Лаборатория механики управляемых систем. Юбилейные материалы и достижения 2015–2025 к 60-летию ИПМех РАН
Наиболее значимые результаты за 2015–2025 гг.
- Теория оптимального управления и гарантированное оценивание
С помощью классического метода динамического программирования построены траектории движения сверхзвукового пассажирского самолёта, оптимальные по расходу топлива. Использована математическая модель воздушного судна, максимально учитывающая обычные ограничения, накладываемые на допустимые манёвры самолёта его конструктивными особенностями. Оптимальные решения найдены без предварительного разбиения полёта на отдельные участки. Несмотря на то, что при вычислениях никак не учтены ограничения, накладываемые действующими правилами полётов гражданских самолётов, оказалось, что оптимальные траектории достаточно удобны для применения в рамках этих ограничений. Выяснилось, что участки движения со скоростью, превышающей скорость звука, находятся на большой высоте.
Дозвуковые оптимальные траектории самолёта:
1 – по времени перелета,
2 – по расходу топлива.
Обычный перелет дозвукового гражданского лайнера
происходит по траектории 1.
Она существенно отличается от траектории 2,
наилучшей по расходу топлива.
Самое очевидное отличие заключается в том,
что образец не содержит горизонтальный участок
крейсерского полета. Использование траекторий типа 2,
для которых высота движения летательного аппарата
непрерывно меняется, резко повышает риск столкновения
в воздухе. Поэтому их практически не используют
Сверхзвуковые траектории,
оптимальные по расходу топлива
- Kumakshev S.A., Shmatkov A.M.
Flight trajectory optimization without decomposition into separate stages
// IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. V. 468. Article 012033.
DOI: 10.1088/1757-899X/468/1/012033
- Kumakshev S.A., Shmatkov A.M.
Optimal minimum-fuel trajectories of supersonic passenger aircraft
// Dokl. Phys. 2022. V. 67. No. 5. P. 148-152.
DOI: 10.1134/S1028335822050044
- Kumakshev S.A., Shmatkov A.M.
Optimal fuel consumption trajectories of a civil supersonic aircraft
// J. Comput. Syst. Sci. Int. 2022. V. 61. No. 4. P. 664-676.
DOI: 10.1134/S1064230722040128
- Кумакшев С.А., Шматков А.М.
Ограничения в задаче поиска оптимальных траекторий сверхзвукового неманевренного самолета
// ПММ. 2023. Т. 87. Вып. 4. С. 631-641.
pmm.ipmnet.ru/ru/Issues/2023/87-4/631
DOI: 10.31857/S0032823523040070
= Kumakshev S.A., Shmatkov A.M.
Constraints in the problem of finding optimal trajectories for a supersonic non-maneuverable aircraft
// Mech. Solids. 2023. V. 58. No. 7. P. 2586-2594.
DOI: 10.3103/S0025654423070130
- Управление в условиях неопределенности и конфликта
Решен ряд важных с практической точки зрения задач управления сложными механическими системами со многими степенями свободы. Предложен подход, позволяющий строить законы управления в форме обратной связи, с целью перемещения в заданное состояние покоя механических систем, содержащих упругие элементы, при неполной информации о фазовом состоянии и в условиях дефицита управлений.
Решен ряд важных с практической точки зрения задач управления сложными механическими системами со многими степенями свободы. Предложен подход, позволяющий строить законы управления в форме обратной связи, с целью перемещения в заданное состояние покоя механических систем, содержащих упругие элементы, при неполной информации о фазовом состоянии и в условиях дефицита управлений. Проведено математическое моделирование теплопередачи в ряде систем, состоящих из теплопроводящих тел, которые управляются термоэлектрическими элементами Пельтье. Для проверки достоверности моделей и идентификации параметров проведено несколько серий экспериментов для различных законов управления.
Управляемое перемещение
цепочки осцилляторов
Фазовый портрет для
трехмассовой системы
Экспериментальная установка
с элементом Пельтье
Результаты экспериментов
- Ovseevich A.A.
Local feedback control bringing a linear system to equilibrium
// J. Optim. Theory Appl. 2015. V. 165. P. 532-544.
DOI: 10.1007/s10957-014-0636-1
- Rauh A., Senkel L., Aschemann H., Saurin V., Kostin G.
An integrodifferential approach to modeling, control, state estimation and optimization for heat transfer systems
// International Journal of Applied Mathematics and Computer Science, Sciendo. 2016. V. 26. No. 1. P. 15-30.
DOI: 10.1515/amcs-2016-0002
- Ovseevich A., Ananievski I.
