Лаборатория № 42 «Координатно-параметрического управления динамическими системами»

Петров Борис НиколаевичЛаборатория была создана по инициативе Бориса Николаевича Петрова в 1968 г. на базе группы научных сотрудников руководимой им лаб. № 1, и он всегда уделял пристальное внимание и непосредственно участвовал во всех работах новой лаборатории. Заведующим лаб. № 42 был и остаётся доктор технических наук, профессор Владислав Юльевич Рутковский, ныне заслуженный деятель науки РФ, лауреат Государственных премий СССР, лауреат золотой медали АН СССР им. Б. Н. Петрова.

Большой вклад в становление и развитие лаборатории внесли И. Н. Крутова (ныне г.н.с., д.т.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, лауреат Государственной премии СССР), С. Д. Земляков, (ныне г.н.с., д.т.н., профессор, лауреат Государственной премии СССР) И. Б. Ядыкин (ныне д.т.н., профессор, заведующий лабораторией № 24), Б. В. Павлов (ныне г.н.с., д.т.н., лауреат Государственной премии СССР, лауреат премии имени Б. Н. Петрова, учреждённой Президиумом РАН), В. М. Суханов (ныне г.н.с., д.т.н.), В. А. Путинцев (к.т.н., работал в лаборатории до 1995 г.), В. С. Косиков (к.т.н., ушёл из жизни в 1994 г.) и др.

Заведующий лабораторией № 42 Владислав Юльевич РутковскийТематика лаборатории: общая теория адаптивных систем и систем координатно-параметрического управления, её применение для проектирования систем управления летательными и космическими аппаратами.

Лаборатория проводила работы по развитию принципов построения и теории беспоисковых самонастраивающихся систем (БСНС), начатые ещё в 1957 г. Сегодня эти системы в нашей и мировой литературе известны как адаптивные системы с эталонной моделью.

Были предложены два принципа построения БСНС (Б. Н. Петров, В. Ю. Рутковский, И. Н. Крутова), метод синтеза основного контура на основе теории инвариантности (В. Ю. Рутковский, С. Д. Земляков, Б. В. Павлов), эвристические алгоритмы адаптации (В. Ю. Рутковский, И. Н. Крутова), линеаризованные модели БСНС (И. Б. Ядыкин, И. Н. Крутова, Б. В. Павлов, В. С. Косиков), алгоритмы адаптации на основе прямого метода Ляпунова (С. Д. Земляков, В. Ю. Рутковский), критерий адаптируемости и частотный метод исследования БСНС, оптимальное адаптивное управление на основе БСНС с обучаемой эталонной моделью (И. Б. Ядыкин), разработаны структуры и теория БСНС для различных классов летательных аппаратов (Б. Н. Петров, В. Ю. Рутковский, И. Н. Крутова, С. Д. Земляков, Б. В. Павлов, И. Б. Ядыкин, В. А. Путинцев, В. С. Косиков, В. Н. Ссорин-Чайков, В. М. Глумов, Т. В. Ермилова и др.).

Следует отметить, что подход к синтезу алгоритмов адаптации с использованием прямого метода А. М. Ляпунова, впервые предложенный сотрудниками лаборатории ещё в 1964 г., получил широкое развитие и до сих пор применяется в работах отечественных и зарубежных авторов. Именно прямой метод Ляпунова позволяет получать фундаментальные результаты в области синтеза адаптивных систем.

В.Ю. Рутковский, Б.В. Павлов и главный конструктор И.С. Селезнёв (крайний справа)На основе разработанной теории совместно с МОКБ «Радуга» и Московским институтом электромеханики и автоматики впервые в СССР были созданы адаптивные системы управления для нескольких классов ракет главного конструктора И. С. Селезнёва. За создание принципов построения, теории и методов проектирования адаптивных систем и внедрение их в серийное производство для классов ракет коллективу авторов в 1981 г. была присуждена Государственная премия СССР. От Института проблем управления были награждены Б. Н. Петров (посмертно), В. Ю. Рутковский, И. Н. Крутова, С. Д. Земляков, Б. В. Павлов.

Вторым направлением, начатым по инициативе Б. Н. Петрова ещё в 1956 г. в группе В. Ю. Рутковского в лаб. № 1 (в которую в то время входили инженеры В. И. Попов, В. С. Косиков, Б. В. Павлов и В. М. Суханов) и получившим развитие в лаб. № 42, стала разработка теории и систем управления искусственными спутниками Земли (ИСЗ). Была предложена оригинальная релейная система предварительного успокоения гравитационно стабилизируемых ИСЗ, в которой высокая экономичность достигалась путём введения специальной связи, компенсирующей петлю гистерезиса релейной характеристики и выбором соответствующего соотношения ограничений датчиков угловой скорости и положения ИСЗ.

