Выполнено научное обоснование эффективных технологий преобразования солнечной и ветровой энергии, энергии биомассы, энергии малых водных потоков, геотермальной энергии и других ВИЭ в электрическую и тепловую энергию и оптимальных конфигураций и модельных рядов энергетических установок с учетом реальных климатических условий их эксплуатации, существенного изменения суточных и сезонных графиков энергетических потоков и графиков потребления энергии автономными потребителями. Наибольшую конкурентоспособность демонстрируют установки и системы, сочетающие использование нескольких видов первичных источников энергии.
Создан излучатель мощных и повторяющихся с высокой частотой следования электромагнитных видеоимпульсов на основе 2-элементной активной синхронизированной антенной решетки. Решены физико-технические проблемы реализации устойчивого когерентного режима излучения решетки при длительности излучаемых видеоимпульсов до 70 пс. Достигнута эффективная импульсная мощность излучения 40 МВт в спектральном диапазоне до 12 ГГц при и частоте следования видеоимпульсов до 105имп/с. Подготовлены заявки на патенты по созданию и использованию излучателей данного типа.
Предложена модель инициирования процессов релаксации при воздействии упругим и электромагнитным полями, ведущих к разрядке локальных структурных напряжений. Впервые оценены пороговые уровни энергии триггерного воздействия, соответствующие фоновому уровню текущего процесса релаксации. Показано, что при расчетном воздействии с энергией ниже порогового уровня вызванная активизация процесса релаксации приводит к разрядке локальных напряжений и понижению акустомикросейсмического фона только на линейном участке развития механической неустойчивости. (ОИВТ РАН)
Атомная, термоядерная, водородная и космическая энергетика
Выполнен комплекс экспериментальных и теоретических исследований процессов смесеобразования, горения и генерации высокотемпературного водяного пара в водородо-кислородных парогенераторах (ВКПГ) различной размерности, разработаны и созданы экспериментальные блоки ВКПГ тепловой мощностью 20-100 кВт(т) и 20-25 МВт(т) с системами топливообеспечения, диагностики и управления, проведены их испытания в различных режимах при температурах и давлениях до 1200 К и 7 МПа, в интервалах мощностей до 24,7 МВт(т) и расходах топлива до 2 нм3/сек. при длительности единичных испытаний до 300 секунд.
Выполнен цикл фундаментальных и прикладных исследований, в результате которых разработана и создана экспериментальная интегрированная система энергообеспечения автономных потребителей в составе: модельный источник водорода – металлогидридная система очистки и хранения водорода – энергоустановка мощностью 5 кВт(э) на основе ТПТЭ – преобразователь тока – модельная нагрузка
(5 кВт(э)). Предложен и исследован новый технологический процесс КЦА для металлогидридных систем очистки водорода, обеспечивающий ускорение процессов (повышение производительности) в 3-10 раз.
С использованием алюминий-водяного плазмохимического реактора для производства водорода показано, что в таком реакторе для производства водорода может использоваться твердый и порошкообразный алюминий. Емкостной ВЧ разряд позволяет значительно ускорить химическую реакцию восстановления водорода из воды. На выходе такого реактора может одновременно производиться мелеодисперсный бимид или оксид алюминия (AlO) в зависимости от режима работы реактора. Ориентировочные размеры реактора для производства 1 г/с водорода не превышают
1-2 литров. (ОИВТ РАН)
В рамках работ по обоснованию безопасности современных и новых ядерных реакторов разрабатываются компьютерные коды для расчетов термомеханического и физико-химического поведения отдельного твэла (так называемые «топливные» коды). Разработан усовершенствованный программный модуль (код) SFPR для комплексного описания всего многообразия физических явлений, протекающих в различных режимах функционирования твэлов, с учетом геометрических параметров топлива и оболочки, неравномерности распределения линейной мощности по твэлу, выхода газовых ПД под оболочку, изменения содержания и состава газовой смеси в твэле, зависимости свойств топлива от выгорания, стехиометрического состава и температуры. Проведены расчетные работы в обоснование работоспособности и по подготовке к аттестации для коммерческого использования новых видов топлива (уран-бериллиевое и уран-гадолиниевое, обычное урановое с увеличенным размером зерна). Проведена подготовка кода SFPR для расчетных работ в обоснование проектных решений АЭС-2006 по выходу радиоактивных продуктов деления из твэлов реакторов типа ВВЭР при высоком выгорании топлива.
В рамках реализации решений Соглашения о «Глобальном партнерстве», принятом странами «Большой восьмерки» (Канада, Кананаскис, 2002 г.), в 2007 году завершена разработка Страте-гического Мастер-Плана (СМП) утилизации выведенного из эксплуатации атомного флота и реабилитации радиационно-опасных объектов обслуживающей инфраструктуры на северо-западе России. В 2008 году продолжена работа по теме «Разработка регламента и процедур для внедрения Информационной системы управления программой (ИСУП) и обучение уполномоченного персонала для реализации СМП и ИСУП». Работа включает в себя разработку систем сбора и управления данными, систему информационно-аналитической поддержки для координации и управления реализацией Программы комплексной утилизации. Завершается разработка и сдача в эксплуатацию ИСУП СМП.
В целях повышения эффективности топливоиспользования в быстрых реакторах с натриевым теплоносителем (типа БН) выполнен цикл работ по проведению концептуального нейтронно-физического анализа открытых и замкнутых топливных циклов на основе стандартного оксидного топлива (UO2) и топлива повышенной плотности типа уран-карбидного (UC). На базе активной зоны типа БН-800 выполнена оптимизация состава ТВС и характеристик активной зоны с оксидным топливом применительно к работе БН-800 в открытом топливном цикле и двух следующих рециклах с рециклированным топливом без разделения урана и плутония и без добавки плутония извне. Для реактора типа БН с топливом повышенной плотности проведены расчетные исследования нейтронно-физических характеристик, обеспечивающих переход к замкнутому топливному циклу при самообеспечении делящимися ядрами с первого рецикла. Показана возможность обеспечения отрицательного значения интегрального натриевого пустотного эффекта реактивности при полной потере натрия. (ИБРАЭ РАН)
С целью изучения и численного моделирования кинетики переходных характеристик фототока и фотопотенциала в активных слоях органических солнечных фотоэлементов и фотодетекторов проведено детальное исследование электронно-транспортных свойств активных слоев перспективных фотовольтаических однослойных ячеек. Характеристики, измеренные методом токового зондирования, показали многократное увеличение дифференциальной емкости ячеек от приложенного к ним напряжения.
