Научная школа «Системы автоматического управления

Серия издания
«Научные школы
МГТУ им. Н.Э. Баумана —
национального
исследовательского
университета
техники и технологий»
Научная школа
«Системы автоматического
управления»
МГТУ им. Н.Э. Баумана
2011
Научная школа «Системы автоматического управления»
Научная школа МГТУ им. Н.Э.Баумана в области автоматики и
автоматического управления сложилась на основе научных исследований
двух кафедр: кафедры систем автоматического управления и кафедры
автоматических систем.
Работы кафедры систем автоматического управления, созданной и
руководимой с 1948 года профессором В.В. Солодовниковым, послужили
основой для формирования научной школы по теории регулирования, по
разработке статистических методов, методов идентификации, теории
систем
с
переменными
параметрами
и
аналитических
самонастраивающихся систем, спектральных методов, принципа
сложности, развития научных основ комплексной автоматизации и АСУ
технологическими процессами.
Кафедра автоматических систем, возглавляемая академиком
Е.П. Поповым, внесла существенный вклад в создание и развитие
приближенных методов исследования и проектирования нелинейных
систем с применением гармонической линеаризации, частотных
представлений и метода малого параметра. Важные результаты были
получены в области частотных методов анализа и синтеза дискретных
систем, а также в области оптимальных систем. Существенное значение
получили прикладные исследования в области гидравлических и
электрических следящих приводов. Труды кафедры послужили основой
для создания и развития общей теории управления манипуляторами и
манипуляционными роботами.
Обе кафедры играли руководящую роль в создании капитальных
коллективных трудов по теории и технике автоматического регулирования
и управления, известных не только в нашей стране, но и за рубежом.
Начало теоретическим исследованиям, связанным с частотными
представлениями, в Советском Союзе было положено в 1938 году в ВЭИ
работами А.В. Михайлова, посвященными частотному методу анализа
устойчивости САР.
В 1939–1941 годах, также в ВЭИ, В.В. Солодовниковым впервые
было сформулировано понятие и поставлена проблема качества САР при
детерминированных
воздействиях,
даны
исходные
положения
оригинального частотного метода решения этой проблемы.
С середины сороковых годов частотный метод анализа качества в
работах того же автора получает дальнейшее развитие: дается его
математическое обоснование, устанавливается взаимосвязь частотного
метода анализа качества с частотным методом анализа устойчивости, он
распространяется на широкий класс типовых воздействий и ненулевые
начальные условия, на системы с распределенными и переменными
параметрами. Этими работами было положено начало формирования
нового раздела теории автоматического регулирования (ТАР) — анализу
переходных процессов, вызываемых детерминированными воздействиями.
Наиболее полное развитие и завершение частотный метод получил
уже в рамках научной школы МГТУ в 1948–1952 годах. В этот период
были установлены свойства, критерии и предложены теоремы,
позволяющие судить о качестве и характере переходного процесса
непосредственно по частотным характеристикам, был разработан метод
трапецеидальных частотных характеристик для анализа и построения
переходных процессов, разработаны и составлены таблицы h-функций;
разработан метод синтеза САР и их корректирующих устройств по
заданным требованиям к запасу устойчивости и качеству регулирования.
Методы синтеза основывались на специфической особенности САР,
заключающейся в наличии не изменяющейся части (объекта
регулирования).
В итоге развития этих научных работ был разработан общий
частотный метод анализа и синтеза линейных САР, дающий единую
методику решения всех типовых задач ТАР.
За разработку частотного метода анализа динамики САР
В.В. Солодовников был награжден премией президиума АН СССР. Итоги
его работы в этом направлении были изложены в монографии «Основы
автоматического регулирования», издание которой сыграло большую роль
в формировании и дальнейшем развитии теории и практики
автоматического регулирования и управления.
В пятидесятых–шестидесятых годах частотный метод был обобщен
на дискретные системы управления (ДСУ).
