задач рассматриваются проблемы создания алгоритмов адаптивной многоканальной фильтрации, а также новых моделей сигналов и помех с применением методов наименьших квадратов, линейной и нелинейной регрессии в условиях ограничений.

Цель. Разработать новые методы, модели и алгоритмы обработки акустических сигналов и управляющей информации, повышающие эффективность функционирования оперативно-командных, диспетчерско-технологических и информационно-управляющих телекоммуникационных систем в условиях наличия внешних помех.

Результаты. Рассмотрены проблемы анализа и моделирования нестационарных систем и сигналов с запаздыванием, например, в контурах акустической обратной связи. Проведены анализ и моделирование управляемых систем с распределенным запаздыванием и переменными параметрами, моделирование резонансных систем с запаздыванием в контуре акустической обратной связи. Показано, что граф многосвязной системы фактически совпадает с графом межслойных соединений искусственной нейронной сети.

Практическая значимость. Описанная в работе модель системы с распределенным запаздыванием была апробирована средствами математического моделирования Scilab и может быть применена для дальнейших исследований в области проектирования телекоммуникационных систем обмена акустическими сигналами с повышенной помехозащищенностью.

Бейлекчи Д.В., Ермолаев В.А., Колпаков А.А., Проскуряков А.Ю. Проблемы анализа и моделирования нестационарных систем и сигналов с запаздыванием в контуре обратной связи // Наукоемкие технологии. 2024. Т. 25. № 1. С. 25−34. DOI: https://doi.org/ 10.18127/ j19998465-202401-03