Предложенная методика токового зондирования позволила также надежно определить значения последовательного сопротивления для ячеек и характеристические времена релаксации дифференциальной емкости. Полученные величины времен релаксации свидетельствуют о высоких значениях подвижности свободных носителей зарядов в активной среде исследованных органических фотоэлементов. (ИНЭПХФ РАН)
Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов, биомеханика, механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред, а также механика горения, детонации и взрыва
Проведено экспериментальное исследование зависимости длины факелов газообразных топлив CH4 иH2 и их смесей с инертными газами и азотом, в широком диапазоне концентраций последних до уровней, ограничивающих горение. Обобщение полученных данных в ламинарном и турбулентном режимах горения позволило предложить надежные формулы для расчета интенсивности горения газов, загрязненных азотом, CO2 и другими негорючими газообразными веществами. (ОИВТ РАН)
Исследована работа контура поддержания амплитуды рабочих колебаний волнового твердотельного гироскопа, разработан контур, обеспечивающий автоматическую компенсацию разнодобротности резонатора.
Проведено исследование устойчивости плоских периодических вращений спутника – твердого тела относительно центра масс. Спутник считается близким к динамически симметричному, эксцентриситет орбиты произволен. Решена нелинейная задача об устойчивости таких вращений по Ляпунову. Для спутника, центральный эллипсоид инерции которого близок к сфере, дан также анализ устойчивости по отношению к пространственным возмущениям.
Выполнено исследование движения сложных сред в емкостях с подвижными границами, исследованы свойства смеси вязкой жидкости с твердыми частицами под действием вибрации.
Для определения движения вязких сред задача сведена к интегрированию краевых задач бигармонического и гармонического уравнений (уравнение Лапласа). Для них разработан численный метод граничных элементов без насыщения. Численный метод оказывается более простым, а погрешность его уменьшается быстрее любой степени шага сетки. (ИПМех РАН)
Разработаны методы теоретического описания процессов смешения в турбулентной микропористой жидкости (жидкость с диаметром микропузырьков d~10100 мкм и объемным газосодержанием 0.20.99) при наличии физико-химических превращений, фазовых переходов, электрических разрядов. В приближении бесконечно быстрых химических реакций рассмотрена задача горения турбулентной струи пористого топлива (вода с высоким содержанием органических веществ) в окружающей воздушной среде, моделирующая стимулированное плазмой горение жидких компонентов с высоким содержанием органики.
Проведены экспериментальные исследования эрозионного разряда в потоке газодисперсной смеси (воздух + микрокапли электролита). (Для получения продуктов эрозии на электроды наносился воск.) Установлено, что за разрядным промежутком реализуются два режима: линейный пробой типа «четочной» молнии (промежутка 0.5-1 м) и возникновение долгоживущих плазменных образований. На основе киносъемки о динамике движения долгоживущих образований в магнитном поле и осциллограмм тока, полученных с проводящего экрана, предложена физическая модель, описывающая процессы зарождения, существования и затухания долгоживущих плазменных образований.
Разработана методика моделирования связанных трехмерных задач конвекции и выполнено моделирование конвекции в эксперименте «Дакон» при действии реальных вибрационных и квазистатических микроускорений в условиях полета МКС. Выполнены исследования околокритических процессов применительно к космическому проекту «Крит». Исследованы решения трехмерных линеаризованных уравнений Навье-Стокса несжимаемой жидкости в приближении Буссинеска для задачи конвекции Рэлея-Бенара.
В рамках двухмерной кинетико-континуальной модели взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой исследовался процесс стохастического ускорения заряженных частиц на флуктуациях солнечного ветра в области внутреннего ударного слоя (между гелиосферной ударной волной и гелиопаузой). Проводились исследования дрейфового ускорения протонов на гелиосферной ударной волне с целью интерпретации измерений энергичных частиц на космическом аппарате «Вояджер-1». (ИПРИМ РАН)
Изучено охлаждение нагнетаемым воздухом очага энерговыделения, неравномерно распределенного внутри пористого объекта, при различных перепадах давления газа на входе и на выходе из пористого объекта в поле силы тяжести. Обнаружен эффект уменьшения разогрева пористого объекта при удалении расположенного внутри него очага выделения тепла от входной части объекта, в которую подается холодный воздух. Выявлена неоднозначная зависимость разогрева пористого объекта от ширины очага энерговыделения: при росте ширины очага тепловыделения разогрев объекта может как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от удаленности очага выделения тепла от входа в объект. (ИАПУ ДВО РАН)
Разработана система высокоточного определения параметров движения АНПА, использующая данные от бортовой цифровой фотосистемы и работающая под управлением бортового компьютера системы технического зрения. (ИПМТ ДВО РАН)
В камере проточного типа впервые реализованы устойчивые режимы непрерывной спиновой и пульсирующей детонации Н2–О2 и С2Н2–О2 смесей при нестационарной эжекции кислорода, позволяющие развивать силу тяги при нулевой начальной скорости. Показано, что насосом для окислителя является детонационная волна, а всасывающим поршнем – волна разрежения.
Выполнены важные исследования волновых течений жидкости. Построен новый класс нелинейных гиперболических уравнений мелкой воды над неровным дном, учитывающих эффекты дисперсии и турбулентного перемешивания. Исследовано влияние дисперсионных эффектов и обрушения на структуру нелинейных волн в окрестности локального препятствия в открытых каналах. (ИГиЛ СО РАН)
Для каналов с размером порядка капиллярной постоянной экспериментально обнаружена область подавления пузырькового кипения и перехода к режиму испарения сверхтонких пленок жидкости. Построена модель подавления кипения, учитывающая влияние режима течения и условий зарождения центров кипения в тонких пленках жидкости. Получено, что в микроканалах с размером существенно меньше капиллярной постоянной пузырьковое кипение полностью подавлено и основным механизмом теплообмена является испарение на деформированной капиллярными силами межфазной поверхности. Работа важна для развития основ физики фазовых переходов на микромасштабах и создания высокоэффективных теплообменников. (ИТ СО РАН)
Впервые реализован квазистационарный оптический разряд в воздушном сверхзвуковом потоке (М=2) в условиях масштабной аэродинамической установки. Взаимодействие теплового следа оптического разряда с головной ударной волной, генерируемой моделью, оказывает существенное влияние на структуру течения за ударной волной, что позволяет существенно снизить интенсивность звукового удара.
