Лаборатория № 24 «Методов и технических средств структурного анализа, контроля и прогнозирования состояния процессов и объектов»

В 1962 г. в Институте была организована Лаборатория магнитных и магнитно-полупроводниковых устройств систем автоматического управления и вычислительной техники, основателем и руководителем которой со дня её создания до 1991 г. был д.т.н., профессор Морис Аронович Розенблат. В 1991 г. заведующим лабораторией № 24 стал д.т.н., профессор Алексей Антонович Ромащёв. В 2006 г. на должность заведующего лаб. № 24 был избран д.т.н., профессор Игорь Борисович Ядыкин.

Заведующий лабораторией № 24 Игорь Борисович ЯдыкинЕщё до создания лаб. № 24 в Институте выполнялись исследования по использованию магнитных свойств различных материалов для построения технических средств автоматики, систем управления и вычислительной техники. Разрабатывались принципы построения, методы расчёта и проектирования магнитных усилителей, модуляторов, высокочувствительных датчиков напряжённости магнитного поля. В последующие годы в лаборатории были разработаны комплексы быстродействующих магнитных операционных усилителей и решающих элементов, аналоговые запоминающие устройства, накопительные счётчики, адаптивные элементы и матрицы, интегральные запоминающие устройства на подвижных магнитных доменах. При разработке комплексов магнитно-полупроводниковых устройств памяти, контроля и управления исследовались методы повышения их точности, надёжности и отказоустойчивости с учётом действующих магнитных помех.

Возрастающие требования к эффективности и надёжности систем математического контроля и управления стимулировали исследования проблем, возникающих при управлении сложными системами. В ходе исследований решались задачи, связанные не только с контролем и управлением системами, функционирование и развитие которых характеризуются изменениями во времени их структуры и параметров, но и с разработкой принципов проектирования унифицированных программируемых преобразователей для создания разнообразных типов интеллектуальных измерительных устройств нижнего уровня. Интеллектуализация позволяет резко сократить объём и повысить достоверность информации, поступающей на верхние уровни систем контроля и |управления.

По результатам исследований создан ряд методов идентификации и оперативного прогнозирующего контроля состояния технических объектов и систем, нарушение нормальной работы которых грозит техногенными авариями и катастрофами. На базе идей прогнозирующего контроля разработаны методы ускоренных испытаний на надёжность объектов с длительным сроком активного состояния, достигающим десятков тыс. часов. На практике, например, при проектировании или испытании объектов, в том числе типа «чёрного ящика», для идентификации и оценивания параметров объектов может быть использован метод тестовых сигналов (А. А. Ромащёв).


МОРИС АРОНОВИЧ РОЗЕНБЛАТ

18.11.19156.11.1997

Розенблат Морис АроновичДоктор технических наук, профессор, академик Российской академии информатизации Морис Аронович Розенблат был человеком весьма необычной судьбы.

Он родился в 1915 г. в г. Нью-Йорке. Трудовую деятельность Морис Аронович начал в США в возрасте 14 лет, работая по найму в г. Нью-Йорке. В 1932 г. вместе с родителями прибыл в СССР. С 1932 по 1936 гг. работал слесарем-мотористом на автозаводе им. Лихачёва в Москве. С 1936 по 1941 гг. был слушателем Военной электротехнической академии, а затем студентом политехнического института в г. Ленинграде по специальности «электроизмерительная техника». Во время войны с белофиннами пошёл добровольцем в действующую армию, награждён именными часами. С 1941 по 1944 гг. работал на инженерно-технических должностях на заводах Москвы и Саратова.

В Институт проблем управления (тогда Институт автоматики и телемеханики) Морис Аронович пришёл аспирантом в 1944 г. В 1962 г. он стал заведующим лабораторией магнитных и магнитно-полупроводниковых устройств систем автоматического управления и вычислительной техники, работой которой руководил с 1962 по 1991 гг., а с 1991 г., будучи старейшим сотрудником Института, до конца своей жизни продолжал направлять деятельность лаборатории в должности главного научного сотрудника.

За время работы в Институте проблем управления им заложены фундаментальные основы построения и созданы принципы технической реализации магнитных усилителей и магнитно-полупроводниковых средств сбора, преобразования, обработки и хранения информации для информационных, автоматических управляющих и вычислительных систем. Фактически в этой области М. А. Розенблатом создана отечественная научная школа.

Полученные Морисом Ароновичем результаты изложены в его многочисленных научных трудах, изобретениях и монографиях, многие из которых переведены на иностранные языки. Его монографии стали настольными книгами специалистов, работающих в области технических средств информационных, управляющих и вычислительных систем.


