Все выпуски

Данная работа посвящена исследованию одной известной задачи Б.Н. Пшеничного, а именно задаче простого группового преследования, когда игроки совершают пошаговые перемещения. В работе рассматриваются два отдельных случая. В первом случае решается дискретная игра преследования, когда в игре участвуют только один преследователь и один убегающий. Для решения этой задачи приводится алгоритм применения $\Pi$-стратегии. Согласно предлагаемому методу, игроки сначала сближаются, и в итоге точно совпадают. Во втором случае предлагаемый метод решения распространяется на игру группового преследования. Полученные результаты проверяются с помощью анимационных моделей, созданных на языке программирования Visual C# с использованием технологии ScottPlot.WinForms.

This paper is devoted to the study of one well-known problem of B.N. Pshenichnyi, namely the problem of simple group pursuit, when players make step-by-step movements. The paper considers two separate cases. In the first case, a discrete pursuit game is solved, when only one pursuer and one evader participate in the game. To solve this problem, an algorithm for applying the $\Pi$-strategy is given. According to the proposed method, the players first approach each other and eventually coincide exactly. In the second case, the proposed solution method is extended to the game of group pursuit. The obtained results are verified using animation models created in the Visual C# programming language using ScottPlot.WinForms technology.

В конечномерном нормированном пространстве рассматривается дискретная игровая задача фиксированной продолжительности. Терминальное множество определяется условием принадлежности нормы фазового вектора отрезку с положительными концами. Множество, определяемое данным условием, названо в работе кольцом. Цель первого игрока заключается в том, чтобы в заданный момент времени привести фазовый вектор на терминальное множество. Цель второго игрока противоположна. В данной работе построены оптимальные управления игроков. Проведено компьютерное моделирование игрового процесса. Рассмотрена модификация исходной задачи, в которой у первого игрока в неизвестный момент времени происходит изменение в динамике.

In a normed space of finite dimension a discrete game problem with fixed duration is considered. The terminal set is determined by the condition that the norm of the phase vector belongs to a segment with positive ends. In this paper, a set defined by this condition is called a ring. The aim of the first player is to lead a phase vector to the terminal set at fixed time. The aim of the second player is the opposite. In this paper, optimal controls of the players are constructed. Computer simulation of the game process is performed. A modification of the original problem, in which at an unknown time there is a change in the dynamics of the first player, is considered.

Рассматривается нелинейная управляемая система в конечномерном евклидовом пространстве и на конечном промежутке времени, зависящая от параметра. Изучаются множества достижимости и интегральные воронки дифференциального включения, соответствующего управляемой системе, содержащей параметр. При исследовании многочисленных задач теории управления и дифференциальных игр, конструировании их решений и оценивании погрешностей применяются различные теоретические подходы и ассоциированные с ними вычислительные методы. К упомянутым задачам принадлежат, например, различного рода задачи о сближении, разрешающие конструкции которых могут быть описаны достаточно просто в терминах множеств достижимости и интегральных воронок. В настоящей работе изучается зависимость множеств достижимости и интегральных воронок от параметра: оценивается степень этой зависимости от параметра при определенных условиях на управляемую систему. Степень зависимости интегральных воронок исследована на предмет изменения их объема при варьировании параметра. Для оценки этой зависимости вводятся системы множеств в фазовом пространстве, аппроксимирующие множества достижимости и интегральные воронки на заданном промежутке времени, отвечающие конечному разбиению этого промежутка. При этом сначала оценивается степень зависимости аппроксимирующей системы множеств от параметра, и затем эта оценка используется при оценке зависимости объема интегральной воронки дифференциального включения от параметра. Такой подход естественен и особенно полезен при изучении конкретных прикладных задач управления, при решении которых в конечном итоге приходится иметь дело не с идеальными множествами достижимости и интегральными воронками, а с их аппроксимациями, отвечающими дискретному представлению временного промежутка.