Все эти исследования оказали значительное влияние на
формирование частотного к анализу и синтезу ДСУ в классе дискретнонепрерывных моделей.
Большое значение для формирования теории дискретных систем
управления имела монография Л.Т. Кузина, работавшего в то время на
кафедре САУ. В этой книге на основе теории автоматического
регулирования непрерывных систем дано систематическое изложение
методов расчета и проектирования дискретных систем с использованием
математического аппарата Z-преобразования.
В работах В.А. Карабанова было показано, что знание
параметрической передаточной функции позволяет использовать при
исследовании процессов в нестационарных линейных системах весь
широкий набор приемов, разработанных в рамках частотного метода.
Однако задача определения параметрической передаточной функции
оказалась весьма сложной. Применение теоремы о свертке в комплексной
области позволило упростить ее решение. Было показано, что применение
метода свертки во многих практически важных случаях (в частности, для
системы управления конечным состоянием, включая и системы наведения
летательных аппаратов) позволяет благодаря переходу в комплексную
область облегчить определение и в некоторых случаях получить в
замкнутой форме параметрическую передаточную функцию исследуемой
системы (1967–1972). На основании этого была разработана методика
исследования, расчета и проектирования нестационарных систем одного
класса с широким применением приемов частотного метода.
Основная проблема теории автоматического управления — синтез
алгоритма
управления,
обеспечивающий
экстремум
некоторого
функционала, при наличии ограничений, стала разрабатываться с 1959
года. Было показано, что САУ можно рассматривать как двухуровневые
иерархические автоматические системы, верхним уровнем которых
является уровень оптимизации, вырабатывающий управляющие
воздействия, а нижним уровнем — уровень САР, отрабатывающий эти
воздействия.
Обычно считают, что интегральные уравнения стали использоваться
в связи с задачами оптимизации. Но еще в 1939 году было получено
интегральное уравнение для линейных САР, сформулирована задача
синтеза регулятора как задача решения интегрального уравнения во
временной области. Однако ввиду сложности математического аппарата
интегральных уравнений этот подход в ТАР не получал своего развития в
течение долгого времени — вплоть до развития основ статистической
динамики САУ на базе работ А.Н. Колмогорова и Н. Винера.
Формирование и развитие основ статистической динамики САР и САУ,
как раздела ТАУ, велось в этом направлении.
Монография В.В. Солодовникова, переведенная в США, стала в
научно-технической литературе первой книгой, специально посвященной
анализу, оптимизации и синтезу САУ при наличии помех. Она сыграла
большую роль в становлении теории стохастического управления, в
практическом
применении
этой
теории
для
разработки
высококачественных следящих систем и САУ, в подготовке специалистов
по автоматическому управлению и в формировании соответствующих
разделов курсов по ТАУ.
Частотный метод синтеза был распространен на системы,
работающие в условиях случайных воздействий и помех.
Основная задача этого нового этапа развития ТАУ заключалась в
разработке проблемы динамической и статистической точности при
случайных воздействиях. В МГТУ был разработан общий метод решения
задач оптимального управления при детерминированных и случайных
воздействиях в классе систем с постоянными и переменными параметрами,
применимый для решения ряда новых задач стохастической оптимизации.
Были развиты методы анализа и синтеза систем со случайным
коэффициентом усиления и с учетом допусков на параметры системы.
В 1968 году вышла книга Н.Т. Кузовкова, в которой излагались и
развивались методы теории автоматического регулирования, получившие к
этому времени наиболее широкое применение.
В конце пятидесятых и в начале шестидесятых годов
разрабатывается проблема исследования нелинейных динамических
систем при случайных воздействиях. В этот период К.А. Пупковым
создается новый метод статистического анализа нелинейных систем,
основанный на аппроксимации нелинейных функций статистически
эквивалентными им передаточными функциями. Этот метод позволил
обобщить существующие ранее подходы к такому анализу, распространить
на нелинейные системы частотные методы, широко применяемые для
проектирования линейных систем и увеличить точность статистического
анализа. Этот метод вошел в иностранную литературу как квази-линейный
метод Пупкова.
