Отчет о выполнении плана НИР за 2003 г.

В отчетном году лаборатория УСС продолжала выполнение госбюджетной НИР "Анализ и синтез алгоритмов адаптивного и локально-оптимального управления нелинейными колебаниями многомерных систем в условиях помех" в рамках Комплексной программы РАН "Управление и автоматизация" (раздел 2.3.7).

В 2003 г. выполнены работы по анализу качества локально-оптимальных алгоритмов возбуждения колебаний нелинейных осцилляторов при наличии сингулярностей.

Получены следующие основные результаты:

• Предложены и обоснованы новые алгоритмы нелинейных адаптивных наблюдателей для нестационарных неустойчивых (в том числе хаотических) систем с относительным порядком, превышающим единицу. Сложность предложенных алгоритмов меньше, чем для других алгоритмов, известных из литературы. Результаты применены к задаче передачи сигналов на основе хаотической системы Дуффинга. (Д.В. Ефимов, А.Л. Фрадков).
• Проанализировано состояние исследований в области приложений управления хаотическими системами по материалам более 200 публикаций в рецензируемых журналах. Определены наиболее актуальные направления развития области.
• Проведена экспериментальное сравнение алгоритмов синхронизации хаотических осцилляторов в задаче передачи сигналов (Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков).
• Предложены локально-оптимальные алгоритмы подавления хаоса при вращении космического летательного аппарата, отличающиеся от известных меньшим требуемым уровнем управляющего воздействия (Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков).
• Получены достаточные условия строгой пассивности и устойчивости по входу частично устойчивых систем (И.В. Мирошник).
• Предложен и исследован методом молекулярной динамики алгоритм импульсного управления диссоциацией линейных трехатомных молекул на основе метода скоростного градиента (А.Л. Фрадков, А.А. Ефимов).

Возможное практическое использование результатов

Алгоритмы управления синхронизацией и алгоритмы адаптивного наблюдения возможно использовать в вибрационных установках и системах связи. Разработанные алгоритмы и прикладные программы планируется использовать при разработке и проектировании антропоморфных шагающих механизмов; мини-роботов и облегченных гиперизбыточных манипуляторов типа "хобот", "змея", "ферма"; автономных мобильных, в том числе колесных роботов. Разработанные алгоритмы и прикладные программы управления механическими системами используются в учебно-исследовательских мехатронных комплексах в Межвузовско-академическом центре коллективного пользования "Мехатронные и мобильные комплексы", см. веб-сайт /www.ccslab.nm.ru/center/.

Публикации

Монографии, сборники и препринты:

1. I.V. Miroshnik. MINICOURSE. Nonlinear Systems: Analysis and Design. Центр дистанционного обучения ИТМО.2003.
2. Сборник статей: Управление молекулярными и квантовыми системами. Перевод с английского И.А. Макарова, под редакцией А.Л.Фрадкова и О.А.Якубовского. Изд-во "Регулярная и хаотическая динамика", 2003, 430 с.
3. Никифоров В.О. Адаптивное управление с компенсацией возмущений. СПб.: Наука, 2003.
4. Фрадков А.Л. Кибернетическая физика: принципы и примеры. СПб.: Наука, 2003.

Статьи в журналах и сборниках:

1. Андриевский Б.Р., Фрадков А.Л. Управление хаосом: Методы и приложения. I. Методы. Автоматика и телемеханика, 2003, © 5. с. 3-45.
2. Бондарко В.А., Фрадков А.Л. Необходимые и достаточные условия пассифицируемости линейных распределенных систем. Автоматика и телемеханика, 2003, No 4, с. 3-17.
3. Гордеев С.К., Гузенко П.Ю., Кукушкин С.А., Осипов А В., Фрадков А.Л. Влияние нелинейных реакций синтеза углерода на зарождение пор в углеродных наноматериалах и методы управления углеродными наноструктурами, Ж. Физич. Химии, © 11, 2003.
4. Томчин Д.А., Фрадков А.Л. Информационный портал по системам и управлению. Информационно-управляющие системы, © 1, 2003г, с. 47-51.
5. Томчин Д.А., Фрадков А.Л. Научно-информационный портал "РУСИКОН". Автоматика и телемеханика, 2003, N 11.
6. Fradkov A.L. Passification of nonsquare linear systems and Yakubovich-Kalman-Popov Lemma. Europ. J. Contr. No 6, 2003.