При исследовании процессов теплообмена и предельных энергетических характеристик тлеющего разряда при высокой до 100 м/с скорости прокачки для мощного лазера с дисковыми вентиляторами – теплообменниками впервые обнаружен эффект медленной тепловой неустойчивости объемного разряда СО2 лазера при низком давлении. Показано, что данное явление связано с проявлением струйного характера течения газа в замкнутом контуре и увеличение перемешивания газа в канале перед теплообменником позволяет подавить эту неустойчивость. (ИТПМ СО РАН)
Впервые рассмотрена магнитогидродинамическая турбулентность, стационарно поддерживаемая внешней силой, которая наряду с энергией вносит в поток перекрестную спиральность. Показано, что перекрестная спиральность препятствует каскадному переносу энергии и приводит к накоплению энергии в системе. При низком уровне вносимой перекрестной спиральности турбулентность накапливает ее – интегральный коэффициент корреляции существенно превосходит отношение вносимой спиральности к вносимой энергии. С ростом уровня вносимой перекрестной спиральности энергия турбулентного потока может увеличиваться в десятки раз. (ИМСС УрО)
Механика твердого тела, физика и механика деформирования и разрушения, механика композиционных и наноматериалов, а также трибология
Построена молекулярно-динамическая модель движения краевой дислокации в монокристалле. Для монокристалла алюминия получены зависимости скорости краевой диссоциировавшей дислокации от сдвигового напряжения при различных температурах. Определена температурная зависимость коэффициента фононного трения краевой дислокации. Результаты согласуются с экспериментальными данными по температурной зависимости предела текучести алюминия при высокоскоростной деформации в предположении, что температура не оказывает влияния на плотность дислокаций за фронтом ударной волны. (ОИВТ РАН)
Проведено квантово-механическое и молекулярно-динамическое моделирование структуры, потенциалов взаимодействия компонентов композиционных материалов на основе гибкоцепной полимерной матрицы и наноразмерных наполнителей (аморфный углерод, силикат, минерал шунгит). Рассчитаны микроскопические механические характеристики модельных кластеров полимерных нанокомпозитов при их деформировании (растяжении) вплоть до разрыва. Проведен расчет коэффициента всестороннего сжатия К для композита (полимерная матрица с нановключением). Моделирование проводили в NPT-ансамбле с периодическими граничными условиями при нормальных условиях в рамках разработанной программы MDPOL. Использовались вычислительные мощности многопроцессорного кластера ИПРИМ РАН. (ИПРИМ РАН)
Построена механико-математическая модель, описывающая демпфирующую роль водородо-содержащей аморфной границы в материале с наночастицами. Показано, что последняя приводит к повышению термодинамической устойчивости связующей матрицы. Экспериментально подтверждено повышение стабильности материала при нагреве до 300°C.
Исследовано поведение жидкости в наноканалах, стенки которых имеют кристаллическую и аморфную структуры. Показано, что в нанозазорах размером 3-20 нм кристаллическая структура
(в отличие от аморфной) вызывает упорядочение прилегающих к стенкам слоев жидкости, в виде определенных структур. Показано, что различными типами вибрации стенок каналов можно управлять расходом и вязкими свойствами жидкости.
Повторены условия удара спутника SMART1 о поверхность Луны, произведенного Европейским космическим агентством в 2006 году. Размеры кратера, полученные в результате моделирования методом конечных элементов с использованием специального критерия разрушения на основе понятия инкубационного времени хрупкого разрушения, совпадают с экспериментально наблюдаемыми астрономами.
Теоретически разработан и экспериментально подтвержден новый подход, позволяющий получать высокоориентированные бездефектные и механически ненапряженные нанопленки различных материалов на подложках при большом рассогласовании решеток пленки и подложки (~15-25%). На основе теоретических предсказаний практически реализован новый метод осаждения карбида кремния на кремнии, отличающийся от всех существующих методик. Были выращены монокристаллические нанопленки карбида кремния кубического и ряда гексагональных политипов. Предложен и теоретически исследован новый механизм зарождения трещин в нанокомпозитных материалах. В рамках предлагаемого теоретического описания трещины зарождаются на дислокациях с большими векторами Бюргерса, образующихся в результате наноскопического идеального сдвига, который происходит под действием высокого растягивающего внешнего напряжения. Показано, что предлагаемый механизм образования трещин (путем комбинации процессов нормального отрыва и наноскопического идеального сдвига) в нанокомпозитных материалах может реализовываться при высоких значениях внешнего напряжения, достигаемых при ударных нагрузках. (ИПМаш РАН)
Разработаны комбинированные методы определения динамических параметров тонких полимерных волокон при использовании измерений электромагнитного излучения (ЭМИ) при распространении волн в волокнах антенной и высокоскоростной съемки видеокамерой. Предложено определять волновые скорости тонких волокон и мгновенные упругие модули Юнга при разгрузке в зависимости от деформации волокна простым достаточно точным методом ЭМИ. В качестве образцов брались упруговязкие и упруговязкопластические полимерные волокна диаметром 0.3-0.06 мм. Обнаружена сильная зависимость указанных скоростей и модуля Юнга от деформации в волокнах из сополимера. Фундаментальные исследования по методу регистрации электромагнитного сигнала, излучаемого в процессах колебания и разрушения тел, нацелены на определение параметров и контроля явлений предразрушения материалов и элементов конструкций на макро-, микроуровне. (ИПМех РАН)
Получены условия возникновения, закономерности развития и торможения осесимметрического вязкопластического течения упруговязкопластического материала в цилиндрическом вискозиметре, вычислены уровень и распределение остаточных напряжений при остановке вискозиметра. Показан асимптотический характер продвижения упругопластической границы от внутренней цилиндрической поверхности вискозиметра. (ИАПУ ДВО РАН)
Установлена возможность придания стеклянному слою стеклометаллокомпозита пространственной наноструктуры, благодаря чему стеклометаллокомпозит приобретет исключительно высокую прочность и ударную стойкость и может быть использован для изготовления прочных корпусов глубоководной техники. (ИПМТ ДВО РАН)
Разработана пространственная математическая модель по деформации металла для сложной трехкомпонентной системы: инструмент деформирования – деформируемый металл – жидкий металл. Получены поля напряжений, перемещений и температур во времени.