Дальнейшее развитие теории нелинейных систем было дано в
монографии
К.А. Пупкова,
В.И. Капалина
и
А.С. Ющенко
«Функциональные ряды в теории нелинейных систем» (1976), в которой
описаны новые направления исследований нелинейных систем управления
на основе широкого применения средств вычислительной техники.
Результатом применения функциональных рядов явилось новое
описание динамических свойств человека-оператора, работающего в
системе управления, а также формирование модульного принципа
натурно-математического моделирования сложных динамических систем.
Огромное значение в этот период времени получили результаты
К.А. Пупкова и его ученика Г.А. Костюка, связанные с разработкой метода
оценки качества сложных систем, отрабатываемых в процессе испытаний,
которые отражены в монографии «Оценка и планирование эксперимента»
(1977).
Методы идентификации, т.е. методы определения оператора
(математического описания) объекта или системы по экспериментальными
данным, получили в МГТУ существенное развитие. Первой книгой, в
которой специально рассматривается эта проблема, явилась монография
В.В. Солодовникова и А.С. Ускова.
В результате использования той же математической базы, как и
спектральный метод моментов, развитый применительно к задачам
анализа, А.Н. Дмитриевым был разработан единый подход к
идентификации
стационарных
и
нестационарных
систем
с
сосредоточенными
и
распределенными
параметрами
при
детерминированных и случайных воздействиях.
Определение и принцип действия самонастраивающихся систем
(СНС) были даны впервые на сессии АН СССР по научным проблемам
автоматизации производства в октябре 1956 года. Это была первая
отечественная работа по аналитическим, или, как их часто называют,
беспоисковым СНС. Предложенная схема послужила началом для
развития класса САУ с оптимальной настраиваемой математической
моделью.
В начале шестидесятых годов на кафедре САУ развернулись
исследования, связанные с разработкой аналитических градиентных
самонастраивающихся систем управления с эталонными моделями. Были
разработаны инженерные методы расчета и проектирования этого класса
систем и исследованы возможности их применения для объектов
различных классов с учетом нелинейности и нестационарности. Эти
исследования привели к разработке так называемого метода эквивалентов,
сущность которого состоит в том, что вблизи точки экстремума контур
СНС любого параметра можно представить в виде эквивалентной
замкнутой системы с астатизмом первого порядка. Для анализа такого
контура можно использовать обычные частотные методы анализа и
синтеза САР.
Естественным обобщением понятия частотного спектра сигнала и
частотной характеристики систем является соответственно понятие
ортогонального спектра сигнала (ОСС) и ортогональной спектральной
характеристики (ОСХ) как совокупности коэффициентов разложения
сигнала по выбранной системе ортогональных функций.
Спектральный подход начал развиваться с возникновением теории
автоматического регулирования. Аппарат спектрального метода
представляет собой, по существу, новую форму математического описания
систем автоматического управления, основанную на дальнейшем развитии
и обобщении частотной формы описания.
Разработка основ спектрально-операторного метода связана с
созданием принципов построения аналитических самонастраивающихся
систем, таких, как систем управления с переменными параметрами на
конечных, в общем случае, переменных интервалах времени.
Спектрально-операторная теория развивалась вначале как теория
линейных нестационарных непрерывных одномерных систем с
детерминированными параметрами, находящимися под воздействием
детерминированных и случайных функций времени. Параллельно шло
обобщение спектрального метода, формировались принципы построения
его математического обеспечения. Разработка основ спектрального метода
была в основном завершена В.В. Солодовниковым и В.В. Семеновым.
Сложность при синтезе и проектировании САР учитывалась уже при
разработке частотного метода синтеза корректирующих устройств. Первая
попытка математически сформулировать принцип сложности была
предпринята В.В. Солодовниковым и В.Л. Ленским в 1965 году. Принятый
ими подход основан на введенном понятии сложности как широты класса
или множества, в котором ищут решение задачи.
