Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Русский Русский
English English

Проезд
Карта сайта
НовостиОб институтеЛабораторииСоветыДиссертационный советОбразованиеКонференции, семинарыЖурналы, книги, ресурсыБиблиотекаПрофсоюзСотрудникам

Лаборатория механики управляемых систем. Подробная информация

См. также Общие сведения о лаборатории

Основные достижения

Сформулирован и обоснован метод малого параметра для слабоуправляемых систем и с его помощью исследованы проблемы динамики управляемых механических систем, содержащих упругие и диссипативные элементы, в том числе роботов с упругими звеньями и шарнирами.

Предложен и обоснован метод последовательных приближений для численного решения задач оптимального управления, который был первым вычислительным методом, основанным на принципе максимума Л. С. Понтрягина. Метод получил широкую известность в России и за рубежом как метод Крылова–Черноусько.

На основе разработок, выполненных сотрудниками лаборатории, были созданы методики расчётов движения спутников и космических летательных аппаратов относительно центра масс. Созданные коллективом вычислительные методы оптимального управления и решения вариационных задач вошли в вычислительную практику и широко использовались для расчёта оптимальных траекторий летательных аппаратов, трасс нефтепроводов, а также при расчёте и оптимизации сложных конструкций, в том числе элементов авиационных конструкций.

Исследованы важные классы дифференциальных игр в условиях переменной информированности, в частности, при наблюдениях, дискретных во времени и в условиях запаздывания информации.

Разработан метод эллипсоидов для оптимального оценивания множеств достижимости систем с дискретным и непрерывным временем, предложены его обобщения для нелинейных систем, а также на случай использования нескольких аппроксимирующих эллипсоидов. Методы гарантированного оценивания фазового состояния динамических систем использовались для оценки точности авиационных навигационных систем.

Разработаны новые подходы для построения управления механическими системами в условиях неполной информации о параметрах системы, при наличии внешних возмущений, неполных и неточных измерений вектора фазового состояния.

Коллектив лаборатории внес вклад в развитие теории дифференциальных уравнений и методов математической физики. Выполнен большой цикл работ, посвященных методам построения эффективных (усредненных) характеристик для упругих композиционных материалов и исследованию задач статики и динамики сильно неоднородных упругих сред.

Предложены новые вариационные постановки начально-краевых задач для динамических систем с распределенными параметрами. На основе этих обобщенных формулировок разработаны эффективные подходы к численному решению задач оптимального управления в механике и термодинамике и оценки точности получаемых решений.

Методами теории оптимального управления выявлены предельные возможности противоударной изоляции объектов, расположенных на подвижном основании. Определены оптимальные законы управления активными системами безопасности, предотвращающими травмы, причиняемые ударами, на транспорте, в промышленности, в спорте и других сферах деятельности человека.

Результаты работ коллектива нашли широкое применение при разработке новых типов манипуляционных роботов, а также при создании принципиально новых мобильных роботов, способных перемещаться по вертикальным и наклонным поверхностям, в областях сложной формы, а также в трубах.

Исследованы мобильные системы, в том числе капсульные роботы и многозвенные механизмы, использующие новые принципы перемещения, сходные с принципом перемещения змей и других животных. Движение осуществляется за счет изменения конфигурации системы и перемещения внутренних масс. Разработаны конструкции и оптимизированы параметры таких систем, решены задачи оптимального управления с целью максимизации средней скорости системы и минимизации энергозатрат. Созданы прототипы механизмов, проведены экспериментальные исследования, получены авторские свидетельства.

Общая информация

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 его сотрудников в развитии науки отмечены двумя Государственными премиями в области науки и техники, Премией Ленинского комсомола в области науки, премией Кербера за европейскую науку, премией А. фон Гумбольдта, Золотой медалью им. С.А. Чаплыгина РАН, премией и медалью им. А.Ю. Ишлинского, несколькими премиями РАН им. А.А. Андронова, медалями Российской академии наук для молодых ученых РАН и другими премиями и наградами.

Лаборатория имеет богатый опыт сотрудничества с российскими и зарубежными научными организациями, выполняя работы по проектам РФФИ, РНФ, Программам РАН, грантам Министерства науки и образования, а в рамках международных научных проектов – с учеными Германии, США, Франции, Японии, Китая, Норвегии. Сотрудники лаборатории состоят в редколлегиях журналов: Известия РАН. Теория и системы управления; Дифференциальные уравнения; Journal of Optimization Theory and Applications; Nonlinear Dynamics; Optimization and Engineering; Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems; Multibody System Dynamics; Meccanica; Autonomous Robots; Applied and Computational Mathematics; Functional Analysis and Other Mathematics; Vietnam Journal of Mechanics; Facta Universitatis (г. Ниш, Сербия). Основатель лаборатории академик РАН Ф.Л. Черноусько является членом Международной академии астронавтики, Европейской академии наук, Сербской академии наук и искусств, научных обществ GAMM, EUROMECH, ISIMM, членом Бюро Международного союза по теоретической и прикладной механике (IUTAM).

Сотрудники лаборатории ведут педагогическую работу в ряде ведущих вузов Москвы.

