Аннотационный отчет лаборатории УСС, 2004

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 2004 г. выполнены работы по разработке и исследованию алгоритмов нелинейного управления хаотическим вращением летательных аппаратов.

Получены следующие основные результаты:

Проанализировано состояние исследований в области нелинейного управления вращением космических аппаратов по материалам отечественных и зарубежных публикаций. Предложен и численно исследован новый алгоритм управления и стабилизации угловой скорости вращающегося спутника относительно заданного командного значения с подавлением нутационных и хаотических колебаний. Численные исследования показали эффективность метода скоростного градиента для подавления хаотической неустойчивости движения вращающегося спутника и робастность системы по отношению к возмущениям (Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков).
На основе сочетания методов скоростного градиента, энергетических целевых функций и регуляторов систем с переменной структурой получен алгоритм глобальной стабилизации неустойчивого состояния равновесия колебательной маятниковой системы с инерционным маховиком и управляющим электроприводом. Проведены численные исследования, подтверждающие достижения цели управления при произвольных начальных условиях и возможность решения задачи при малом уровне управления. Для случая неопределенности параметров системы разработан и исследован алгоритм адаптивного управления (Б.Р. Андриевский).
Метод скоростного градиента, модифицирован для гамильтоновых систем и применен для синтеза нелинейного алгоритма возбуждения колебаний заданной амплитуды буксируемого спутника-зонда. Компьютерным моделированием установлена робастность системы по отношению к изменениям динамических свойств спутника и амплитуды момента возбуждений (П.Ю. Гузенко, А.Л. Фрадков).
Получено решение задачи максимизации энергии колебаний линейного осциллятора ограниченным по уровню управлением и показано совпадение полученного решения с релейным алгоритмом скоростного градиента. Получена уточненная оценка индекса возбудимости осциллятора (Б.Р. Андриевский).
Разработаны и экспериментально исследованы на мехатронном комплексе лаборатории LAAS-CRNS (Тулуза, Франция) два алгоритма адаптивного управления с неявной эталонной моделью углом тангажа стенда "Вертолет" фирмы Quanser. Испытания алгоритмов на стенде показали хорошие динамические свойства синтезированных систем управления и их робастность по отношению к неопределенности параметров объекта, а также к дополнительным неучтенным инерционным и нелинейным звеньям в контуре управления и внешним возмущениям (Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков).

Алгоритмы подавления хаотических колебаний можно использовать при разработке систем управления космическими летательными аппаратами, в частности - для подавления колебаний вращающихся спутников, космических аппаратов с раскрывающимися панелями и изгибных колебаний в больших космических конструкциях. Разработанный метод синтеза алгоритма управления и стабилизации маятника с вращающимся ротором можно использовать при синтезе систем управления угловым положением спутников, в системах ориентации которых используются маховичные движители. Полученные результаты соответствуют мировому уровню исследований по теме работ. Так, использование метода скоростного градиента для подавления хаотических колебаний спутника позволяет достичь цели управления с уровнем управления, в несколько раз меньшим известного по другим публикациям, а быстродействие системы управления стендом "Вертолет" по предложенным адаптивным алгоритмам в 1.5-1.8 раза выше, чем с помощью алгоритма фирмы Quanser, поставляемого в составе стенда.

Выполнялись также работы по гранту РФФИ 02-01-00765, а также по программе фундаментальных исследований РАН N 19 "Управление механическими системами".

В 2004 году сотрудниками лаборатории опубликовано 53 научных работы, в т.ч. три монографии, учебник, сборник статей "Управление в физико-технических системах" (СПб-Наука, 2004, 272с); 38 статей в журналах и рецензируемых сборниках, 10 тезисов докладов.