В.Ф. Бирюковым несколько позже был проведен анализ свойств
операторов, порождаемых скалярными и векторными интегральными
уравнениями первого рода (например, типа уравнения Винера-Хопфа), а
также корректности задач их решения в естественных с практической
точки зрения функциональных пространствах. Были проанализированы
методы решения некорректно поставленных задач и показано, что их
возможности ограничены. На основе принципа минимальной сложности
(ПМС) даны корректные алгоритмы для вычисления скалярных и
матричных ИПФ соответственно для одномерных и многомерных САУ,
реализуемые на ЭВМ. Было показано, что применение ПМС целесообразно
и для решения задач оптимального детерминированного управления в
связи с применением принципа максимума и рассмотрением условий
реализуемости
оптимальных
управлений.
(В.В. Солодовников,
В.И. Тумаркин «Теория сложности и проектирование систем управления»
(1990).
Итоги научных исследований не только школы МГТУ, но всей
советской школы в области ТАР были подведены в монографии
«Техническая кибернетика», «Теория автоматического регулирования».
Коллектив авторов монографий был в 1972 году удостоен
Государственной премии. В создании этих трудов, получивших широкое
признание, ведущую роль сыграли ученые МГТУ, в их числе
В.В. Солодовников (руководитель работ), Е.П. Попов, К.А. Пупков и др.
С конца восьмидесятых годов на кафедре развивается новое научное
направление, связанное с созданием теории и техники интеллектуальных
систем. Основы этого направления были заложены в упомянутой
монографии
В.В. Солодовникова,
В.И. Тумаркина,
монографии
В.Н. Плотникова, В.А. Суханова, Ю.Н. Жигулевцева «Речевой диалог в
системах управления» (1980), монографии В.Н. Плотникова и
В.Ю. Зверева «Оптимизация оперативно-организационного управления»
(1980) и т.п.
Однако создание микропроцессоров высокой производительности с
большим объемом памяти при малых габаритах и энергоемкости привело к
возможности реализации принципиально новых информационных
технологий в управлении. Интеллектуальная система определяется как
объединенная информационным процессом совокупность технических
средств и программного обеспечения, работающая автономно или во
взаимодействии с человеком (коллективом людей), способная на основе
сведений и знаний при наличии мотивации синтезировать цель,
вырабатывать решение о действии и находить рациональные способы
достижения цели. Отсюда вытекают новые проблемы теории управления и
информационных технологий. В.Г. Коньковым разрабатывается теория
робастных систем управления, И.А. Мочалов и Н.П. Деменков — теорию
нечеткого управления, которая позволяет синтезировать алгоритмы
управления при неопределенности сведений об окружающей среде и
собственном состоянии системы.
Е.С. Лобусов, А.В. Пролетарский, А.В. Фомичев разрабатывают
программно-алгоритмическое
обеспечение
перспективных
систем
управления, в том числе интеллектуальных и интеллектуализированных,
движения и навигации летательных аппаратов новых типов.
А.И. Гаврилов разрабатывает алгоритмы обработки информации и
управления в системах, ориентированные на применение нейронных сетей.
Г.А. Шахназаровым построены алгоритмы управления на основе
принципов адаптации с прогнозом результатов действия мехатронных
систем.
Основы теории и техники интеллектуальных систем изложены в
монографиях К.А. Пупкова, К.А. Неусыпина «Вопросы теории и
реализации систем управления и навигация» (1997), К.А. Пупкова,
А.П. Карпенко «Моделирование динамических систем на транспьютерных
сетях» (1995), А.В. Пролетарского «Управление полетом ракет
космического назначения» (2006). Философским проблемам теории
интеллектуальных систем посвящена монография К.А. Пупкова,
В.Г. Конькова «Мировоззрение управленца» (1997), а в 2003 году вышла в
свет монография этих авторов «Интеллектуальные системы».
Кафедра «Системы автоматического управления» проводила также
прикладные научные исследования по различным направлениям.
