Лаборатория № 7 «Адаптивных и робастных систем им. Я. З. Цыпкина»

См. также расширенный сайт лаборатории 7: http://lab7.ipu.ru:8081/rus/news.asp

Лаборатория создана в 1956 г., и с тех пор (до своей кончины в 1997 г.) её заведующим был академик Яков Залманович Цыпкин. Ныне лаборатория носит имя своего основателя и продолжает его традиции, а отчасти и тематику. Основное внимание уделяется фундаментальным проблемам теории автоматического управления; лаборатория является одним из основных теоретических подразделений Института.

Первоначально тематика исследований была связана с импульсными, релейными и дискретными системами. Академик Цыпкин был инициатором подобных работ в стране и внёс огромный вклад в их разработку. Его монографии «Переходные и установившиеся процессы в импульсных цепях» (1951 г.), «Теория релейных систем автоматического регулирования» (1955 г.), «Теория импульсных систем» (1958 г.), «Теория линейных импульсных систем» (1963 г.) сыграли огромную роль в развитии и становлении этих разделов теории управления в нашей стране и в мире. Они неоднократно получали высокую оценку, в том числе официальную: Ленинская премия 1960 г., ряд международных научных наград. К середине 60-х годов центр интересов лаборатории смещается в сторону проблем адаптации, обучения, распознавания, оценивания, стохастической оптимизации. В книгах Я. З. Цыпкина «Адаптация и обучение в автоматических системах» (1968 г.) и «Основы теории обучающихся систем» (1970 г.) был предложен единый подход к анализу таких систем, основанный на технике стохастической аппроксимации. Наконец, в начале 90-х большое внимание стало уделяться робастному управлению, т. е. управлению в условиях неопределённости. В частности, был разработан «годограф Цыпкина-Поляка» — простой и удобный графический критерий робастной устойчивости.

В лаборатории было подготовлено много специалистов, позднее основавших собственные научные центры. Здесь работали: академики Н. А. Кузнецов, Б. Н. Наумов, И. М. Макаров, член-корреспондент РАН Ю. С. Попков, доктора наук М. А. Красносельский, Н. А. Бобылёв, В. Н. Новосельцев, А. М. Петровский, А. С. Позняк, А. И. Пропой, Э. Д. Аведьян и многие другие. Проходили стажировку известные зарубежные учёные Л. Льюнг и П. Кокотович.

В настоящее время в лаборатории работает 16 человек. Это доктора наук Б. Т. Поляк (заведующий лабораторией), А. Г. Александров, А. В. Назин, П. С. Щербаков, М. В. Хлебников, В. Н. Честнов, кандидаты наук Е. Н. Грязина, О. О. Васильев, Я. И. Квинто, Н. П. Петров, А. Е. Поляков, А. А. Тремба, сотрудники М. В. Паленов, И. Г. Резков, Е. А. Стефанюк, Т. И. Шмидт. Кроме того, в работе постоянно участвуют аспиранты и дипломники.


Лаборатория 7 в полном составе (почти), 18 октября 2011 года.

Нынешняя лаборатория № 7 в полном составе (почти)

 В коллективе ведутся исследования по нескольким направлениям, среди которых можно выделить: 

  • Развитие классической теории линейных систем автоматического управления. В центре внимания находятся такие трудные и актуальные задачи, как синтез регуляторов заданной структуры (в частности, регуляторов низкого порядка), синтез статических регуляторов по выходу, проблема одновременной стабилизации, задачи управления при постоянно действующих возмущениях. Удалось разработать несколько эффективных подходов к их решению. Это, во-первых, новое понятие сверхустойчивости (достаточное условие устойчивости, формулируемое в терминах линейных условий на элементы системной матрицы), на основе которого можно получать решения упомянутых трудных задач с помощью линейного программирования. Во-вторых, вероятностный подход к решению данных детерминированных задач. Рандомизированные алгоритмы оказались очень эффективными для многих задач управления и оптимизации. Наконец, весьма общая техника исследования основывается на идеях инвариантных эллипсоидов и линейных матричных неравенств.
  • Программа «робастизации» теории управления, заявленная Я. З. Цыпкиным. В классической теории обычно предполагается, что модель системы известна или оценивается в процессе идентификации. Между тем, в реальных задачах все характеристики объекта содержат неизбежные неточности. Робастная теория, вызывающая огромный интерес исследователей во всём мире, предлагает методы учёта подобных неопределённостей. Если в первые годы работы в центре внимания находились проблемы анализа (робастная устойчивость), то теперь они сменились более важными проблемами синтеза (робастное управление). Для решения трудных задач робастного управления оказались полезными многие из упомянутых выше методов — сверхустойчивость, вероятностный подход, численные методы. Очень удобным аппаратом, приспособленным к решению современных задач анализа и синтеза робастных систем, явилась классическая теория D-разбиения, развитая на новом уровне в работах сотрудников лаборатории.
  • Традиционная для лаборатории тематика адаптивного управления стохастическими системами продолжает развиваться в двух направлениях: в рамках информационного подхода устанавливаются предельно возможные скорости сходимости стохастических алгоритмов; развивается частотная теория адаптивного управления, основанная на идентификации системы с помощью гармонических воздействий и построении регуляторов с использованием теории оптимального управления.
  • Последнее время уделяется внимание новой тематике, связанной с мультиагентными системами. Это важный класс систем, состоящий из большого числа объектов, каждый из которых взаимодействует лишь с малым числом соседей. Решаются задачи об устойчивости движения таких систем и синтезе управлений, направленных на достижение заданной цели (например, выстраивания агентов в заданную формацию).
  • Новый перспективный класс задач связан с применением техники L1 – оптимизации к управлению. Здесь можно изучать решения задач программного управления с L1-критериями, а также новые подходы к фильтрации (L1 фильтр вместо калмановского фильтра). Особенно интересны нестандартные критерии оптимальности (типа уменьшения числа управлений, состояний и выходов), с которыми можно работать в технике L1.
  • Все большее внимание в работе лаборатории уделяется нелинейным системам. Наши интересы включают новые подходы к системам с переменной структурой, применение нелинейных управлений для линейных систем, управление гибридными системами.
  • Наконец, мы занимаемся задачами оптимизации, оценивания, ранжирования, которые не имеют прямого отношения к задачам управления, но могут быть методологически полезны. Так, разработаны рандомизированные методы для выпуклой и невыпуклой оптимизации, предложены новые подходы к задаче ранжирования PageRank.