Реализован численно-аналитический подход к расчету тензорных полей напряжений, скоростей, деформаций и деформаций в окрестности концентраторов, что позволило рассчитать накопление деформаций и диссипации механической энергии и учитывать их влияние на прочность различных элементов конструкций. (ИМиМ ДВО РАН)
Разработано описание неравновесных термодинамических процессов в деформируемых твердых телах, рассматриваемых как самосогласованные многоуровневые системы. В основе неравновесной термодинамики разрушения лежит структурно-фазовый распад кристалла в зонах гидростатического растяжения, в которых неравновесный термодинамический потенциал Гиббса становится положительным. Показано, что все типы деформационных дефектов, включая трещины, зарождаются как локальные структурные или структурно-фазовые превращения в зонах гидростатического растяжения различного масштаба. (ИФПМ СО РАН)
Впервые предложены методики расчета методом молекулярной динамики термодинамических свойств наноструктур (калорического и термического уравнений состояния) и их свободной энергии. Уравнение состояния позволяет рассчитать константу Грюнайзена γ, которая широко используется в механике сплошных сред. (ИТПМ СО РАН)
Построены определяющие уравнения установившейся ползучести материалов, имеющих разные свойства при растяжении и сжатии, разработаны алгоритмы численного решения задач в двух- и трехмерной постановках. Решены задачи кручения в условиях ползучести квадратных пластин. Просчитаны процессы формообразования с учетом упругого восстановления в режимах ползучести панелей крыла гражданского самолета SSJ. (ИГиЛ СО РАН)
Разработана упруговязкопластическая математическая модель реологии металлов при больших высокотемпературных пластических деформациях, описывающая упрочнение материала и его разупрочнение, обусловленное процессами возврата и динамической рекристаллизации. Адекватность модели подтверждена пластометрическими испытаниями ряда марок сталей и результатами металлографических исследований микроструктуры образцов. (ИМАШ УРО РАН)
Теория машин и механизмов, анализ и синтез машинных комплексов, фунда-ментальные проблемы машин
и сложных технических систем, включая безо-пасность, ресурс и живучесть, снижение техногенных и технологических рисков для объектов гражданского и оборонного назначения, проблемы аэрокосмической техники, морских и наземных транспортных систем
С целью исследования физико-химических процессов, влияющих на работоспособность и долговечность металла при высоких температурах и напряжениях, и разработки методов диагностики состояния металла энергетического оборудования:
исследована морфология, элементный и фазовый состав отложений на поверхностях труб и в полостях дефектов после проведения стендовых испытаний модели парогенератора ПВГ-1000М. На поверхности теплообменных трубок выявлено образование коррозионных повреждений, аналогичных обнаруженным на теплообменных трубках, демонтированных с парогенераторов Южно-Украинской АЭС. Получение подобных дефектов в результате имитационных испытаний позволит досконально изучить причины их возникновения и разработать способы их залечивания;
исследованы причины разрушения рабочей лопатки 23 ступени РНД турбины ПТ-135/160-130/15 ст. № 1 Волгоградской ТЭЦ-3. Установлено, что развитие разрушения лопатки проходило по усталостному механизму. Зарождение усталостной трещины имело многоочаговый характер. Очагами разрушения могли послужить межзеренные трещиноподобные несплошности, наблюдаемые на вогнутой поверхности кромки лопатки в околошовной зоне внешнего сварного валика, которые следует отнести к дефектам сварки. Признаков коррозионной компоненты в усталостном процессе разрушения исследуемой лопатки не обнаружено. Наличие хлора и серы в составе отложений на поверхности излома указывает на присутствие этих элементов в рабочей среде и может быть потенциально опасным для металла деталей проточной части турбины;
при исследовании состояния оксидной пленки на котельных трубах Каширской ГРЭС установлено, что на образце трубы ВРЧ оксидная пленка загрязнена хлором, натрием, калием, кальцием. На образцах труб ВЭК и ВРЧ наблюдаются значительные загрязнения углеродом. Среднее содержание углерода на этих образцах составляет 1,9 и 3,2 вес.% соответственно. Локальные загрязнения углеродом в виде пятен размерами 10-60 мкм достигают десятков процентов. Это свидетельствует о попадании углеродсодержащих веществ в теплоноситель, проходящий через указанные трубы;
установлено, что в приповерхностном слое на образцах труб ВРЧ, ШПП-1, КПП н.д.-2 происходит сульфидно-оксидная коррозия. Обогащенные серой пятна находятся в металле за границей продвижения кислорода, на расстояниях до 35 мкм от границы металла. Со стороны окалины наблюдается уширение границ зерен и неравномерное усиление контраста областей с повышенным содержанием серы. На уширенных границах и обогащенных серой пятнах наблюдаются признаки разрыхления. Проникновение кислорода вдоль границ зерен наблюдается на расстояниях до 25 мкм. Серосодержащие соединения входят в состав окалины. Катализирующие сульфидную коррозию элементы натрий и ванадий в окалине не обнаружены.
С целью выяснения механизмов совместного и раздельного действия основных повреждающих факторов околоземного космического пространства – солнечного излучения и быстрого атомарного кислорода – на полимерные материалы космической техники были проведены оценки возможного фотокаталитического действия частиц пигментов (оксид цинка, диоксид титана), входящих в состав эмалей, которые находятся на поверхности космических летательных аппаратов и подвергаются одновременному воздействию солнечного излучения и быстрого атомарного кислорода. Получена верхняя оценка возможного эффекта. Повышение уноса массы с поверхности эмалевого покрытия из-за гипотетического фотокаталитического эффекта по отношению к эрозии атомарным кислородом не превышает множителя 2–3. (ИНЭПХФ РАН)
Развиты методы анализа живучести и безопасности в вероятностной постановке. Разработаны методы уточненного анализа характеристик риска и безопасности с использованием исходной статистической информации о свойствах конструкционных материалов.
Установлены временные зависимости параметров (характеристик) истории эксплуатационного нагружения, использованные для последующих расчетно-экспериментальных оценок исходной и остаточной прочности, ресурса, живучести, риска и безопасности. Учтены возможные сложные эффекты нелинейности, использованы критерии однократного кратковременного, циклического, динамического и длительного статического разрушения, линейной и нелинейной механики разрушения и механики катастроф.