Сотрудники лаборатории сделали 26 докладов на конференциях:

VIII Международный семинар "Устойчивость и колебания нелинейных систем управления". Москва, ИПУ РАН, 2004. (4 доклада)
XI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Санкт-Петербург, ЦНИИ "Электроприбор", 24-26 мая 2004.
16-й Симпозиум Международной федерации по автоматическому управлению (IFAC) по автоматическому управлению аэрокосмическими системами (16th IFAC Symposium on Automatic Control in Aerospace, ACA'2004). Санкт-Петербург, 15-18 июня 2004 г. (3 доклада)
6й Симпозиум Международной федерации по автоматическому управлению (IFAC) по нелинейным системам управления (6th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems, NOLCOS 2004), Штутгарт, Германия, 1-3 сентября 2004 (6 докладов).
43-я Конференция IEEE по принятию решений и управлению (43rd IEEE Conference on Decision and Control, CDC 2004), США, 15-18 декабря 2004. (4 доклада)
4-й ежегодная конференция Pоссийской Северо-западной секции IEEE. Санкт-Петербург, 9-10 июня 2004 г. (2 доклада).
10-я Международная (Балтийская) Олимпиада студентов и аспирантов по автоматическому управлению, СПбГИТМО, 26-26 мая 2004г. (3 доклада).

в том числе приглашенные доклады:

Fradkov A.L. Cybernetical physics and control of molecular systems / II Intern. Conf. "Frontiers of Nonlinear Physics". Nizhny Novgorod, July 5-12, 2004 (Invited Talk).
Fradkov A.L. Cybernetical physics: Design for analysis / Proc. XV Intern. Conf. Systems Science, Wroclaw, Sept. 7-10, 2004 (Invited Talk).
Fradkov A.L. Dynamics, Information and Control in Physical Systems / Proc. 1st IFIP Intern. Workshop on Autonomic Communication (WAC 2004). Berlin, 18-19 Oct.2004 (Invited Talk).

Поддерживались и развивались информационные вебсайты РУСИКОН (www.rusycon.ru), Physcon (www.physcon.ru) Cyber-net (cyber-net.spb.ru) сайты С.-Петербургского отделения обществ CIS, CSS, RAS Российской (Северо-Западной) секции IEEE (ieee.physcon.ru)

Проводилась подготовка к проведению 2-й международной конференции "Physics and Control" (С.-Петербург, 24-26 августа 2005г.

	Институт проблем машиноведения РАН Лаборатория "Управление сложными системами"