Robust feedback control for a linear chain of oscillators
// J. Optim. Theory Appl. 2021. V. 188. P. 307-316.
DOI: 10.1007/s10957-020-01765-z
- Ananievski I.
Damping of vibrations of an elastic beam by means of an active dynamic damper in the presence of disturbances
// International Journal of Non-Linear Mechanics. 2023. V. 150. Artcile 104344.
DOI: 10.1016/j.ijnonlinmec.2022.104344
- Динамика и управление робототехническими системами
Исследованы прямолинейные, плоские и пространственные движения мобильных систем с управляемой конфигурацией. Такие системы представляют собой совокупность взаимодействующих твердых тел, часть или все из которых взаимодействуют с внешней сопротивляющейся средой. Они не имеют специальных движителей (ног, колес, гусениц, гребных винтов). Движение некоторых систем данного типа имитирует движение животных, не имеющих конечностей (змеи, черви, рыбы); другие системы не имеют прямых природных аналогов, но перспективны для мобильной робототехники, в особенности для роботов, перемещающихся в стесненных пространственных условиях. Активно исследуются и широко используются капсульные роботы, состоящие из жесткого корпуса, взаимодействующего с внешней средой, и внутренних тел, которые взаимодействуют между собой и с корпусом, но не взаимодействуют со средой. Для систем с управляемой конфигурацией различных типов и конструкций построены и исследованы режимы управления, в том числе оптимальные, позволяющие осуществлять движения с заданными свойствами. Построены и исследованы режимы пространственной переориентации твердого тела при помощи нескольких подвижных масс, движущихся относительно несущего тела.
Система взаимодействующих тел,
перемещающаяся в вязкой среде
за счет изменения своей конфигурации
Алгоритм периодического движения системы
взаимодействующих тел в вязкой среде
- Chernousko F.L.
Optimal two-dimensional motions of a body controlled by a moving internal mass
// Multibody Syst. Dyn. 2019. V. 46. P. 381-398.
DOI: 10.1007/s11044-019-09676-2
- Chernousko F.L.
Two- and three-dimensional motions of a body controlled by an internal movable mass
// Nonlinear Dyn. 2020. V. 99. No. 1. P. 793-802.
DOI: 10.1007/s11071-019-05026-1
- Chernousko F.
Reorientation of a rigid body by means of auxiliary masses
// Meccanica. 2023. V. 58. P. 387-395.
DOI: 10.1007/s11012-022-01501-z
- Figurina T., Knyazkov D.
Motion of a system of interacting bodies in a medium with quadratic resistance
// Nonlinear Dyn. 2024. V. 112. P. 273-288.
DOI: 10.1007/s11071-023-09048-8
- Управление системами с распределенными параметрами
Рассмотрены проблемы управляемости для систем дифференциальных и интегро-дифференциальных уравнений с помощью управляющих воздействий, приложенных границе области и распределенных по области.
Исследованы задачи усреднения для композиционных сред с упругими и диссипативными элементами.
Предложены новые обобщенные формулировки прямых и обратных задач динамики для систем с распределенными параметрами. На основе этих формулировок разработаны вариационные и проекционные подходы к построению движения вязкоупругих и термодинамических систем, построены алгоритмы их оптимизации.
Построены модели и составлены программы для моделирования движения клеток под действием биохимических реакций (хемотаксис) и водоочистки с помощью биологически активных пленок.
Получен ряд результатов по прямым и обратным задачам движения тел в жидкой среде. Доказана принципиальная возможность идентификации параметров движения тела по локальным измерениям различных физических полей.
Построены алгоритмы и составлены программы синтеза голограмм для создания световых образов интегральных микросхем. Разработаны алгоритмы, методы и численные программы решения прямых и обратных задач дифракции на слое с переменными оптико-геометрическими характеристиками для нужд радиозондирования морской поверхности, голографии.
Получены выражения, описывающие закон управления, колебаниями поплавка, при котором его частота и декремент затухания не зависят от волнения поверхности и остаются неизменными в процессе колебаний.
Задача перемещения вязкоупругой
балочной конструкции на подвижном основании:
исходная и упрощенная модели динамической
системы с распределенными параметрами
Задача оптимального управления
динамической системой с распределенными параметрами:
перемещение упругой балки (синий цвет на рисунке)
на подвижной тележке
Схема дифракции плоской
электромагнитной волны
на слое с периодической
в двух направлениях границей
Моделирование радиозондирования среды,
составленной из слоев, которые обладают
различной диэлектрической проницаемостью
Управление колебаниями поплавка
за счет изменения его формы
Эволюция смещения центра масс
эллиптического поплавка
в зависимости от его ширины
Эволюция безразмерной частоты
колебаний эллиптического поплавка
в зависимости от его ширины
- Romanov I., Shamaev A.