Разработана методика измерения статической жесткости несущей системы применительно к станку – гексаподу. В рабочем пространстве станка выбраны характерные точки, в которых проводились измерения жесткости, и места расположения датчиков линейных и угловых перемещений. По результатам измерений построены кривые «сила-перемещение» и составлены таблицы (матрицы) линейной и угловой жесткости, выявлены узлы с недостаточной жесткостью и выработаны мероприятия по усилению конструкции станка. Полученные данные позволяют наметить пути повышения жесткости машин с механизмами параллельной структуры.
Разработана методика расчета тепловых полей тканых нагревателей, имеющих простую плоскую структуру с равномерным и неравномерным расположением высокоомных нитей в основном или уточном рапорте ткани. Методика позволяет создавать тканые нагреватели с различной конфигурацией тепловых полей. Методика допускает расчет тканых нагревателей, обеспечивающих согласование температурных режимов системы «обогреваемый объект – внешняя среда – нагреватель», что особенно важно при создании систем обогрева биологических объектов. (ИМАШ РАН)
Комплексные проблемы машиноведения, эргономика и бмомеханика систем «человек-машина-среда», создание и функционирование макро- и микроробототехни-ческих, мехатронных комплексов, динамика машин, волновые и вибрационные процессы в технике
Выполнено экспериментальное исследование режимов движения миниатюрных роботов в динамически изменяющихся средах, в ограниченных пространствах и в трубах малых диаметров с различным качеством поверхностей. Эксперименты выполнялись на созданной установке, включающей персональный компьютер, с помощью которого задавались параметры движения. Сочетание математического компьютерного моделирования с натурными экспериментами позволило выявить основные особенности управляемых режимов движения мобильных миниатюрных роботов, разработать частотный метод управления, в частности метод управления реверсивными режимами.
Получила дальнейшее развитие теория функционирования систем управления мобильными робототехническими устройствами при выполнении сложных пространственных движений.
Выполнен анализ алгоритмов адаптивного управления в самонастраивающейся системе с эталонной моделью с учетом неполноты информации о параметрах внешних воздействий и динамических характеристиках мобильного робота, получаемой в процессе движения. Эти алгоритмы допускают корректировку программного движения в зависимости от сигналов измерительно-информационной системы, что позволяет самой системе принимать простейшие решения об изменении направления движения при обходе или преодолении препятствий. Рассмотрен пример архитектуры контроллеров адаптивного управления мобильным роботом вертикального перемещения со скользящим уплотнением при обходе препятствия при его движении по вертикальной плоскости.
Разработаны алгоритмы управления мобильным пятизвенным роботом с вакуумными захватными устройствами в конечных опорах и с измерительно-информационной системой на основе технического зрения, обеспечивающей распознавание боковых ответвлений, а также датчиков, фиксирующих наличие контакта крайних опор с поверхностью и датчиков силы и момента нагрузки.
Многозвенный робот рассматривается как машина динамического принципа действия. Он выполнен в виде цепочки звеньев, соединенных шарнирами со встроенными управляемыми двигателями. Двигатели осуществляют повороты звеньев в соответствующих плоскостях на определенные углы, соответствующие целям управления, а вакуумные опоры конечных звеньев фиксируют положение всей системы в необходимых точках поверхности вдоль траектории управляемого движения с учетом ограничений, связанных с конструктивными особенностями внутренних поверхностей трубопроводов.
Проведенные экспериментальные исследования системы управления с различными алгоритмами посредством компьютерного и натурного моделирования подтверждают возможность использования не только супервизорного (с присутствием оператора), но и автономного управления мобильными многозвенными роботами. На основе полученных результатов, обоснована структура измерительно-информационных устройств и рассчитаны параметры проектирования.
Проведены экспериментальные исследования совместного функционирования информационной мехатронной системы моделирования движений человека для промышленных применений и антропометрической базы данных параметров человека, включая требование улучшения экипировки. Результаты экспериментальных исследований направлены на выполнение проектных работ по созданию промышленных автоматизированных систем, в которых необходимо учитывать разнообразие движений человека. Используются возможности взаимодействия с зарубежными партнерами, принимающими участие в исследованиях, проводимых в рамках международного проекта EUREKA E!3760-HUMANOID. (ИПМех РАН)
Создание перспективных конструкций, материалов и технологий в авиации, ракетной и атомной технике, судостроении, наземном транспорте, станко- и приборостроении
Для исследования напряженно-деформированного состояния трехслойных композитных оболочек произвольной формы в широком диапазоне изменения жесткостных характеристик слоев, условий их закрепления и нагружения построены эффективный конечный элемент заполнителя с аппроксимацией, учитывающей эффективные функции формы, и конечный элемент несущих слоев. Для адекватного учета неоднородности структуры, различных условий закрепления и нагружения слоев использованы различные модели (отдельно для несущих слоев и отдельно для заполнителя), с помощью которых затем моделируется напряженно-деформированное состояние конструкции в целом. Несущие слои трехслойной конструкции моделируются моментными оболочками Кирхгофа-Лява, а для заполнителя применены соотношения трехмерной теории упругости. Предложена эффективная конечно-элементная модель, позволяющая значительно увеличить скорость сходимости и приводящая к относительно невысоким порядкам систем уравнений и небольшим погрешностям расчета. (ИПРИМ РАН)
С целью разработки научных основ создания новых композиционных тонкопленочных и мембранных материалов: предложен и реализован новый метод имплантации углеродной фазы в перфторированную ионообменную мембрану МФ-4СК путем гамма- и УФ-инициируемой прививки винилиденхлорида с последующим дегидрохлорированием привитого полимера во фторангидридный прекурсор мембраны с регулируемой толщиной гидролизованного слоя; проведены измерения диффузионной проницаемости водорода для исходных мембран МФ-4СК и допированных углеродной фазой с использованием специально разработанной методики. Показано, что допирование 10% углеродной фазы приводит к снижению коэффициента диффузионной проницаемости водорода для мембраны в Н+-форме при комнатной температуре в насыщенных парах воды: (3,2 ± 0,2)10–7см2/с для исходной, (1,8 ± 0,3)10–7см2/с для модифицированной; разработана методика допирования мембраны МФ-4СК поливиниловым спиртом путем инициируемой прививки винилацетата с последующим гидролизом привитого полимера. Цель подхода – поиск путей улучшения транспортных свойств мембраны, в частности, снижения диффузионной проницаемости водорода и метилового спирта. Обнаружен неожиданный эффект – взаимодействие Н+-формы МФ-4СК как с жидким ВА, так и с его парами, с образованием внутри ее полимерных продуктов. Разработана методика гамма-инициируемой прививки ВА в К+-форму мембраны. Получены серии образцов для измерения транспортных свойств мембран, модифицированных таким методом; разработана методика тонкослойного покрытия нитрильных резин с использованием полиамида ПА-6. Показано, что для образцов нитрильных резин на основе каучуков СКН-18 и СКН-40 полиамидное покрытие, содержащее 30% дисульфида молибдена, увеличивает устойчивость к истиранию примерно в 140-
200 раз по сравнению с исходной резиной.