Управление летательными аппаратами
Фундаментальные научные исследования в области теории
управления ведутся на кафедре САУ параллельно с развитием прикладных
научных исследований, получивших особенно широкий размах с начала
шестидесятых годов.
Первые исследования в области управления беспилотными
летательными аппаратами (ЛА) были связаны с внедрением в практику
расчета и проектирования систем стабилизации ЛА частотных методов.
Одной из первых работ, в которой был развит частотный метод синтеза
корректирующих устройств автомата стабилизации, стала работа
В.А. Карабанова. Им же выполнен качественный анализ особенностей
динамики систем стабилизации и наведения, основанный на
аналитическом исследовании упрощенных математических моделей этих
систем. Результаты этих исследований вошли в учебное пособие
«Динамика систем управления беспилотными ЛА», составленное
В.А. Карабановым и А.А. Лебедевым.
Учебное пособие Н.Т. Кузовкова «Системы стабилизации ЛА»
содержит ряд оригинальных способов анализа и синтеза систем
стабилизации, основанных на применении частотных методов.
В ряде работ, выполненных на кафедре Е.М. Вороновым, были
развиты некоторые теоретические положения теории дифференциальных
игр, получены прикладные результаты оценки предельной эффективности
конкретных систем управления ЛА и развиты новые подходы к
формированию оптимальных методов наведения беспилотных ЛА.
В 1977 г. группе молодых специалистов кафедры САУ была
присуждена премия Ленинского Комсомола за цикл работ в области
теории управления.
С начала восьмидесятых годов на кафедре развивается новое научное
направление, связанное с созданием интеллектуальных систем. На основе
новых информационных технологий, использующих распараллеливание
алгоритмов обработки информации и управления было разработано
программное обеспечение, реализованное на мультитранспьютерной сети,
позволившее провести моделирование процесса сборки космических
кораблей «Мир» и «Шаттл» в реальном времени. На базе этих результатов
была опубликована монография К.А. Пупкова и А.П. Карпенко
«Моделирование динамических систем на транспьютерных сетях» (1995).
Мультитранспьютерная сеть нашла свое применение и в системах
обработки большого объема потоковой информации о событиях на
поверхности Земли в рамках совместной НИР с Всесоюзным институтом
оптико-физических исследований.
В начале 90-х годов сотрудники кафедры А.М. Курашин,
А.В. Пролетарский, А.В. Фомичев, С.Н. Кабанов участвовали в подготовке
фантастического на то время проекта — полета космического аппарата в
корону Солнца, проводили исследовательские работы по созданию
космического аппарата для изучения малых небесных тел, космической
платформы для наблюдения за поверхностью Земли (работы велись
совместно с НПО им. С.А. Лавочкина).
Кафедра постоянно взаимодействует с такими крупными научноисследовательскими и опытно-конструкторскими организациями, как
ЦНПО «Комета», ЦКБ «Алмаз», ГосНИИАС, РКК «Энергия», 4 ЦНИИ
Министерства обороны РФ и т.д.
Имеются договора о научно-техническом сотрудничестве с
Институтом проблем управления РАН, НПО АП им. Н.А. Пилюгина,
МОКБ «Марс», НПО им. С.А. Лавочкина.
В течение более 10 лет на кафедре ведутся научноисследовательские работы, выполняемые по заказу Министерства обороны
России по разработке структуры, программно-алгоритмического
обеспечения систем управления перспективных летательных аппаратов
(К.А. Пупков,
А.В. Пролетарский,
А.В. Фомичев,
К.А. Неусыпин,
С.В. Тибабишев, А.М. Курашин). Была разработана прецизионная система
стабилизации крупного нежесткого космического модуля с техническими
характеристиками, превышающими существовавшие на тот момент
аналоги, разработана модель гиперзвукового летательного аппарата,
исследованы вопросы применения современных бесплатформенных
инерциальных
навигационных
систем,
впервые
разработана
интеллектуализированная система управления на основе концепции
системного синтеза.