in English Новости и события История Научные направления и результаты Публикации Сотрудники Адрес Российский архив по системам и управлению	Отчет о научной деятельности лаборатории "Управление сложными системами" за 2004 год Отчет о выполнении плана НИР за 2004 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 2004 г. выполнены работы по разработке и исследованию алгоритмов нелинейного управления хаотическим вращением летательных аппаратов. Получены следующие основные результаты: Проанализировано состояние исследований в области нелинейного управления вращением космических аппаратов по материалам отечественных и зарубежных публикаций. Предложен и численно исследован новый алгоритм управления и стабилизации угловой скорости вращающегося спутника относительно заданного командного значения с подавлением нутационных и хаотических колебаний. Численные исследования показали эффективность метода скоростного градиента для подавления хаотической неустойчивости движения вращающегося спутника и робастность системы по отношению к возмущениям (Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков). На основе сочетания методов скоростного градиента, энергетических целевых функций и регуляторов систем с переменной структурой получен алгоритм глобальной стабилизации неустойчивого состояния равновесия колебательной маятниковой системы с инерционным маховиком и управляющим электроприводом. Проведены численные исследования, подтверждающие достижения цели управления при произвольных начальных условиях и возможность решения задачи при малом уровне управления. Для случая неопределенности параметров системы разработан и исследован алгоритм адаптивного управления (Б.Р. Андриевский). Метод скоростного градиента, модифицирован для гамильтоновых систем и применен для синтеза нелинейного алгоритма возбуждения колебаний заданной амплитуды буксируемого спутника-зонда. Компьютерным моделированием установлена робастность системы по отношению к изменениям динамических свойств спутника и амплитуды момента возбуждений (П.Ю. Гузенко, А.Л. Фрадков). Получено решение задачи максимизации энергии колебаний линейного осциллятора ограниченным по уровню управлением и показано совпадение полученного решения с релейным алгоритмом скоростного градиента. Получена уточненная оценка индекса возбудимости осциллятора (Б.Р. Андриевский). Разработаны и экспериментально исследованы на мехатронном комплексе лаборатории LAAS-CRNS (Тулуза, Франция) два алгоритма адаптивного управления с неявной эталонной моделью углом тангажа стенда "Вертолет" фирмы Quanser. Испытания алгоритмов на стенде показали хорошие динамические свойства синтезированных систем управления и их робастность по отношению к неопределенности параметров объекта, а также к дополнительным неучтенным инерционным и нелинейным звеньям в контуре управления и внешним возмущениям (Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков). Алгоритмы подавления хаотических колебаний можно использовать при разработке систем управления космическими летательными аппаратами, в частности - для подавления колебаний вращающихся спутников, космических аппаратов с раскрывающимися панелями и изгибных колебаний в больших космических конструкциях. Разработанный метод синтеза алгоритма управления и стабилизации маятника с вращающимся ротором можно использовать при синтезе систем управления угловым положением спутников, в системах ориентации которых используются маховичные движители. Полученные результаты соответствуют мировому уровню исследований по теме работ. Так, использование метода скоростного градиента для подавления хаотических колебаний спутника позволяет достичь цели управления с уровнем управления, в несколько раз меньшим известного по другим публикациям, а быстродействие системы управления стендом "Вертолет" по предложенным адаптивным алгоритмам в 1.5-1.8 раза выше, чем с помощью алгоритма фирмы Quanser, поставляемого в составе стенда. Выполнялись также работы по гранту РФФИ 02-01-00765, а также по программе фундаментальных исследований РАН N 19 "Управление механическими системами". В 2004 году сотрудниками лаборатории опубликовано 53 научных работы, в т.ч. три монографии, учебник, сборник статей "Управление в физико-технических системах" (СПб-Наука, 2004, 272с); 38 статей в журналах и рецензируемых сборниках, 10 тезисов докладов. Сотрудники лаборатории сделали 26 докладов на конференциях: VIII Международный семинар "Устойчивость и колебания нелинейных систем управления". Москва, ИПУ РАН, 2004. (4 доклада) XI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Санкт-Петербург, ЦНИИ "Электроприбор", 24-26 мая 2004. 16-й Симпозиум Международной федерации по автоматическому управлению (IFAC) по автоматическому управлению аэрокосмическими системами (16th IFAC Symposium on Automatic Control in Aerospace, ACA'2004). Санкт-Петербург, 15-18 июня 2004 г. (3 доклада) 6й Симпозиум Международной федерации по автоматическому управлению (IFAC) по нелинейным системам управления (6th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems, NOLCOS 2004), Штутгарт, Германия, 1-3 сентября 2004 (6 докладов). 43-я Конференция IEEE по принятию решений и управлению (43rd IEEE Conference on Decision and Control, CDC 2004), США, 15-18 декабря 2004. (4 доклада) 4-й ежегодная конференция Pоссийской Северо-западной секции IEEE. Санкт-Петербург, 9-10 июня 2004 г. (2 доклада). 10-я Международная (Балтийская) Олимпиада студентов и аспирантов по автоматическому управлению, СПбГИТМО, 26-26 мая 2004г. (3 доклада). в том числе приглашенные доклады: Fradkov A.L. Cybernetical physics and control of molecular systems / II Intern. Conf. "Frontiers of Nonlinear Physics". Nizhny Novgorod, July 5-12, 2004 (Invited Talk). Fradkov A.L. Cybernetical physics: Design for analysis / Proc. XV Intern. Conf. Systems Science, Wroclaw, Sept. 7-10, 2004 (Invited Talk). Fradkov A.L. Dynamics, Information and Control in Physical Systems / Proc. 1st IFIP Intern. Workshop on Autonomic Communication (WAC 2004). Berlin, 18-19 Oct.2004 (Invited Talk). Поддерживались и развивались информационные вебсайты РУСИКОН (www.rusycon.ru), Physcon (www.physcon.ru) Cyber-net (cyber-net.spb.ru) сайты С.-Петербургского отделения обществ CIS, CSS, RAS Российской (Северо-Западной) секции IEEE (ieee.physcon.ru) Проводилась подготовка к проведению 2-й международной конференции "Physics and Control" (С.-Петербург, 24-26 августа 2005г.

Отчет о научной деятельности лаборатории "Управление сложными системами" за 2004 год