С целью разработки и оптимизации методов синтеза высоконаполненных композиционных материалов, содержащих углеродные наночастицы, проведено измерение комплексных диэлектрических характеристик композитов на частоте 2,73 ГГц, которое показало, что они обладают хорошими радиопоглощающими свойствами. Так ε'' > 1 при ε' > 4 при концентрациях углеродных нанотрубок в композите 0,3 масс.%. В то же время измерение диэлектрической проницаемости композита с углеродными волокнами диаметром ~ 3 мкм, взятыми из углеродной ткани, также показывает хорошие поглощающие свойства (ε'' > 1 при ε' > 15 при концентрациях волокон
в 0,6 масс.%.) композитов и при этом они значительно дешевле. Однако механические характеристики выше у композитов с углеродными нанотрубками. (ИНЭПХФ РАН)
Теория систем, общая теория управления сложными техническими и другими динамическими системами, в том числе единая теория управления, вычислений и сетевых связей, а также теория сложных информационно-управляющих систем, групповое управление и распределенное управление
Разработаны методы синтеза структур преобразования, методы и технологии интеллектуальной поддержки построения моделей слабоструктурированных систем и ситуаций. (ИПТ РАН)
Предложен и обоснован алгоритм синхронизации процессов в сложных технических системах, разработаны рекомендации по оптимизации кодирующих/декодирующих устройств в канале связи и дано решение задачи адаптивной синхронизации для класса нелинейных колебательных систем в форме Лурье. (ИПМаш РАН)
Найдена оценка сверху главного бифуркационного значения максимального допустимого управляющего воздействия в задаче быстродействия для нелинейной системы второго порядка. Система имеет одну степень свободы и описывает динамику инерционного объекта под действием двух сил: управляющей и неуправляющей, заданной в виде периодической функции координаты. Терминальное множество представляет собой точки на оси абсцисс фазовой плоскости, причем расстояние между двумя соседними точками равно периоду неуправляющей силы. Таким образом, задача синтеза оптимального по быстродействию управления рассматривается на фазовом цилиндре. Величина, ограничивающая модуль управляющего воздействия, является существенным параметром задачи, от которого зависит структура оптимального решения. Под главным бифуркационным значением понимается такое значение указанного параметра, при котором на фазовом цилиндре появляются траектории с двумя переключениями релейного оптимального управления. Знание верхней оценки главного бифуркационного значения позволяет указать ограничения на управление, при которых оптимальный синтез имеет наиболее простую структуру, а именно, когда управление переключается не более одного раза.
Построено точное решение задачи оптимального по быстродействию приведения динамического объекта в заданную точку многомерного пространства посредством ограниченной по модулю силы при наличии возмущения и противодействия.
Метод сингулярных характеристик был применен для построения негладкого решения системы уравнений Эйлера-Лагранжа для вариационной задачи с несколькими искомыми функциями и квадратичным функционалом. Предложен алгоритм построения решения, исследован характер решения в зависимости от начальных условий.
Предложен численный алгоритм субоптимального синтеза в нелинейной трехмерной игровой задаче преследования-уклонения. Динамика объектов соответствует известной модели маневри-рования самолетов с установившимися в горизонтальной плоскости скоростями в условиях конфликтной ситуации. Управление самолетами осуществляется за счет силы, перпендикулярной к скорости и ограниченной по модулю. Критерием качества игровой задачи выступает некоторая скалярная функция фазовых координат системы, которую преследующий игрок минимизирует, а преследуемый – максимизирует. Для численного построения стратегий преследующего игрока с помощью принципа максимума Понтрягина и основного уравнения Айзекса-Беллмана исследована упрощенная задача оптимального управления. (ИПМех РАН)
Методы управления, основанные на декомпозиции, опробованы на сложной мехатронной системе с дефицитом управляющих параметров. Для эксперимента был выбран двузвенный маятник, созданный в Отделе автоматики и биомеханики Технического университета г. Лодзь (Польша). Конструктивной особенностью указанного двойного маятника является ограниченность (слабость) управляющего момента, создаваемого в точке подвеса. Кроме того, отсутствует возможность изменять амплитуду управляющего сигнала. Управление по обратной связи, учитывающее указанные ограничения, было успешно применено для раскачивания двойного маятника и приведения его в окрестность верхнего неустойчивого положения равновесия.
Решена задача оптимального быстродействия и исследовано плоскопараллельное качение диска по достаточно гладкой кривой под действием возмущающих и управляющих сил. Построена брахистохрона и проанализированы динамические характеристики качения диска, движущегося по плоской кривой без проскальзывания и отрыва.
Проведен параметрический анализ решения дифференциальной игры двух лиц с ненулевой суммой. Найдена область значений двух параметров, для которой возможно сведение исходной игры с ненулевой суммой к вспомогательной игре с нулевой суммой.
Разработаны вариационные подходы к нахождению собственных форм и частот упругих тел и конструкций; исследованы собственные колебания упругой трехмерной балки и эллиптической мембраны. Построены эффективные модели неоднородных стержней и ферменных конструкций, исследованы их напряженно-деформированные состояния при определенных видах нагрузок. Разработаны эффективные алгоритмы граничного управления колебаниями мембраны при наличии ограничений на величину управляющих воздействий.