На кафедре получены новые научные результаты, связанные с
комплексированием робастных, нейро-нечетких и адаптивных методов при
решении задач управления сложными объектами. Эти результаты
опубликованы в книге К.А. Пупкова, А.И. Гаврилова, И.А. Мочалова и
других «Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления»
(2001).
Автоматизация управления, информационные технологии
Развитие теории и практики построения АСУ потребовало
рассмотрения проблемы человек-машина. Разработка этого направления
началась в МВТУ еще в пятидесятые годы (Л.Н. Преснухин), когда
человек-оператор в следящих системах имитировался той или иной
передаточной функцией. Дальнейшие исследования, однако, потребовали
разработки
нового
подхода,
основанного
на
динамическом
проектировании контуров автоматизированного слежения с учетом как
чисто динамических свойств оператора, так и информационного
содержания сигналов, циркулирующих в контуре системы. Такой
информационно-динамический подход позволил объяснить изменчивость
параметров модели оператора в различных режимах работы и дать
решение задачи динамического проектирования автоматизированных
больших систем.
Однако описание динамических свойств человека-оператора как
нелинейной системы было получено К.А. Пупковым. Эти результаты
опубликованы в 1974 году в трудах Симпозиума ИФАК-ИФОРС, Варна,
Болгария.
Новые разработки не могли опираться на старую экспериментальную
базу. Накопленный опыт дал возможность предложить в качестве
основного инструмента исследования тренажерные комплексы, работа над
которыми началась в Университете в семидесятые годы на кафедре САУ.
В связи с переоснащением центра подготовки космонавтов
им. Ю.А. Гагарина (ЦПК) было разработано и внедрено алгоритмическое и
программное обеспечение для цифровых тренажерных комплексов нового
поколения. (Работа была отмечена первой премией Минвуза). Кроме того
для ЦПК были разработаны принципиально новые многостепенные
имитаторы внешней космической обстановки, предназначенные для
навигационной
подготовки
космонавтов
(руководитель
работы
А.В. Яковлев). Имитатор с четырехосевым подвесом и управлением от
центральной ЭВМ позволил воспроизводить любой по направлению
вектор угловой скорости вращения КЛА.
Значительную работу по созданию алгоритмического и
программного обеспечения шестистепенного электрогидравлического
стенда для обучения пилотажного экипажа «Бурана» в НПО «Молния»
выполнил Е.С. Лобусов.
В конце 80-х годов для предприятий МАП-а под руководством
А.В. Яковлева был разработан и внедрен ряд уникальных цифровых
электрооптико-механических имитаторов для стендов полунатурного
моделирования, на которых отрабатываются бортовые системы
управления новых маневренных ЛА.
К этому направлению примыкают исследования, ведущиеся по
проблеме распознавания образов и использованию результатов работы для
целей управления. Исследования начаты с начала 70-х годов
В.Н. Плотниковым, В.А. Сухановым, Ю.Н. Жигулевцевым. Получены
теоретические результаты и проведены экспериментальные исследования
при решении задач формирования пространства информационных
признаков распознавания и разработки решающих правил в
многоуровневых системах распознавания. В прикладном плане основным
стало направление, связанное с разработкой систем речевого диалогового
управления, где комплексно использовались результаты, полученные при
исследовании задач анализа и синтеза речевых образов, построения
моделей предметной области и сценариев организации речевого диалога в
целом. Результаты работы отражены в монографии «Речевой диалог в
системах управления».
В начале 90-х годов на кафедре создается моделирующий комплекс с
использованием в качестве имитатора пространственного движения робота
типа РМ-01. При помощи этого комплекса впервые было проведено
натурно-математическое моделирование процесса сближения и сборки
космических кораблей «Мир» и «Шаттл». Дальнейшее использование
моделирующего
комплекса
позволило
исследовать
процессы
распознавания видимых изображений и процессы наведения по такому
изображению. Оцифрованное изображение в реальном времени
обрабатывалось вычислительной сетью, состоящей из сигнальных
процессоров и транспьютеров. Работа выполнялась аспирантами
И.С. Каютиным, А.В. Бобковым и другими под руководством
К.А. Пупкова.