В 1970 г. группа учёных ИПМ им. М. В. Келдыша, ИПУ, НПО прикладной механики и ЦНИИ автоматики и гидравлики была удостоена Государственной премии СССР за разработку пассивных систем ориентации ИСЗ. От ИПУ премию получили В. Ю. Рутковский и В. И. Попов (д.т.н., профессор, работал в ИПУ до 1967 г.).

Дальнейшая эволюция этого направления, в развитие которого наибольший вклад внёс В. М. Суханов, связана с разработкой теории и систем управления деформируемыми космическими аппаратами (ДКА). Работы велись в тесном контакте с НПО прикладной механики (главный конструктор М. Ф. Решетнёв) в 1968—1994 гг. — и имели важное значение для успешного выполнения проектов по созданию стационарных спутников непосредственного телевещания серий «Экран», «Луч» и ряда крупноразмерных спутников «Луч-1», «Луч-2» и др.

В области теории ДКА в последние годы разработано математическое обеспечение оперативного компьютерного вывода углового движения объекта управления (С. Д. Земляков, В. Ю. Рутковский, В. М. Глумов, В. М. Суханов). На основе объединения дискретной калмановской фильтрации и теории проверки статистических гипотез синтезированы рекуррентно-поисковые алгоритмы оценивания координат и параметров различных классов деформируемых космических аппаратов (А. С. Ермилов, Т. В. Ермилова, В. М. Суханов). На основе методов интеллектуальной диагностики и нечёткой логики синтезированы алгоритмы адаптации базового алгоритма дискретных систем управления движущимися объектами с нежёсткой конструкцией (И. Н. Крутова, В. М. Суханов, В. М. Глумов), предложены различные способы демпфирования неустойчивых мод изгибных колебаний объекта на основе оценки огибающей изгибных колебаний (А. В. Силаев).

В настоящее время лаборатория продолжает развивать теорию адаптивных систем и систем координатно-параметрического управления. Предложены принцип настраиваемой работоспособности, концепция восстанавливаемой функциональной работоспособности и настраиваемой стратегии управления, развивается теория технической управляемости и теория оптимальных адаптивных регуляторов для нелинейных многосвязных объектов. В качестве объектов управления рассматриваются большие космические конструкции, в частности, создаваемые в космосе солнечные энергетические станции, свободнолетающие космические робототехнические модули и дискретно развивающиеся структуры, собираемые на орбите с помощью космических робототехнических модулей. К последнему классу объектов относятся большие радиотелескопы с каркасной конструкцией антенных рефлекторов, орбитальные космические станции, будущие межпланетные корабли и др.

Начиная с 2003 г. исследуется проблема мониторинга текущего технического состояния трансмиссии турбовинтовых авиационных двигателей с привлечением идей адаптации, разрабатываются методы прогнозирования и оценивания опасных процессов и критических ситуаций в сложных механических системах с многорежимными уровнями функционирования.

Существующая тематика лаборатории весьма перспективна. В дальнейшем предполагается её развитие, включая применение теории координатно-параметрического управления для проектирования высокоэффективных систем управления движущимися объектами в условиях неопредёленности.

Коллектив лаборатории активно участвует в работе международных Конгрессов ИФАК по проблемам управления, Симпозиумов ИФАК по управлению в аэрокосмическом пространстве и в других крупных зарубежных и отечественных совещаниях, посвящённых теоретическим и прикладным задачам управления.

С 1997 г. и по настоящее время большинство сотрудников лаборатории принимают участие в исследованиях, проводимых в рамках нескольких проектов РФФИ.

С 2007 г. лаборатория проводит исследования по теме активной стабилизации гражданских сооружений в сейсмоопасных зонах, проводимые в соответствии с Договором о научном содружестве ИПУ с факультетом прикладной математики и информатики Технического Университета — София в Болгарии.

При выполнении исследований по грантам ИНТАС лаборатория сотрудничала с Университетом восточного Лондона, с Университетом в г. Шеффилде (Англия), с университетом в г. Алгарве (Португалия), с Германским аэрокосмическим центром, с Белорусским Государственным университетом информатики и радиоэлектроники, Харьковским Государственным аэрокосмическим университетом им. Н. Е. Жуковского, с Институтом космических исследований РАН.

К настоящему времени сотрудниками лаборатории опубликовано более 370 работ, в том числе 12 монографий.