We consider a nonlinear control system in a finite-dimensional Euclidean space and on a finite time interval, which depends on a parameter. Reachable sets and integral funnels of a differential inclusion corresponding to a control system containing a parameter are studied. When studying numerous problems of control theory and differential games, constructing their solutions and estimating errors, various theoretical approaches and associated computational methods are used. The problems mentioned above include, for example, various types of approach problems, the resolving constructions of which can be described quite simply in terms of reachable sets and integral funnels. In this paper, we study the dependence of reachable sets and integral funnels on a parameter: the degree of this dependence on a parameter is estimated under certain conditions on the control system. The degree of dependence of the integral funnels is investigated for the change in their volume with a change in the parameter. To estimate this dependence, systems of sets in the phase space are introduced that approximate the reachable sets and integral funnels on a given time interval corresponding to a finite partition of this interval. In this case, the degree of dependence of the approximating system of sets on the parameter is first estimated, and then this estimate is used in estimating the dependence of the volume of the integral funnel of the differential inclusion on the parameter. This approach is natural and especially useful in the study of specific applied control problems, in solving which, in the end, one has to deal not with ideal reachable sets and integral funnels, but with their approximations corresponding to a discrete representation of the time interval.

Рассматривается дифференциальная игра двух лиц, описываемая системой вида $\dot x = f(x, u) + g(x, v)$, $x \in \mathbb R^k$, $u \in U$, $v \in V$. Множеством значений управлений преследователя является конечное подмножество фазового пространства. Множеством значений управлений убегающего является компактное подмножество фазового пространства. Целью преследователя является приведение фазовых координат системы в ноль за конечное время. Цель убегающего - помешать этому. Получены достаточные условия на параметры игры для существования окрестности нуля, из которой происходит поимка, то есть приведение системы в ноль. Также доказано, что независимо от выбора действий убегающего время, необходимое преследователю для перевода системы в ноль, стремится к нулю с приближением начального положения к нулю.

A two-person differential game is considered. The game is described by the following system of differential equations $\dot x = f(x, u) + g(x, v)$, where $x \in \mathbb R^k$, $u \in U$, $v \in V$. The pursuer's admissible control set is a finite subset of phase space. The evader's admissible control set is a compact subset of phase space. The pursuer's purpose is a translation of phase coordinates to zero. The evader's purpose is to prevent implementation of pursuer's purpose. Sufficient conditions on game parameters for the existence of zero neighborhood from which a capture occurs, that is translation of phase coordinates to zero, have been received. Also, it is proved that a period of time necessary for the pursuer to translate phase coordinates to zero tends to zero with the approaching of the initial position to zero. It happens regardless of the evader's control.

Рассматривается задача приведения траектории в окрестность нуля в условиях воздействия помехи в терминах дифференциальной игры преследования. Динамика описывается нелинейной автономной системой дифференциальных уравнений второго порядка. Множество значений управлений преследователя является конечным, убегающего (помехи) — компакт. Целью управления, то есть целью преследователя, является приведение, в рамках конечного времени, траектории в любую наперед заданную окрестность нуля вне зависимости от действий помехи. Для построения управления преследователю известны только фазовые координаты и значение скорости в некоторые дискретные моменты времени и неизвестен выбор управления помехи. Получены условия существования множества начальных положений, из каждой точки которого происходит поимка в указанном смысле. Причем это множество содержит некоторую окрестность нуля. Выигрышное управление строится конструктивно и имеет дополнительное свойство, указанное в теореме. Кроме того, получена оценка времени приведения скорости из одной заданной точки в окрестность другой заданной точки в условиях воздействия помехи.