Труды конференций:

1. Бобцов А.А., Ефимов Д.В. Адаптивная стабилизация аффинных нелинейных систем с функциональной неопределенностью. Сборник докладов Всероссийской научной конференции "Управление и информационные технологии", СПбГЭТУ, Санкт-Петербург, 2003, с. 172-177.
2. Бобцов А.А., Ефимов Д.В. Робастно-адаптивное управление нелинейной системой с функциональной неопределенностью. Труды 2-ой Международной конференции по проблемам управления, ИПУ, Москва, 2003, с. 68.
3. Ефимов Д.В. Адаптивный наблюдатель для класса нелинейных систем. Труды 2-ой Международной конференции по проблемам управления, ИПУ, Москва, 2003, с. 91.
4. Ananjevsky M., Efimov A., Fradkov A., Krivtsov A. Resonance and Speed-Gradient Design of Control Algorithms for Dissociation of Diatomic Molecule Ensembles. Proc. Intern.Conf. "Physics and Control 2003", St.Petersburg, Aug.20-22, 2003, pp.867-878.
5. Andrievsky B.R. Phase relations in the synchronized motion of two-pendulum system // 2003 Int. Conf. "Physics and Control" Proc. Eds. A.L. Fradkov, A.N. Churilov. St.Petersburg, Russia, 2003. pp. 569-576.
6. Andrievsky B.R., and A.L. Fradkov, "Combined adaptive controller for UAV guidance" // Proc. European Control Conference ECC 2003,1 - 4 September, University of Cambridge, UK.
7. Andrievsky B.R., Fradkov A.L. Combined adaptive flight control system. Proc. 5th Intern. ESA Conference on Spacecraft Guidance, Navigation and Control Systems, Frascati, Italy, 22-25 October, 2002, (ESA-516, Feb. 2003), pp. 299-302.
8. Andrievsky B.R., Fradkov A.L. In-phase and antiphase synchronization of nonlinear oscillators // The 4th International Conference "Tools for Mathematical Modelling" (MATHMOD 2003). Abstracts. St.Petersburg, June 23-25, 2003, p. 12.
9. Andrievsky, B.R., and A.L. Fradkov. UAV guidance system with combined adaptive autopilot // Proc. IASTED International Conference on Intelligent Systems and Control. June 25-27, 2003, Salzburg, Austria, Ed. M.H. Hamza, ACTA Press, pp. 91-93.
10. Bobtsov A.A., Efimov D.V. Adaptive stabilization of nonlinear system with functional uncertainty. European Control Conference, Cambridge, September 1-4, 2003.
11. Borisenok, S.V., Yu.V. Rozhdestvensky, A.L. Fradkov, B.R. Andrievsky, B.G. Matisov. Speed-gradient control of cooled atom dynamics in potential of standing wave // 2003 Int. Conf. "Physics and Control" Proc. Eds. A.L. Fradkov, A.N.Churilov. St.Petersburg, Russia, 2003. pp. 909-912.
12. Efimov A.A. Performance analysis of some dissociation control algorithms for the diatomic molecule model. 4th International Conference Tools for Mathematical Modelling (MATHTOOLS'03), St.Petersburg, June 23-28, 2003. Book of abstracts, Spb, "Nestor", 2003, p. 50.
13. Efimov A.A., Fradkov A.L., Krivtsov A.M. Feedback design of control algorithms for dissociation of diatomic molecules. Proc. Europ.Contr. Conf. ECC 2003, Cambridge, UK, 1-4 Sept. 2003.
14. Efimov D.V. Adaptive Nonlinear Partial Observers For Time-Varying Chaotic Systems. Proc. of 4th Int. Conf. "Tools for mathematical modelling", Saint Petersburg, 2003, p. 51.
15. Efimov D.V. Switching adaptive control of affine nonlinear system . European Control Conference, Cambridge, September 1-4, 2003.
16. Efimov D.V., Fradkov A.L. Adaptive nonlinear partial observers with application to time-varying chaotic systems. Proc. IEEE Conf. Control Applications. Istanbul, June 23-25, 2003, WdM1-2.
17. Fradkov A.L., Andrievsky B.R. Damping the spinning spacecraft via low level control. Proc. 10th Int. Conf. "Integrated Navigation and Control Systems", St.Petersburg, 2003, 106-108.
18. Fradkov A.L., Andrievsky B.R. Synchronization analysis of nonlinear oscillators // Proc. 22nd IASTED International Conference "Modelling, Identification and Control", Feb. 10-13, 2003, Innsbruck, Austria. No 820, pp. 219-224.
19. Fradkov, A.L., and B.R. Andrievsky. Adaptive control of Metzler business cycle model // Proc. of the IASTED International Conference on Intelligent Systems and Control. June 25-27, 2003, Salzburg, Austria, Ed. M.H. Hamza, ACTA Press, pp. 126-128.
20. Miroshnik I.V, Olkhovskaya E. Spatial problems of nonlinear dynamics. Motivation and analysis. Int. Conference Physics and Control (PhisCon 2003), Санкт-Петербург, 2003.
21. Miroshnik I.V., Boltunov G.I., Gorelov D.P. Control of configuration and trajectory motion of redundant robots // IFAC Symposium on Robot Control (SYROCO'03), 2003.
22. Miroshnik I.V., Chepinsky S.A. Trajectory motion control of underactuated manipulators // IFAC Symposium on Robot Control (SYROCO'03), 2003.