Наиболее значимые публикации сотрудников лаборатории

Книги

  1. Черноусько Ф.Л., Баничук Н.В. Вариационные задачи механики и управления. Численные методы. М.: Наука, 1973.
  2. Черноусько Ф.Л., Колмановский В.Б. Оптимальное управление при случайных возмущениях. М.: Наука, 1978.
  3. Черноусько Ф.Л., Меликян А.А. Игровые задачи управления и поиска. М.: Наука, 1978.
  4. Черноусько Ф.Л., Акуленко Л.Д., Соколов Б.Н. Управление колебаниями. М.: Наука, 1980.
  5. Болотник Н.Н. Оптимизация амортизационных систем. М.: Наука, 1983.
  6. Акуленко Л.Д. Асимптотические методы оптимального управления. М.: Наука, 1987.
  7. Черноусько Ф.Л. Оценивание фазового состояния динамических систем. Метод эллипсоидов. М.: Наука, 1988.
  8. Черноусько Ф.Л., Болотник Н.Н., Градецкий В.Г. Манипуляционные роботы. М.: Наука, 1989.
  9. Chernousko F.L. State Estimation for Dynamic Systems. Boca Raton: CRC Press, 1994.
  10. Melikyan А.А. Generalized Characteristics of First Order PDEs: Applications in Optimal Control and Differential Games, Birkhauser, Boston, 1998. DOI: 10.1007/978-1-4612-1758-9
  11. Нестеров С.В., Шамаев А.С., Шамаев С.И. Методы, процедуры и средства аэрокосмической компьютерной радиотомографии приповерхностных областей Земли. Изд. "Научный мир", 1996.
  12. Balandin D.V., Bolotnik N.N., Pilkey W.D. Optimal Protection from Impact, Shock, and Vibration. Amstardam: Gordon and Breach Science Publishers, 2001.
  13. Черноусько Ф.Л., Ананьевский И.М., Решмин С.А. Методы управления нелинейными механическими системами. М:. Физматлит, 2006.
  14. Шамаев А.С., Пятницкий А.Л., Чечкин Г.А. Усреднение. Методы и некоторые приложения, Новосибирск, Университетская книга, 2006.
  15. Chernousko F.L., Ananievski I.M., Reshmin S.A. Control of Nonlinear Dynamical Systems. Methods and Applications, Berlin, Heidelberg: Springer, 2008.
  16. Актуальные проблемы механики: Современная механика и развитие идей В.Г. Шухова; сб. трудов (отв. ред. Ф.Л. Черноусько). М.: Наука, 2011.
  17. Kostin G.V., Saurin V.V. Integrodifferential Relations in Linear Elasticity. Berlin: De Gruyter, 2012.
  18. Меликян А.А. Обобщенные характеристики уравнений в частных производных первого порядка. М.-Ижевск: Ин-т компьютер. исслед., 2014.
  19. Черноусько Ф.Л., Акуленко Л.Д., Лещенко Д.Д. Эволюция движений твердого тела относительно центра масс. М.-Ижевск: Ин-т компьютер. исслед., 2015.
  20. Chernousko F.L., Akulenko L.D., Leshchenko D.D. Evolution of Motions of a Rigid Body About its Center of Mass. Springer, 2017.
  21. Kostin G.V., Saurin V.V. Dynamics of Solid Structures: Methods Using Integrodifferential Relations. Berlin: De Gruyter, 2018.