Помимо теоретических исследований в лаборатории ведутся и прикладные работы.

Сотрудники лаборатории регулярно публикуются в ведущих отечественных и зарубежных журналах. Так, лишь за последние три года опубликовано более 50 статей, сделано более 50 докладов на 30 российских и международных конференциях. В частности, на XVIII Международном конгрессе ИФАК в Милане (август 2011 г.) сотрудники лаборатории выступили с пятью докладами.

Среди публикаций прошлых лет можно отметить монографии:

  • Поляк Б. Т., Щербаков П. С. Робастная устойчивость и управление. М.: Наука. 2002.
  • Граничин О. Н., Поляк Б. Т. Рандомизированные алгоритмы оценивания и оптимизации при почти произвольных помехах. М.: Наука. 2003.
  • Яков Залманович Цыпкин (1919 — 1997), под ред. Б. Т. Поляка, М.: Изд. ЛКИ, 2007.

Последняя книга посвящена основателю лаборатории, выдающемуся учёному Я. З. Цыпкину. В неё включена большая статья, описывающая путь и достижения лаборатории, сама книга доступна на сайте лаборатории.

В последние годы лаборатория участвовала в нескольких международных программах:

  • три проекта (2004—2007, 2008-2010, 2011-2013 гг.) в рамках сотрудничества между РАН и НСИ Италии;
  • грант РФФИ «Робастное и адаптивное управление сложными системами», 2007 — 2010 гг. (российско-французский, программа PICS);
  • два российско-украинских гранта РФФИ (2008—2009, 2010 – 2011 гг.).

Осуществляется научное сотрудничество с рядом ведущих мировых научных центров, таких как Университет Висконсин — Мэдисон (США), Национальный институт исследований по информатике и автоматике, Высшая электротехническая школа, Высшая школа в Кашане, Университет «Paris-6» и Институт ИРИСА/ИНРИА — Гренобль (все — Франция), Университет Линчепинг и Королевский технологический институт (Швеция), Туринский политехнический институт (Италия), Технион (Израиль), CINVESTAV (Мексика), Университет Мельбурна (Австралия).

В России лаборатория также участвует в нескольких проектах, в том числе трех исследовательских грантах РФФИ и в программе фундаментальных исследований ОЭМППУ РАН.

Сотрудники лаборатории неоднократно удостаивались различных премий и наград. Так, Б. Т. Поляк, А. В. Назин, П. С. Щербаков, А. Г. Александров, М. В. Хлебников, А. Е. Поляков получали премии им. А. А. Фельдбаума, А. М. Летова, Я. З. Цыпкина, Б. Н. Петрова в ИПУ. Б. Т. Поляк первым в нашей стране удостоен звания почетного члена ИФАК (IFAC Fellow, 2006 г.)

Лаборатория широко представлена в ряде редколлегий, научных и учёных советов, программных комитетов конференций. Преподавательская деятельность сотрудников лаборатории (в МФТИ и МИСИС) позволяет решать проблему пополнения её рядов молодёжью. В лаборатории действует молодёжная научная школа, в которой участвуют 10 молодых сотрудников (руководитель — Б. Т. Поляк). Среди её участников несколько молодых кандидатов наук (О.О. Васильев, Е. Н. Грязина, Я. И. Квинто, А. Е. Поляков и А. А. Тремба) и молодой доктор наук (М. В. Хлебников). Под руководством коллектива лаборатории были организованы три Традиционных всероссийских молодежных летних школы «Управление, информация и оптимизация» (2009, 2010 гг. – Переславль, 2011 г. – Ярополец), эта традиция будет продолжена. Школы собирают молодых исследователей со всей России, им читают лекции первоклассные отечественные и зарубежные ученые, а участники рассказывают свои работы.