Autonomiczne systemy lądowe, wodne i powietrzne oraz ich cyberbezpieczeństwo

Autor przedstawia fascynujący świat systemów autonomicznych – od podstaw cybernetyki, automatyki i sztucznej inteligencji po zaawansowane rozwiązania stosowane w robotyce i pojazdach bezzałogowych. Omawia zasady działania oraz zastosowania autonomicznych i biomimetycznych systemów lądowych, wodnych i powietrznych, a także zagadnienia teorii sterowania, optymalizacji, bezpieczeństwa, normalizacji i ochrony przed cyberatakami. Publikacja łączy wiedzę teoretyczną z praktycznymi aspektami projektowania, analizy i funkcjonowania nowoczesnych systemów autonomicznych. Stanowi wartościową pomoc dydaktyczną dla studentów informatyki, infotroniki, mechatroniki, automatyki i robotyki, transportu oraz nawigacji. Będzie również cennym źródłem wiedzy dla inżynierów, naukowców i wszystkich zainteresowanych rozwojem inteligentnych maszyn oraz przyszłością nowoczesnych technologii.

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA .......................................................................... 7 WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ ............................. 9 WYKAZ OZNACZEŃ SKRÓTOWYCH .............................. 10 WSTĘP ...................................................................................... 11 Rozdział 1. NARZĘDZIA TEORETYCZNE ......................... 17 1.1. Metody technik sterowania ............................................... 17 Bezpośrednie sterowanie cyfrowe .............................................. 17 Sterowanie adaptacyjne .............................................................. 20 1.2. Metody optymalizacji .........................................................24 Programowanie liniowe .............................................................. 24 Programowanie dynamiczne ....................................................... 27 Sterowanie LQR ......................................................................... 28 Sterowanie MPC ......................................................................... 30 Sterowanie LMI .......................................................................... 31 1.3 Metody sztucznej inteligencji ............................................ 32 Sztuczna sieć neuronowa ............................................................ 32 Sterowanie rozmyte .................................................................... 34 Algorytm ewolucyjny ................................................................. 36 System ekspertowy ..................................................................... 38 Algorytm roju cząstek ................................................................. 40 System wieloagentowy ............................................................... 43 Uczenie maszynowe .................................................................... 46 1.4 Metody teorii gier .................................................................. 47 Gra macierzowa .......................................................................... 47 Gra pozycyjna ............................................................................. 50 Rozdział 2. AUTONOMICZNE SYSTEMY LĄDOWE .............................. 55 2.1. Autonomiczne roboty mobilne AMR ...................................................... 55 Model kinematyczny i dynamiczny kołowego robota mobilnego 57 Metody planowania trasy ............................................................. 61 Metody planowania trajektorii ..................................................... 86 Metody sterowania automatycznego ............................................ 100 Przykłady autonomicznych robotów mobilnych AMR................ 110 2.2. Autonomiczne pojazdy AV ........................................................... 112 Trajektoria kinematyczna ............................................................. 116 Trajektoria dynamiczna ................................................................ 119 Trajektoria rozgrywająca .............................................................. 121 Symulacja komputerowa algorytmów .......................................... 124 Przykłady autonomicznych pojazdów AV ................................... 138 2.3. Autonomiczne biomimetyczne pojazdy lądowe ABSV ....................... 141 Przykłady autonomicznych biomimetycznych pojazdów lądowych..... 145 Rozdział 3. AUTONOMICZNE SYSTEMY WODNE ............................. 150 3.1. Autonomiczne nawodne jednostki pływające ASV ................................ 150 Proces sterowania ......................................................................... 151 Trajektoria rozgrywająca .............................................................. 153 Trajektoria nierozgrywająca ......................................................... 157 Symulacja komputerowa algorytmów .......................................... 158 Wrażliwość sterowania bezpiecznego .......................................... 165 Przykłady autonomicznych nawodnych jednostek pływających ASV.......... 172 3.2. Autonomiczne statki MASS .................................................................... 176 Wielowarstwowy system sterowania ........................................... 180 Optymalizacja trasy ...................................................................... 181 Sterowanie bezpieczne ................................................................. 187 Sterowanie optymalne .................................................................. 213 Przykłady autonomicznych statków MASS ................................. 217 3.3. Autonomiczne podwodne jednostki pływające AUV ....... 219 Model matematyczny ................................................................... 220 Stabilizacja kursu ......................................................................... 224 Stabilizacja trajektorii .................................................................. 228 System wieloagentowy ................................................................ 231 Przykłady autonomicznych podwodnych jednostek pływających AUV ..... 237 Autonomiczne biomimetyczne podwodne jednostki pływające ABUV 243 Przykłady autonomicznych biomimetycznych pojazdów podwodnych ABUV ..... 243 Rozdział 4. AUTONOMICZNE SYSTEMY POWIETRZNE ............. 249 4.1. Autonomiczne obiekty latające AAV ................................ 250 Trajektoria rozgrywająca ............................................................. 250 Trajektoria kinematyczna ............................................................. 255 Symulacja komputerowa algorytmów ......................................... 255 Przykłady autonomicznych obiektów latających AAV ............... 262 4.2. Autonomiczne biomimetyczne obiekty latające ABAV .............. 267 Przykłady autonomicznych biomimetycznych obiektów latających ABUV ................ 269 Rozdział 5. CYBERBEZPIECZEŃSTWO SYSTEMÓW AUTONOMICZNYCH ......... 272 Cyberbezpieczeństwo autonomicznych robotów mobilnych AMR ....... 273 Cyberbezpieczeństwo autonomicznych pojazdów AV ........................... 274 Cyberbezpieczeństwo autonomicznych nawodnych jednostek pływających USV ............. 283 Cyberbezpieczeństwo autonomicznych statków MASS ......................... 285 Cyberbezpieczeństwo autonomicznych podwodnych jednostek pływających AUV ......... 289 Cyberbezpieczeństwo autonomicznych obiektów latających AAV ........ 290 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 294 INDEKS NAZW .................................................................................................... 298 STRESZCZENIE W JĘZYKU ANGIELSKIM ................................................. 301