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

Основатель и первый зав. лаб. № 7 Яков Залманович Цыпкин

Лаборатория создана в 1956 г. Её заведующим, со дня основания до самой смерти (1997 г.) был академик Яков Залманович Цыпкин. Ныне лаборатория носит имя и продолжает традиции своего основателя, 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 Я.З. Цыпкин был инициатором подобных работ в стране и внёс огромный вклад в их разработку. Его монографии «Переходные и установившиеся процессы в импульсных цепях» (1951), «Теория релейных систем автоматического регулирования» (1955), «Теория импульсных систем» (1958), «Теория линейных импульсных систем» (1963) 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), ряд международных научных наград.

Борис Теодорович Поляк

К середине 1960-х гг. 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) и «Основы теории обучающихся систем» (1970) был предложен единый подход к анализу таких систем, основанный на технике стохастической аппроксимации.

Наконец, в начале 1990-х гг. большое внимание стало уделяться робастному управлению, то есть управлению в условиях неопределённости. В частности, был разработан годограф Цыпкина–Поляка – простой и удобный графический критерий робастной устойчивости.

В лаборатории был подготовлен ряд специалистов, позднее основавших собственные научные центры. академики Н.А. Кузнецов, Б.Н. Наумов, И.М. Макаров, Ю.С. Попков, доктора наук М.А. Красносельский, Н.А. Бобылев, В.Н. Новосельцев, А.М. Петровский, А.С. Позняк, А.И. Пропой, Э.Д. Аведьян и многие другие. В лаборатории проходили стажировку известные зарубежные ученые Л. Льюнг (Швеция) и П. Кокотович (США).

Юрий Соломонович Попков
Николай Александрович Кузнецов

С 1998 по 2013 гг. лабораторию возглавлял д.т.н. Б.Т. Поляк; с 2013 г. лабораторией заведует д.ф.-м.н., проф. РАН М.В. Хлебников.

В настоящее время в лаборатории работает 18 человек. Это доктора наук М.В. Хлебников (заведующий лабораторией), М.В. Балашов, А.В. Назин, Б.Т. Поляк, Ю.С. Попков, В.Н. Честнов, П.С. Щербаков; кандидаты наук С.Э. Парсегов, И.Г. Резков, А.А. Тремба, Д.В. Шатов; младший научный сотрудник И.А. Лебедев, ведущие инженеры В.А. Александров, Е.А. Стефанюк, техники А.Д. Кулакова, А.Л. Лукашевич.

В коллективе ведутся исследования по нескольким направлениям, среди которых можно выделить:
  –  Развитие 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. Сотрудниками лаборатории разработан ряд эффективных подходов к их решению. Один из них основан на понятии 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. Отметим также вероятностный подход к решению этих детерминированных задач. Вообще рандомизированные алгоритмы оказались весьма эффективными для решения разнообразных задач управления и оптимизации.
  –  Программа «робастизации» теории управления, восходящая к Я.З. Цыпкину. В классической теории обычно предполагается, что модель системы известна или оценивается в процессе идентификации. Между тем в реальных задачах 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 упомянутые выше методы – и сверхустойчивость, и вероятностный подход. Удобным аппаратом решения современных задач анализа и синтеза робастных систем стала классическая теория D-разбиения, развитая на новом уровне в работах сотрудников лаборатории.
  –  Исследование систем управления, подверженных воздействию произвольных ограниченных внешних возмущений и системных неопределённостей. На основе эллипсоидального описания и техники линейных матричных неравенств разработаны эффективные методы подавления внешних возмущений. Предложены алгоритмы синтеза регуляторов (с помощью обратной связи по состоянию или выходу); разработана техника фильтрации внешних возмущений.
  –  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.

 

Помимо теоретических исследований в лаборатории ведутся и прикладные работы. Сотрудниками лаборатории получен ряд патентов РФ.

Сотрудники лаборатории регулярно публикуются в ведущих отечественных и зарубежных журналах. За последние несколько лет опубликовано более 50 статей в рецензируемых журналах, сделано более 50 докладов на авторитетных российских и международных конференциях.

Среди публикаций последних лет следует отметить книгу «Яков Залманович Цыпкин (1919–1997)» (отв. ред. Б.Т. Поляк. М.: ЛКИ, 2007), посвящённую основателю лаборатории и рассказывающую о пути и достижениях лаборатории.

В монографии Поляк Б.Т, Хлебников М.В., Щербаков П.С. Управление линейными системами при неопределённостях и внешних возмущениях: техника линейных матричных неравенств. М.: УРСС, 2014, удостоенной Премии Президиума РАН имени Б.Н. Петрова 2016 г., изложен ряд результатов по недостаточно освещённому (прежде всего, в отечественной литературе) вопросу применения линейных матричных неравенств и техники инвариантных эллипсоидов к управлению линейными системами в присутствии внешних возмущений и системных неопределённостей.

Лаборатория сотрудничает с рядом ведущих мировых научных центров: University of Wisconsin–Madison (США), Technion (Израиль), Linköping University и Kungliga Tekniska högskolan (Швеция), Politecnico di Torino (Италия), INRIA (Франция), СINVESTAV (Мексика), Melbourne University (Австралия) и др.

В последние годы лаборатория участвовала в ряде международных проектов, таких как:
  –  программа сотрудничества между Российской академией наук и Национальным советом исследований Италии, проект «Методы оценивания и идентификации сигналов в интеллектуальных беспроводных сетях» (2011–2013);
  –  программа сотрудничества между Российской академией наук и Национальным советом исследований Италии, проект «Новые методы типа Монте-Карло в управлении с применением в информационных технологиях» (2008–2010);
  –  совместный российско-французский проект РФФИ-НЦНИ_а (PICS) 07-01-92166-НЦНИ_а «Робастное и адаптивное управление сложными системами» (2007–2010) и др.

Зав. лаб. № 7 Михаил Владимирович Хлебников

В настоящее время лаборатория имеет гранты РНФ и РФФИ, участвует в Программах фундаментальных исследований ОЭМППУ и Президиума РАН.

Сотрудники лаборатории неоднократно удостаивались различных премий и наград. Б.Т. Поляк, М.В. Хлебников, А.В. Назин, П.С. Щербаков – лауреаты премий ИПУ РАН им. А.А. Фельдбаума, А.М. Лётова, Я.З. Цыпкина, Б.Н. Петрова, В.С. Кулебакина. Б.Т. Поляк – обладатель премии им. А.А. Андронова Российской академии наук (1994), он первым в нашей стране получил почётное звание IFAC Fellow (2006), а ещё через 6 лет награждён «Золотой медалью Европейской ассоциации по исследованию операций» (EURO Gold Medal, 2012).

Лаборатория широко представлена в ряде редколлегий отечественных и зарубежных журналов: «Автоматика и телемеханика», «Управление большими системами», «Проблемы управления», Journal of Optimization Theory and Applications, Numerical Functional Analysis and Optimization, Computational Optimization and Applications, Control and Cybernetics, Applied and Computational Mathematics. Её сотрудники входят в состав учёных и диссертационных советов (при ИПУ РАН, ИСА РАН, ИППИ РАН); программных комитетов международных и российских научных конференций.

Сотрудники лаборатории ведут активную преподавательскую деятельность в МФТИ (П.С. Щербаков), НИУ ВШЭ (А.В. Назин), ЭПИ МИСиС (В.Н. Честнов) и др. С 2007 г. в лаборатории действует молодёжная научная школа под руководством Бориса Теодоровича Поляка.

Усилиями сотрудников лаборатории проведены десять Традиционных всероссийских молодёжных летних школ «Управление, информация и оптимизация» (2009–2018).