Построена адекватная наблюдениям и высокоточным данным измерений Международной службы вращения Земли математическая модель осевого вращения Земли с учетом гравитационных возмущающих моментов сил; проведен высокоточный анализ вариаций продолжительности суток на различных интервалах времени, установлена незначительность добавки общей теории относительности. (ИПМех РАН)
Разработаны методы оптимального подавления внешних возмущений в линейных системах при различных формах неопределенности объекта. Получены робастные обобщения техники инвариантных эллипсоидов. Предложены современные варианты методов Монте–Карло для решения задач стабилизации и робастной стабилизации. Обоснована сходимость рандомизированных алгоритмов выпуклой оптимизации. Получены редукционные условия неустойчивости нелинейных динамических систем.
Исследованы следующие приложения дифференциально-геометрических методов к теории управления сосредоточенными и распределенными системами: а) управление сингулярными режимами (ударными волнами); б) компьютерно-аналитические методы в теории управления;
в) классификация систем управления и преобразование обратной связи; г) применение псевдоримановых метрик к исследованию уравнений Монжа-Ампера.
С использованием преобразований Кирхгофа и методов возмущения для нелинейных уравнений модели сложных многосвязных систем большой размерности разработаны способы построения эквивалентной последовательности линейных систем невозмущенных и возмущенных уравнений математической физики. Для их решения разработаны многоуровневые вычислительные методы с распараллеливанием вычислений на многопроцессорных вычислительных системах кластерного типа с использованием различных вариантов и сочетаний методов декомпозиции с расщеплением и конечных суперэлементов. Показано, что для вычисления критериев оптимальности выбора управляющих воздействий можно воспользоваться методами сопряженных уравнений (в смысле Лагранжа) для исходных нелинейных уравнений модели сложных многосвязных систем большой размерности. Для решения таких сопряженных уравнений на каждом шаге оптимизации применимы многоуровневые алгоритмы, разработанные для линейных невозмущенных и возмущенных уравнений. Найдены условия устойчивости и сходимости предлагаемых многоуровневых вычислительных методов. Показано, что разработанные методы допускают экономичные реализации и эффективную распараллеливаемость на МВС кластерного типа. Разработана методология исследования математических моделей системного уровня иерархических электроэнергетических систем. На основе Н2-оптимизации разработаны методы верификации указанных моделей. Описаны частные постановки задач компьютерного моделирования систем, основанные на полученных в 2007-2008 гг. теоретических результатах. Предложены новые системные инварианты для непрерывных систем автоматического управления – грамианы адаптируемости, исследованы их свойства, установлена их связь с грамианами управляемости и наблюдаемости, а также с матрицами адаптируемости. Разработаны вычислительные методы Н2-оптимальной настройки регуляторов заданной структуры. Разработан алгоритм двойственного метода численного решения линейно-квадратичной задачи оптимального управления, в том числе задачи с фазовыми ограничениями. Этот алгоритм реализован в системе Matlab. Проведено экспериментальное исследование метода на наборе тестовых задач. (ИПУ РАН)
Разработан и исследован метод синтеза высококачественных позиционно-силовых систем управления манипуляторами, которые без использования податливости механизма и многокомпонентных силомоментных датчиков позволяют обеспечивать одновременное высокоточное управление и пространственным движением рабочего инструмента, и силовым воздействием на объекты работ. Этот метод основан на разделении момента, развиваемого каждым приводом манипулятора, на две составляющие: составляющую движения и силовую составляющую, а также на одновременной минимизации ошибок управления по этим двум составляющим для всех приводов с помощью квадратичного критерия качества. (ИАПУ ДВО РАН)
Разработана система передачи информации с телеуправляемого подводного аппарата по силовым жилам кабеля связи с использованием технологии Power Line Communication. Обеспечен информационный обмен между терминалами со скоростью, достаточной для качественной передачи цифрового видеосигнала. (ИПМТ ДВО РАН)
Человеко-машинный симбиоз, интеллектуальное управление, управление в неопределенных средах и управление в междисципли-нарных моделях организационных, социальных, экономических, биологических и экологических систем
Разработана теория, модели и методы структурирования целей системы поддержки принятия решений в слабоструктурированных ситуациях аварий транспортных средств на основе методов искусственного интеллекта (концепции управления знаниями).
Разработана комплексная методология структурирования и построения архитектуры имитационных компьютерных тренажеров управления движением транспортных средств, модели и методы управления их развитием с использованием баз знаний. (ИПТ РАН)
Разработаны и исследованы методы моделирования динамических когнитивных карт с приближенными значениями. Предложена оценка степени размытости таких значений, выражающая возможную степень доверия к ним. Предложена модель поддержки принятия решения для
создания коалиции субъектов с несовпадающими целями, позволяющая ЛПР в условиях неопределенности сформулировать вариант коалиции, опираясь на собственные нечеткие представления о ресурсах, стратегиях и целях игроков, представленные в лингвистическом виде. Рассмотрены достаточные и необходимые условия для формирования коалиции. Разработан метод построения онтологии предметной области научных знаний, опробованный при построении фрагментов онтологии «Теория графов». Предложен онтологический подход к созданию высокоуровневых систем САПР для проектирования АСУ ТП с использованием структурированных баз знаний.
Разработана модель организационной системы, основанная на взаимодействии трех базовых составляющих и внутренних элементов каждой составляющей. В качестве составляющих приняты: иерархия целей; множество упорядоченных во времени действий, направленных на достижение целей; множество наблюдаемых показателей.
Разработан наглядный графо-аналитический аппарат, способствующий пониманию функцио-нирования крупномасштабной системы. Аппарат базируется на формализме событийных сетей Петри, отображающих статику и динамику составляющих модели. Исследована устойчивость триадной структуры: сформулированы необходимые и достаточные условия установления равновесия при переходных процессах, инициированных внешними воздействиями.
На основе выявленного контекста создания научного знания, а также модели Нонака-Такеучи предложена модель создания знаний для научной организации. Сформировано ядро онтологий, составляющее концептуальную рамку исследовательской деятельности в научном сообществе. Разработана архитектура системы управления знаниями, поддерживающая различные аспекты научной деятельности. Принята распределенная веб-архитектура на базе сервисов, объединенных открытыми форматами данных, протоколами и программными интерфейсами. Выявлены группы сервисов поддержки исследователей и разработаны механизмы их взаимодействия. Проведен анализ и подготовлен обзор методов представления знаний по системному слою архитектуры и информационным технологиям организации. Разработан метод представления интегрированных знаний по системному слою архитетктуры и информационным технологиям организации, основанный на схеме Захмана.