Полученные в лаб. № 24 результаты по идентификации и прогнозированию состояния нестационарных нелинейных объектов могут быть использованы также при решении проблем, связанных с анализом состояния и управлением динамическими системами, в том числе экономической природы, со сложной иерархией структур (д.ф.-м.н. В. Г. Клепарский). Вот краткий перечень решённых при этом задач: выделение динамических подсистем или подструктур, оказывающих краткосрочное, среднесрочное и долгосрочное влияние на эволюцию системы в целом; прогнозирование поведения каждой из этих подсистем; выявление закономерностей формирования канала аттракции, то есть совокупности траекторий движения, характеризующей эволюцию сложной иерархической системы в целом.

Начиная с 2007 г., в лаборатории развивается новое направление фундаментальных исследований — решение проблем управления в большой электроэнергетике. Большие электроэнергетические системы типа Единой энергетической системы (ЕЭС) России являются примером инфраструктурных динамических систем, управление которыми связано с преодолением сложности описания и высоким порядком их математических моделей. В настоящее время лаборатории Института (№ 1, 24, 38 и 41) исследуют данное направление. Координирует эти работы лаб. № 24. Институт выполняет исследования по хоздоговорам с Системным оператором ЕЭС России, принимает участие в Программах FP7 по выполнению проекта «Интеллектная координация оперативного и противоаварийного управления энергообъединениями Европейского Союза и России». В этом направлении лабораториями Института разработаны методы идентификации моделей сложных энергосистем для определения степени участия энергетических предприятий в общем нормированном регулировании частоты и мощности в ЕЭС по данным наблюдений о состоянии энергосистем.

Другое направление этих исследований — разработка новых методов синтеза автоматических регуляторов заданной структуры, повышающих степень устойчивости электромеханических колебаний во взаимосвязанных энергосистемах. Стадия автоматического предотвращения развития аварии становится актуальной при нарушении устойчивости ЕЭС России и высоком риске развития аварий с тяжёлыми последствиями для системы и потребителей. Как свидетельствуют данные обследований, проводимых в промышленности, классический пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) закон регулирования до сих пор доминирует в сфере регулирования непрерывных динамических объектов в электроэнергетике. Предложены робастные Н2-оптимальные алгоритмы настройки регулятора заданной структуры, основанные на использовании в алгоритмах настройки робастной эталонной модели. Разработан смешанный H2/H-метод для оптимальной настройки регуляторов фиксированного порядка для объектов управления с одним входом и одним выходом и многоконтурных объектов со многими входами и многими выходами, представленных реализацией в пространстве состояний. Полученные результаты открывают новое научное направление — направление робастной оптимизации сложных ПИД-регуляторов на основе решения задач условной минимизации H2-нормы разности передаточных функций замкнутых настраиваемой и эталонной систем при ограничениях на H-норму передаточной функции настраиваемой системы в форме линейных матричных неравенств. Введены понятия и даны определения граммианов адаптируемости в форме управляемости и в форме наблюдаемости. Доказаны теоремы, устанавливающие свойства этих системных инвариантов настраиваемой системы управления со свойствами разрешимости уравнений Ляпунова и Сильвестра.

В лаб. № 24 имеется также сектор, руководимый Н. Э. Менгазетдиновым, занимающийся разработкой принципов построения и методов технической реализации средств автоматики нижнего уровня, обеспечивающих измерение, преобразование, первичную обработку и передачу информации на верхние уровни систем контроля и управления. Предложены и исследованы алгоритмы и схемотехнические решения для измерения и преобразования сигналов, основанные на принципах инвариантности и обеспечивающие автоматический выбор диапазона измерения, учёт факторов влияния и индивидуальных характеристик канала измерения, включая характеристики чувствительных элементов. Созданы опытные образцы унифицированного малогабаритного микроконтроллера, предназначенного для встраивания в конструкции интеллектуальных датчиков.

В настоящее время работа ведётся в следующих основных направлениях: 

  • дальнейшее исследование и разработка математических и методологических основ идентификации, оценивания параметров и прогнозирования состояния нестационарных объектов и процессов; разработка методов анализа и описания процесса временной эволюции локальных и интегральных изменений параметров порядка, то есть параметров, определяющих характер эволюции систем со сложной иерархической структурой; разработка соответствующих моделей формирования мультифрактальных аттракторов;
  • исследование и определение классов сочетаний первичных преобразователей и методов измерений, для каждого из которых могут быть сформулированы единые требования к устройствам обработки и преобразования информации с позиций создания унифицированных измерительных микросистем со встроенным «интеллектом». 

Важной прикладной работой лаборатории является участие в разработке верхнего блочного уровня АСУ ТП АЭС.

Полученные в лаборатории теоретические и практические результаты используются в различных отраслях народного хозяйства.

Сотрудниками лаборатории опубликовано более 400 научных работ и 17 монографий.