Участие в конференциях, проведение конференций

При активном участии сотрудников лаборатории проведена Международная конференция "Физика и управление" (Physics and Control 2003) в Санкт-Петербурге 20-22 августа 2003 г., в которой приняли участие около 250 ученых из 33 стран. Со-председатели Международного программного комитета конференции - академики РАН Ж.И. Алферов и В.Г. Пешехонов; председатель Организационного комитета - профессор А.Л. Фрадков.

Сотрудники лаборатории выступали с докладами на:

1. Международной конференции "Физика и управление" (Physics and Control 2003), Санкт-Петербург, 20-22 августа 2003 г.
2. Международной конференции "European Control Conference" (ECC 2003),1 - 4 сентября, 2003, Кембридж, Великобритания.
3. Международной конференции "Tools for Mathematical Modelling" (MATHMOD 2003), Санкт-Петербург, 23-25 июня 2003.
4. Международной конференции IASTED "Intelligent Systems and Control." 25-27 июня, 2003, Зальцбург, Австрия.
5. Международной конференции IASTED "Modelling, Identification and Control", 10-13 февраля 2003, Инсбрук, Австрия.
6. Международной конференции IEEE "Conference Control Applications" (CCA 2003), 23-25 июня 2003, Стамбул, Турция.
7. Международном симпозиуме IUTAM "Symposium on Chaotic Dynamics and Control of Systems and Processes in Mechanics", июнь 2003, Рим.
8. Международном симпозиуме IFAC "Symposium on Robot Control" (SYROCO'03), 2003.
9. Второй Международной конференции по проблемам управления, ИПУ, Москва, 2003.
10. Всероссийской научной конференции "Управление и информационные технологии", СПбГЭТУ, Санкт-Петербург, 2003.

В том числе были сделано 5 пленарных докладов:

1. Фрадков А.Л. Применение методов теории управления к исследованию физических систем. Доклад на сессии бюро Отделения энергетики, механики, проблем машиностроения и систем управления РАН. Москва, 25 февраля 2003.
2. Фрадков А.Л. Кибернетическая физика: исследование физических систем кибернетическими методами. Пленарный доклад на Всероссийской научной конференции "Управление и информационные технологии" (УИТ-2003), С.-Петербург, СПбГЭТУ, 3-4 апреля 2003.
3. Fradkov A.L. Control applications in physics: from control of chaos to quantum control. (Invited Plenary Lecture). Preprints of the 3rd IFAC Workshop "DECOM-TT 2003", Istanbul, June 26-28, 2003, pp.47-48.
4. Fradkov A.L., Control of chaos: Onset of cybernetical physics. The 4th Int. Conference "Tools for Mathematical Modelling" (MATHMOD 2003), St.Petersburg, June 23-25, 2003, (Plenary talk).
5. Fradkov A.L., Cybernetical physics: blend of physics and control. Intern. Conf. "Physics and Control 2003", St.Petersburg, Aug.20-22, 2003, (Plenary talk).