MACHINE LEARNING BASED ON SYMBOLIC REGRESSION FOR AUTOMATED SYNTHESIS OF UNIVERSAL MOTION STABILIZATION SYSTEMS

封面

如何引用文章

全文:

详细

Background. This study considers an optimal control problem in an extended formulation, aimed at ensuring the feasibility of the solution under real-world operating conditions. Materials and methods. To achieve high accuracy and stability of the controlled plant's motion, it is proposed to synthesize a universal stabilization system capable of reliably following a wide range of trajectories, even in the presence of external influences and model uncertainties. The concept of an extended model of the controlled plant is presented, including both the plant itself with the stabilization system and a reference model for generating the optimal trajectory. It is shown that using such a structure, classical optimal control methods can be applied to obtain the control function as a function of time, achieving a high degree of conformity between the plant's motion and the planned trajectory while maintaining stability and control accuracy. To synthesize the universal stabilization system, machine learning based on symbolic regression is used, which allows for the formalization of the process of constructing control functions and eliminates the subjective errors typical of manual design. Results and conclusions. The effectiveness of the proposed approach is confirmed by a computational example of controlling the spatial motion of a group of quadcopters – a typical example of complex engineering systems with high requirements for reliability, maneuverability, and safety.

作者简介

Askhat Diveev

Federal Research Center "Computer Science and Control" of the Russian Academy of Sciences; People's Friendship University of Russia

编辑信件的主要联系方式.
Email: aidiveev@mail.ru

Doctor of technical sciences, professor, chief researcher, head of department 55, Director of the Robot Center;  professor of the department of mechanics and mechatronics

40 Vavilov street, Moscow, Russia; 3 Ordzhonikidze street, Moscow, Russia

Artem Barabash

Federal Research Center "Computer Science and Control" of the Russian Academy of Sciences

Email: artew44@gmail.com

Postgraduate student

40 Vavilov street, Moscow, Russia

参考

  1. Pontryagin L.S., Boltyanskiy V.G., Gamkrelidze R.V., Mishchenko E.F. Matematicheskaya teoriya optimal′nykh protsessov = Mathematical theory of optimal processes. New York; London; Parizh; Montre; Tokio: Gordon and Breach Science Publishers, 1985;4:360. (In Russ.)
  2. Godunov A.I., Yerofeyev M.V., Mel′nichuk A.I. et al. Information field of detection of small-sized unmanned aerial vehicles in space based on neural networks. Nadezhnost′ i kachestvo slozhnykh system = Reliability and quality of complex systems. 2024;(4):5–14. (In Russ.)
  3. Voronin E.A. Application of machine learning technologies in the tasks of assessing and ensuring the reliability of technical systems, taking into account the safety of their operation. Nadezhnost′ i kachestvo slozhnykh system = Reliability and quality of complex systems. 2024;(4):75–84. (In Russ.)
  4. Diveev A. Refined Optimal Control Problem and Its Solution Using Symbolic Regression. Lecture Notes in Networks and Systems. 2022;507:294–305.
  5. Diveev A., Barabash A. The Extended Optimal Control Problem and Numerical Techniques of its Solving. Proceedings of 2023 9th International Conference on Control, Decision and Information Technologies (CoDIT). Rome, Italy, 2023.
  6. Samir A., Hammad A., Hafez A., Mansour H. Quadcopter Trajectory Tracking Control using State-Feedback Control with Integral Action. International Journal of Computer Applications. 2017;168:1–7.
  7. Walsh G., Tilbury D., Sastry S. et al. Stabilization of trajectories for systems with nonholonomic constraints. IEEE Transactions on Automatic Control. 1994;39:216–222.
  8. Uddin N. A Robot Trajectory Tracking Control System Design Using Pole Domination Approach. Proceedings of IEEE 9th Annual Information Technology, Electronics and Mobile Communication Conference (IEMCON). Vancouver, Canada, 2018:506–512.
  9. Pamosoaji A.K. Trajectory Tracking Control Strategy using Co-Reference for Rear-Steered Vehicle. Proceedings of 3rd International Conference on Control and Robotics Engineering (ICCRE). Nagoya, Japan, 2018:74–78.
  10. Andreev A., Peregudova O., Sutyrkina K., Filatkina E. On Global Output Feedback Trajectory Tracking Control of a Wheeled Mobile Robot. Proceedings of 23rd International Conference on Mechatronics Technology (ICMT). Salerno, Italy, 2019:1–5.
  11. Yu X., Zhu W., Xu L. Real-time Motion Planning and Trajectory Tracking in Complex Environments based on Bezier Curves and Nonlinear MPC Controller. Proceedings of the Chinese Control and Decision Conference (CCDC). Hefei, China, 2020:1540–1546.
  12. Zhao H., Su G., Yang. Anti-collision Trajectory Planning and Tracking Control based on MPC and Fuzzy PID Algorithm. Proceedings of the 2020 4th CAA International Conference on Vehicular Control and Intelligence (CVCI). Hangzhou, China, 2020:613–618.
  13. Su T., Liang X., He G. et al. Robust Trajectory Tracking of Delta Parallel Robot Using Sliding Mode Control. Proceedings of the IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI). Xiamen, China, 2019:508–512.
  14. Koza J.R. Genetic Programming: On the Programming of Computers by Means of Natural Selection. MIT Press, 1992:819.
  15. Diveev A.I., Shmalko E.Yu. Machine Learning Control by Symbolic Regression. Springer, Cham, Switzerland, 2021:156.
  16. Diveev A.I. Hybrid Evolutionary Algorithm for Optimal Control Problem. Lecture Notes in Networks and Systems. 2023;543 LNNS:726–738.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».