The problem of bringing a trajectory to a neighborhood of zero under disturbance is considered in terms of a differential pursuit game. The dynamics are described by a nonlinear autonomous system of second-order differential equations. The set of values of the pursuer's controls is finite, and that of the evader (disturbance) is compact. The goal of the control, that is, the goal of the pursuer, is to bring, within a finite time, the trajectory to any predetermined neighborhood of zero, regardless of the actions of the disturbance. To construct the control, the pursuer knows only the phase coordinates and the value of the velocity at some discrete moments of time and the choice of the disturbance control is unknown. Conditions are obtained for the existence of a set of initial positions, from each point of which a capture occurs in the specified sense. Moreover, this set contains a certain neighborhood of zero. The winning control is constructed constructively and has an additional property specified in the theorem. In addition, an estimate of the time required to bring the speed from one given point to the neighborhood of another given point under disturbance conditions was obtained.

Рассматривается дифференциальная игра двух лиц, описываемая системой вида $\dot x = f(x, u) + g(x, v)$, $x \in \mathbb R^k$, $u \in U$, $v \in V$. Множеством значений управлений преследователя является конечное подмножество фазового пространства. Множеством значений управлений убегающего является компактное подмножество фазового пространства. Целью преследователя является поимка, то есть приведение системы в любую заданную окрестность начала координат. Получены достаточные условия разрешимости задачи преследования в классе кусочно-программных стратегий преследователя. Также доказано, что независимо от действий убегающего время поимки стремится к нулю, если начальное состояние приближается к началу координат.

A two-person differential game is considered. The game is described by the system of differential equations $\dot x = f(x, u) + g(x, v)$, where $x \in \mathbb R^k$, $u \in U$, $v \in V$. The pursuer's admissible control set is a finite subset of phase space. The evader's admissible control set is a compact subset of phase space. The pursuer's purpose is to capture the evader, viz. system translation to any given neighborhood of zero. Sufficient conditions for the solvability of a capture problem in the piecewise open-loop strategies class are obtained. In addition, it is proved that the capture time tends to zero with the initial position approaching to zero. It happens independent of the evader's actions.

Рассматривается задача стабилизации около нуля в условиях воздействия помехи и неточных данных в терминах дифференциальной игры преследования. Динамика описывается нелинейной автономной системой дифференциальных уравнений. Множество значений управлений преследователя является конечным, убегающего (помехи) — компакт. Целью управления, то есть целью преследователя, является приведение, в рамках конечного времени, траектории в любую наперед заданную окрестность некоторого шара с центром в нуле и ненулевым радиусом вне зависимости от действий помехи. Управление преследователя определяется в дискретные моменты времени на основании момента разбиения и значения из фазового пространства, которое равно сумме фазовых координат в момент разбиения и значения некоторой вспомогательной функции. Значение вспомогательной функции ограничено по норме наперед заданной величиной, которая считается известной преследователю. В работе получены условия соотношения параметров задачи и числа, которое ограничивает норму вспомогательной функции, позволяющие осуществить поимку в указанном смысле. Выигрышное управление строится конструктивно и использует фиксированный шаг разбиения временного интервала. Кроме того, получена оценка времени поимки.

The problem of stabilization around zero under disturbance and uncertain data in terms of differential pursuit game is considered. The dynamics are described by a nonlinear autonomous system of differential equations. The set of control values of the pursuer is finite, and that of the evader (interference) is compact. The goal of the control, that is, the goal of the pursuer, is to bring, within a finite time, the trajectory to any predetermined neighborhood of some ball centered at zero and a non-zero radius, regardless of the actions of the interference. The pursuer's control is determined at discrete moments of time on the basis of the partition moment and the value from the state space, which is equal to the sum of state coordinates at the partition moment and the value of some auxiliary function. The value of the auxiliary function is restricted by the norm by a predetermined value, which is considered to be known to the pursuer. In this paper, we obtain conditions for the relationship between the parameters of the problem and the number that limits the norm of the auxiliary function, allowing for capture in the specified sense. The winning control is constructed constructively and uses a fixed step of dividing the time interval. In addition, an estimate of the capture time is obtained.