В 2006 году на кафедре создан первый в Москве и центральном
регионе учебно-сертификационный Центр развития сетевых технологий
(руководитель А.В. Пролетарский) совместно с ведущим производителем
сетевого и мультимедийного оборудования компанией D-Link (МГТУ —
D-Link). Обучение в Центре прошли более 600 человек по самым
современным информационным технологиям: организация беспроводных
сетей, коммутируемые сети, межсетевые экраны, интернет-телефония.
Изданы пособия и монографии: «Организация беспроводных сетей»,
«Беспроводные сети Wi-Fi», «IP-телефония в компьютерных сетях»,
«Беспроводные локальные компьютерные сети», «Коммутируемые сети».
Автоматизация технологических процессов
Работы по автоматизации технологических процессов ведутся на
кафедре САУ с 50-х годов. В 1954 г. Н.С. Львов начал работы по
автоматизации сварочных процессов. В этой области был получен ряд
результатов. К ним относятся разработка устройств автоматизации учета и
контроля горения сварочной дуги; самонастраивающихся систем
регулирования режима; оптимальной конструкции следящих приводов к
серийным сварочным аппаратам и др. Эти результаты были внедрены на
Московском трубном, Северодвинском и др. заводах.
Теоретические результаты, методы анализа и синтеза САУ получили
свое
практическое
применение
при
разработке
конкретных
автоматизированных
систем
управления
технологическими
и
организационными процессами в металлургической, машиностроительной,
химической промышленности. Содержание работ охватывает этапы
постановки задач на функциональном уровне; математическую
формулировку задач управления, включая разработку математических
моделей; оценку числовых значений параметров; разработку способов
решения задач оптимального управления, удобных для использования
ЦВМ; разработку алгоритмического и программного обеспечения.
Разработки в области управления организационными процессами
нашли свое отражение в монографии В.Н. Плотникова и В.Ю. Зверева
«Оптимизация оперативно-организационного управления».
А.И. Гаврилов выполнил исследования по определению параметров,
диагностике и управлению процессом сварки на базе использования
нейронных сетей.
Н.П. Деменков развил научное направление, связанное с
использованием современных микроконтроллеров для контроля и
управления сложными производственными процессами.
Технические средства автоматики
При управлении угловым движением различных космических ЛА
находят широкое применение маховичные системы. Новые принципы
разработки маховичных систем связаны с заменой 2-х и 3-х степенного
карданова подвеса на магнитные или упруго-вязкие подвесы с большими
рабочими углами.
На кафедре САУ по заказам НПО им. С.А. Лавочкина и Института
прикладной механики РАН велись научно-исследовательские и опытноконструкторские работы по разработке маховичной системы с магнитным
подвесом с наклоняющимся вектором кинетического момента в пределах
200.
Трудность создания таких систем связана со сложностью разработки
активных систем управления «магнитными шарнирами» из-за
неустойчивости
объекта
управления,
наличия
существенных
нелинейностей и большой жесткости системы, когда постоянные времени
механической и электромагнитной систем различаются на 2–3 порядка.
Для обеспечения устойчивости системы приходится искать нестандартные
решения, включая использование положительных обратных связей во
внутренних контурах, что позволило получить переходные процессы с
перерегулированием, не превышающим 1,5–2,5 мкм.
Принципиальные и технические решения, полученные в этой
области, были использованы при создании прецизионного прибора для
исследования реологических свойств полимеров. Измерительной части
прибора, сенсору обеспечивается шесть степеней свободы без
механического контакта с окружающими деталями, что позволяет с
высокой точностью измерять вектор состояния сенсора и вместе с этим
реологические свойства полимеров.
Маховичная система с магнитным подвесом и наклоняющимся
вектором
кинетического
момента
разрабатывалась
для
КЛА,
предназначенного для полета к Солнцу с гравитационным маневром около
Юпитера (Проект «Циолковский»).