1. Hansler E., Schmidt G. (Eds.) Topics in acoustic echo and noise control: Selected methods for the cancelation of acoustic echoes, the reduction of background noise, and speech processing. Berlin, Heidelberg: Springer, 2006.
2. Kuttruff H. Room acoustics. London New York: Spon Press, 2009.
3. Рябенький В.С. Модель активного экранирования заданной подобласти от шума внешних источников в текущем времени // ЖВММФ. 2011. Т. 51. № 3. С. 480–491.
4. Рябенький В.С. Активная защита акустического поля желательных источников от внешнего шума в реальном времени // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2016. С. 027.
5. Kiddle C., Simmonds R., Williamson C., Unger B. Hybrid packet/fluid flow network simulation. Proceedings of the Seventeenth Workshop on Parallel and Distributed Simulation (PADS’03). IEEE. 1087-4097/03. 2003.
6. Agarwal R.P. (et al.) Nonoscillation theory of functional differential equations with applications. New York London: Springer. 2012.
7. Atay F.M. (ed.) Complex time-delay systems, understanding complex systems. Berlin Heidelberg: Springer. 2010.
8. Loiseau J.J., Michiels W., Niculeseu S-I, Sipachi R. (Eds.) Topics in time delay systems. Analysis, Algorithms and Control. – Berlin Heidelberg: Springer. 2009.
9. Witrant E., Fridman E., Sename O., Dugard L. (Eds.) Recent results on time-delay systems. Analysis and Control. – Heidelberg: Springer. 2016.
10. Lakshmanan M., Senthilkumar D.V. Dynamics of nonlinear time-delay systems. Berlin Heidelberg: Springer. 2010.
11. Kwon W.H., Park P. Stabilizing and optimizing control for time-delay systems. Berlin: Springer. 2019.
12. Krstic M. Delay compensation for nonlinear, adaptive and PDE systems. Boston: Springer. 2009.
13. Marquis B.A., Larger L., Brunner D., Chembo Y.K., Jacquot M. Interaction between Lie nard and Ikeda dynamics in nonlinear electro-optical oscillator with delayed band pass feedback. Physical Review E94. 062208 2016.
14. Bellen A., Zennaro M. Numerical methods for delay differential equations. Oxford: Clarendon Press. 2003.
15. Гурецкий Х. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием. М.: Машиностроение. 1974.
16. Д’Анжело Г. Линейные системы с переменными параметрами. М.: Машиностроение. 1974.
17. Кочетков С.А., Уткин В.А. Метод декомпозиции в задачах управления мобильными роботами // Автоматика и телемеханика. 2011. № 10. С. 86–103.
18. Armah S. K., Sun Yi. Adaptive control for quadrotor UAVs considering time delay: study with flight payload. Robotics & Automation Engineering Journal. 2018. V.2. № 5. P. 00112–00124.
19. Zhang H.-Y., Lin W.-M., Chen A.-X. Path planning for the mobile robot: A review. Simmetry. 2018. V. 10. P. 434–450.
20. Wahab M.N.A., Lee C.M., Akbar M.F., HassanF.H. Path planning for mobile robot navigation in unknown indoor enviremenths. IEEE Access. 2020. V. 8. P. 161805–161–815.
21. Петров Б.Н. Избранные труды. Том 1. Теория автоматического управления. М.: Наука. 1983.
22. Емельянов С.В. Избранные труды по теории управления. М.: Наука. 2006.
23. Емельянов С.В., Фурсов А.С. Координатно-операторная обратная связь. Свойства. Особенности. Перспективы // Автоматика и телемеханика. 2015. № 10. С. 3–39.
24. Краснова С.А., Уткин В.А., Уткин А.В. Блочный подход к анализу и синтезу инвариантных нелинейных систем слежения // Автоматика и телемеханика. 2017. № 12. С. 26–53.
25. Ильясов Б.Г., Саитова Г.А. Исследование многосвязных систем автоматического управления сложными динамическими объектами на основе парадигмы Б.Н. Петрова // Проблемы управления. 2021. № 3. С. 3–15.
26. Еремин Е.Л., Шеленок Е.А. Робастное управление для одного класса многосвязных динамических объектов // Автоматика и телемеханика. 2017. № 6. С. 106–121.
27. Гребенщиков Б.Г. О стабилизации некоторых систем с запаздыванием // Автоматика и телемеханика. 2019. № 4. С. 41–52.
28. Уткин А.В., Уткин В.А. Синтез систем стабилизации при односторонних ограничениях на управляющие воздействия // Проблемы управления. 2020. № 3. С. 3–13.
29. Кочетков С.А., Уткин В.А. Инвариантность в системах с неидеальными релейными элементами // УБС. 2009. Вып. 27. С. 117–168.
30. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. М.: Наука. 1981.
31. Utkin V.I., Guldner J., Shi J. Sliding mode control in electromechanical systems. CRC Press. N.Y. 2009.
32. Levant A., Mishael A. Adjustment of high-order sliding-mode controllers. Int. J. Robust Nonlinear Control. 2009. V. 19. P. 1697–1672.
33. Piltan F., Sulaiman N. Review of sliding mode control of robotic manipulator. World Appl. Sci. Engin, 2012. V. 2. № 12. P. 1855–1869.
34. Pikdeboon C. Second-order sliding mode controllers for spacecraft relative translation. Appl. Math. Sci. 2012. V. 6. № 100. P. 4965–4979.
35. Khadija D., Majda L., Said N. New discrete sliding mode control for nonlinear multivariable systems: multi-periodic disturbances rejection and stability analysis. Int. J. Control Sci. Engin. 2012. V. 2. № 2. P. 7–15.
36. Уткин В.И. Краткий комментарий к методу А.Ф. Филиппова продолжения решения на границе разрыва // Автоматика и телемеханика. 2015. № 5. С. 165–174.
37. Уткин В.И., Орлов Ю.В. Системы управления с векторными реле // Автоматика и телемеханика. 2019. № 9. С. 143–155.
38. Горовиц А.М. Синтез систем с обратной связью. М.: Сов. радио. 1970.
39. Янушевский Р. Т. Управление объектами с запаздыванием. М.: Наука. 1978.
40. Томович Р., Вукобратович М. Общая теория чувствительности. М.: Сов. радио. 1972.
41. Розенвассер Е.Н., Юсупов Р.М. Чувствительность систем управления. М.: Наука. 1981.
42. Чувствительность автоматических систем / Труды Международного симпозиума по чувствительным системам автоматического управления. Ответственный редактор Я.З. Цыпкина. (Дубровник, сентябрь 1964.). М.: Наука. 1968.
43. Journal of the Franklin Institute. Special Issue on Sensitivity. 1981. V. 312. № 3/4. P.141–165; 167–177; 199–215.
44. Рубан А.И. Коэффициент чувствительности разрывных динамических систем с запаздыванием // Проблемы управления. 2011. № 4. С. 53–59.