Noncontrollability to rest of the two-dimensional distributed system governed by the integrodifferential equation
// J. Optim. Theory Appl. 2016. V. 170. No. 3. P. 772-782.
DOI: 10.1007/s10957-016-0945-7
- Davydov O., Kostin G., Saeed A.
Polynomial finite element method for domains enclosed by piecewise conics
// Computer Aided Geometric Design. 2016. V. 45. P. 48-72.
DOI: 10.1016/j.cagd.2015.11.002
- Shamaev A., Romanov I.
Exact bounded boundary controllability to rest for the two-dimensional wave equation
// J. Optim. Theory Appl. 2021. V. 188. No. 3. P. 925-938.
DOI: 10.1007/s10957-021-01817-y
- Piatnitski A., Shamaev A., Zhizhina E.
Mathematical multi-scale model of water purification
// Mathematical Methods in the Applied Sciences. 2023. V. 46. No. 17. P. 18185-18202.
DOI: 10.1002/mma.9552
Из истории лаборатории
Лаборатория механики управляемых систем образована в 1968 году, когда директор Института
А.Ю. Ишлинский
пригласил молодого доктора наук Ф.Л. Черноусько
организовать новое подразделение, нацеленное на исследования в области теории управления движением.
За свою более чем полувековую историю коллектив лаборатории внес существенный вклад
в развитие теории и методов управления механическими системами.
Достижения сотрудников лаборатории в развитии науки отмечены
двумя Государственными премиями в области науки и техники (1980 Ф.Л. Черноусько; 1998 Ф.Л. Черноусько, Л.Д. Акуленко),
Премией Ленинского комсомола в области науки (1971 Ф.Л. Черноусько; 1990 А.С. Шамаев),
премией Кербера за европейскую науку / Körber European Science Prize (1993 Ф.Л. Черноусько),
премией А. фон Гумбольдта / Humboldt Research Award (1998 Ф.Л. Черноусько),
Золотой медалью им. С.А. Чаплыгина РАН (2005 Ф.Л. Черноусько),
премией и медалью им. А.Ю. Ишлинского (2019 Ф.Л. Черноусько),
несколькими премиями РАН им. А.А. Андронова (1997 Л.Д. Акуленко; 2015 Ф.Л. Черноусько, И.М. Ананьевский),
медалями Российской академии наук для молодых ученых РАН (2004 С.А. Кумакшев)
и другими премиями и наградами.
Феликс Леонидович
Черноусько
академик,
зав.лаб. 1968–2004
директор Института
с 2004 по 2015 гг.
Арик Артаваздович
Меликян
(1944–2009)
член.-корр. РАН,
зав.лаб. 2004–2009
Игорь Михайлович
Ананьевский
д.ф.-м.н., профессор,
зав.лаб. 2009–наст.вр.
Сотрудники лаборатории (отдела)
механики управляемых систем
в 1976 г.
сидят (слева направо): Ильичева Татьяна Николаевна,
Пожарицкий Генрих Константинович, Солдатова Раиса Павловна,
Хейкер Ирина Сергеевна, Черноусько Феликс Леонидович,
Баничук Николай Владимирович, Мишина Алевтина Григорьевна,
Акуленко Леонид Денисович;
стоят (слева направо): Болотник Николай Николаевич,
Соколов Борис Николаевич, Братусь Александр Сергеевич,
Рощин Юрий Ростиславович, Меликян Арик Артаваздович,
Мамалыга Владимир Максимович, Колмановский Владимир Борисович,
Бородовский Марк Юрьевич, Пашков Алексей Георгиевич,
Сейранян Александр Паруйрович, Картвелишвили Василий Михайлович
Сотрудники лаборатории
механики управляемых систем, 2024 г.
1-й ряд (слева направо): Черноусько Феликс Леонидович,
Ананьевский Игорь Михайлович;
2-й ряд (слева направо): Фигурина Татьяна Юрьевна,
Солодовникова Инета Евгеньевна, Шамаев Алексей Станиславович,
Кумакшев Сергей Анатольевич, Байдулов Василий Геннадьевич;
3-й ряд (слева направо): Шумилова Владлена Валерьевна,
Костин Георгий Викторович, Князьков Дмитрий Юрьевич,
Шматков Антон Михайлович
Информация на февраль 2025 г.
|
Русский
English