Прибор для реологических исследований был необходим Институту
прикладной механики и другим исследовательским организациям.
Развитие новых научных направлений и международная деятельность
Кафедра имеет устойчивые научные связи с Институтом проблем
управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук. Разработки
кафедры в области теории робастного управления были выполнены
совместно с такими известными учеными, как И.В. Прангишвили,
А.П. Курдюков и другими.
Кафедра имеет также обширные международные связи. Совместно с
Университетом Де Монтфорт, Великобритания, был выполнен проект по
параллельным вычислениям и транспьютерным технологиям. На
основании Договора о содружестве с этим Университетом ведется
подготовка специалистов из России, которые получают ученую степень
доктора философии.
Выполняются работы с Варшавским техническим Университетом по
проблемам микромеханики.
Сотрудники кафедры постоянно принимают участие в работе
Международных форумов по мехатронике (Университет Технологии,
Атланта, США), по распознаванию образов (Австралия), по проблемам
моделирования (Вьетнам), по проблемам робастного и адаптивного
управления (Испания) и многих других.
Кафедра является основателем и организатором Международного
симпозиума «Интеллектуальные системы», который уже проходил в таких
городах России, как Санкт-Петербург, Махачкала, Псков, Калуга, Саратов,
Нижний Новгород и других. В 2012 году планируется провести
юбилейный десятый симпозиум.
Научная школа «Системы автоматического управления» не
замыкалась рамками только МГТУ им. Н.Э. Баумана. На ее основе были
созданы кафедры в Московском авиационном институте (ГТУ) —
руководитель
В.В. Семенов,
в
Калужском
филиале
МГТУ им. Н.Э. Баумана — руководитель Н.Д. Егупов, в Московском
институте электроники и математики (ТУ) и Российском университете
дружбы народов — основатель К.А. Пупков, а также в других
Университетах и институтах.
Профессорами
и
преподавателями
кафедры
«Системы
автоматического управления» совместно с учеными институтов РАН и
профессорами других вузов России впервые в мире был выпущен 3-х
томный учебник «Методы классической и современной теории
автоматического управления» (2000–2001), обобщены материалы научных
исследований, изложенные в монографиях «Теория и компьютерные
методы исследования стохастических систем» (2003), «Нелинейные
системы: анализ и синтез» (2004), «Идентификация и моделирование
систем «человек-машина», «Нестационарные системы автоматического
управления: исследование, синтез, оптимизация».
Кафедра «Системы автоматического управления» развивает новые
перспективные научные направления, связанные с исследованием и
разработкой интеллектуальных систем. Важнейшей задачей здесь является
комплексирование различных методов обработки информации и
управления в базе знаний интеллектуальных систем, обеспечивающее
автоматический выбор метода в зависимости от состояния окружающей
среды и объекта управления. Соответственно, специальности, по которым
будет проводиться подготовка кадров, сопряжена с созданием систем
управления нового поколения — интеллектуальных.
Под руководством заведующего кафедрой, действительного члена
Российской академии естественных наук, заслуженного деятеля науки и
техники РФ, Заслуженного деятеля науки Дагестана, профессора
К.А. Пупкова на кафедре разрабатывается научная программа
«Интеллектуальные системы».
Внедрение новых информационных технологий в практику
управления, включающих параллельные алгоритмы и формирование базы
знаний при их реализации на вычислительных сетях, открывает
перспективу применения всех полученных ранее фундаментальных
результатов в области теории управления на новом качественном уровне.
Сочетание классических и новейших достижений определяет следующее
поколение систем управления — интеллектуальных.
Научная
школа
автоматического
управления,
основанная
В.В. Солодовниковым, взаимодействуя с промышленными предприятиями,
Институтами Академии наук, научными школами других стран мира,
опираясь на классическую теорию управления, развивает новые ее
направления, позволяющие адекватно описывать и управлять процессами в
различных сферах человеческой деятельности.