Статьи

  1. Черноусько Ф.Л. Декомпозиция и субоптимальное управление в динамических системах. // ПММ. 1990. Т. 54. Вып. 6. С. 883-893. [elibrary]
    = Chernous'ko F.L., Decomposition and suboptimal control in dynamical systems, J. Appl. Math. Mech., 1990. Vol. 54. No. 6, P. 727-734. DOI: 10.1016/0021-8928(90)90001-Q
  2. Ananjevskii I.M., Kolmanovski V.B. Stabilization of some nonlinear hereditary mechanical systems. Journal of Nonlinear Analysis: Theory, Methods & Applications. 1990. Vol. 15. No. 2. P. 101-114. DOI: 10.1016/0362-546X(90)90116-X
  3. Chernousko F.L.. Ellipsoidal state estimation for dynamical systems. Nonlinear Analysis. 2005. Vol. 63. P. 872-879. DOI: 10.1016/j.na.2005.01.009
  4. Chernousko F.L., Reshmin S.A. Time-optimal swing-up feedback control of a pendulum. Nonlinear Dynamics, vol. 47, N 1-3, 2007, p. 65-73. DOI: 10.1007/s11071-006-9059-3
  5. Болотник Н.Н., Фигурина Т.Ю. Оптимальное управление прямолинейным движением твердого тела по шероховатой плоскости посредством перемещения двух внутренних масс. // ПММ. 2008. Т. 72. Вып. 2. С. 216-229. [elibrary]
    = Bolotnik N.N., Figurina T.Yu., Optimal control of the rectilinear motion of a rigid body on a rough plane by means of the motion of two internal masses, J. Appl. Math. Mech. 2008, Vol. 72. No. 2. P. 126-135 DOI: 10.1016/j.jappmathmech.2008.04.013
  6. Ovseevich A. Stochastic approach to comparison of ellipsoidal and interval estimates, Russian Journal of Math. Phys. 2009. Vol. 16. No. 4. P. 528-534. DOI: 10.1134/S1061920809040074
  7. Melikyan A.A., Ovseevich A.I., Universal Surfaces and Smooth Solutions of Bellman's Equations, Russian Journal of Math. Phys. 2011. Vol. 18. No. 2, P. 176-182. DOI: 10.1134/S1061920811020063
  8. Романов И.В., Шамаев А.С. Управление колебаниями мембран и пластин с помощью граничных сил. // Доклады Академии наук. 2011. Т. 438. № 3. С. 318-322. [elibrary]
    = Romanov I.V., Shamaev A.S., Control of vibrations of membranes and plates by boundary forces, Doklady Mathematics. 2011. Vol. 83. No. 3. P. 425-429. DOI: 10.1134/S1064562411030227
  9. Шумилова В.В. Об усреднении задачи вязкоупругости с долговременной памятью. Мат. заметки. 2013. Т. 94. № 3. С. 441-454. DOI: 10.4213/mzm8897
    = Shumilova V.V. Homogenizing the viscoelasticity problem with long-term memory. Math. Notes. 2013. Vol. 94. No. 3-4. P. 414-425. DOI: 10.1134/S0001434613090125
  10. Shamaev A., Knyazkov D. An Effective Method of Electromagnetic Field Calculation. Lecture Notes in Computer Science. Berlin/Heidelberg: Springer. 2013. V. 8236. P. 487-494. DOI: 10.1007/978-3-642-41515-9_55
  11. Гавриков А.А. О малых колебаниях эмульсии двух слабовязких сжимаемых жидкостей // ПММ. 2013. Т. 77. Вып. 5. С. 725-742. [elibrary]
    = Gavrikov A.A., Small oscillations of an emulsion of two weakly viscous compressible liquids, J. Appl. Math. Mech. 2013. Vol. 77. No. 5, P. 519-531. DOI: 10.1016/j.jappmathmech.2013.12.007
  12. Костин Г.В. Моделирование вынужденных движений упругой балки на основе метода интегродифференциальных соотношений // ПММ. 2013. Т. 77. Вып. 1. С. 83-101. [elibrary]
    = Kostin G.V., Modelling of the forced motions of an elastic beam using the method of integrodifferential relations, J. Appl. Math. Mech. 2013. Vol. 77. No. 1. P. 57-69. DOI: 10.1016/j.jappmathmech.2013.04.008
  13. Chernousko F.L., Bolotnik N.N., Figurina T.Yu. Optimal control of vibrationally exited locomotion systems, Regular and Chaotic Dynamics, V. 18, № 1-2, p. 85-99, 2013. DOI: 10.1134/S1560354713010061
  14. Шматков А.М. Об аномалии в колебаниях полюса Земли // Доклады Академии наук. 2014. Т. 454. № 1. С. 47-50. DOI: 10.7868/S0869565214010125 [elibrary]
    = Shmatkov A.M., The Anomaly in Oscillations of the Earth's Pole, Doklady Physics. 2014. Vol. 59. No. 1. С. 26-29. DOI: 10.1134/S1028335814010042
  15. Ovseevich A. A Local Feedback Control Bringing a Linear System to Equilibrium. J. Optim. Theory Appl. 165, 532-544 (2015). DOI: 10.1007/s10957-014-0636-1
  16. Davydov O., Kostin G., Saeed A. Polynomial finite element method for domains enclosed by piecewise conics. Computer Aided Geometric Design. 2016. Vol. 45. P. 48-72. DOI: 10.1016/j.cagd.2015.11.002
  17. 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 (AMCS). 2016. Vol. 26, N 1. P. 15-30. DOI: 10.1515/amcs-2016-0002
  18. Ананьевский И.М. Управление твердым телом, несущим осциллятор, при неполной информации // Доклады академии наук. 2018, т. 482, N 1. С. 23-27. DOI: 10.31857/S086956520003119-3 [elibrary]
    = Ananievski I.M., Control of a Rigid Body Carrying an Oscillator under Incomplete Information, Doklady Mathematics. 2018. Vol. 98. No. 2. P. 532-536. DOI: 10.1134/S1064562418060017
  19. Гревцов Н.М., Кумакшев С.А., Шматков А.М. Оптимизация по расходу топлива траектории полета неманевренного самолета методом динамического программирования // ПММ. 2017. Т. 81. Вып. 5. C. 534-543. [elibrary]
    = Grevtsov N.M., Kumakshev S.A., Shmatkov A.M., Optimization of the flight trajectory of a non-manoeuvrable aircraft to minimize fuel consumption by the dynamic programming method, J. Appl. Math. Mech., 2017. Vol. 81. No. 5, P. 368-374. DOI: 10.1016/j.jappmathmech.2018.03.004
  20. Chernousko F.L. Two- and three-dimensional motions of a body controlled by an internal movable mass, Nonlinear Dynamics. 2020. V. 99, № 1, p. 793-802. DOI: 10.1007/s11071-019-05026-1