Разработаны вычислительные алгоритмы процессов обнаружения малозаметных подвижных объектов на основе математических моделей когерентного взаимодействия двух волновых процессов. Создана система моделирования в виде компьютерной программы, позволяющей проводить компьютерные эксперименты по обнаружению малозаметных подвижных объектов в различных условиях фоно-целевой обстановки. Разработанная система моделирования является гибкой и позволяет изменять параметры системы наблюдения – расположение в 3-мерном пространстве, параметры объекта и фона. Система дает возможность выбрать оптимальные условия для обнаружения малозаметных подвижных объектов. Проведено моделирование процессов обнаружения подвижных объектов на основе фонового принципа для решения задач охраны открытых территорий в крупных городах и стратегически важных регионах. Разработаны вычислительные алгоритмы обнаружения для различных фонов конфигурации объектов, а также для различных скоростей и направлений. Для высокоскоростных следящих систем разработаны алгоритмы программного управления, компенсирующие колебательные возмущения. Для управления сложными динамическими объектами разработаны оригинальные алгоритмы программного управления, имеющие большое быстродействие.
Разработаны методы создания стохастических моделей систем на основе знаний о конструктивных и технологических особенностях и свойствах идентифицируемого объекта. Сформулированы необходимые и достаточные условия существования модели и уравнения идентификации для линейных и нелинейных систем. Разработаны методы оценки инвариантов систем, в том числе получены оценки адекватности модели и степени нелинейности идентифицируемой системы. Получены условия существования решения дифференциального уравнения, не разрешенного относительно производной. Полученные теоретические результаты использовались при математическом моделировании современных сетей передачи электроэнергии. Разработаны методы компьютерного моделирования и получения прогнозов с использованием априорных знаний о системе. Использование в моделях организационных систем сценарных данных предназначено для включения прогнозов в контур управления организационными системами. (ИПУ РАН)
Управление движением, управление в энергетических и транспортных системах, управление производством (автоматизация проектирования, автоматизация технологических процессов, логистика), мультидисципли-нарная координация и управление в глобальных производственных системах, а также кооперативное управление
Синтезированы специализированные алгоритмы управления большими космическими конструкциями, обеспечивающие устойчивость и высокие показатели качества управления на конечном множестве модально-физических моделей. Введено понятие левой границы области существования спектра собственных частот объекта, в которой используемый базовый алгоритм обеспечивает качество и робастность управления по отношению к вариациям спектра упругих мод. При этом ниже этой границы базовый алгоритм не позволяет реализовать желаемую динамику управления, и возникает задача реструктуризации базового алгоритма. При решении указанной задачи был использован предложенный авторами ранее метод калмановского оценивания модально-физических координат объектов аэрокосмической техники с нежесткой конструкцией. Синтез модифицированного базового алгоритма проводился из условия, чтобы время переходных процессов при разворотах объекта не превышало некоторого наперед заданного значения. Для ориентации деформируемых космических аппаратов предложено использовать систему с двумя независимыми исполнительными органами типа двигателей-маховиков, один из которых создает управляющие воздействия, поддерживающие требуемую ориентацию несущего тела объекта, а второй осуществляет демпфирование изгибных колебаний конструкции. Предложены алгоритмы управления, использующие калмановские оценки «жесткой» и «упругой» компонент движения объекта. Показана возможность использования координатно-параметрического управления в иерархии подсистем управления общим движением многорежимного космического робота с целью повышения точности и экономичности его функционирования. Предложена система комбинированного энергосберегающего управления угловым движением объекта. Эффект экономии расходуемого запаса топлива достигается за счет стабилизации углового положения корпуса модуля путем обмена движениями между корпусом и звеньями манипулятора. Предложенные алгоритмы синтезированы на основе принципа координатно-параметрического управления для тех режимов функционирования объекта, в которых манипулятор не используется по прямому назначению. Синтезированы алгоритмы параметрической адаптации базовых законов управления ориентацией для широкого класса деформируемых космических аппаратов, в частности, алгоритмы прецизионного и безопасного управления движением космического роботизированного модуля при мониторинге поверхности орбитальной станции, адаптивно-оптимального управления движением несущего корпуса и адаптивного управления звеньями манипулятора. Предложены методы построения области конечных состояний релейной нестационарной системы. Необходимость определения этих областей возникает при управлении звеньями манипулятора. Для частного случая решение задачи дано на основе мажорант и на основе понятий критической функции нестационарности и предельной области сходимости. В рамках задачи поддержания безопасности текущей эксплуатации ракетно-космической техники усовершенствовано алгоритмическое и параметрическое обеспечение действия бортовых систем управления (СУ) для:
1) снижения влияния возросшей парусности головных обтекателей модернизированных ракет-носителей (семейства РН «Союз-2») на траекторные параметры РН; 2) парирования побочных эффектов (деструктивного характера) от обновления элементной базы СУ и использования БЦВК в контурах управления РН и разгонным блоком; 3) устранения несанкционированных проявлений автоколебательности в действии отдельных компонент обновляемых СУ. Для обеспечения создания перспективного водород-кислородного разгонного блока с длительным циклом работы в космическом пространстве проведены исследования возможных принципов и алгоритмов действия бортовых систем.
Получены оптимальные по скорости сходимости оценки коэффициента размытости в задачах непараметрического ядерного оценивания функционалов от распределений. Эти оценки применены к задачам фильтрации и интерполяции при не полностью известных уравнениях состояния. Методом разложения выходного сигнала билинейной стохастической модели в ортогональные ряды решена задача статистического анализа системы. Проведено сопоставление полученных результатов с классическим методом Ито составления дифференциальных уравнений для первых двух моментов распределения. Разработаны рекуррентные алгоритмы совместного оценивания параметров системы и статистических характеристик случайных возмущений в многомерных динамических системах, описываемых разностными стохастическими уравнениями при структурных ограничениях на неизвестные ковариационные матрицы векторов возмущений. Проведено исследование стохастических пирамидальных структур с целью их применения в обработке изображений. Проанализированы существующие подходы к построению нерегулярных иерархий, используемые в сегментации двумерных изображений.
Проведен сравнительный анализ различных подходов к решению задачи фильтрации и восстановления параметров морских подвижных объектов (МПО) при различном уровне априорной информации о состоянии объекта. Разработаны алгоритмы фильтрации и восстановления неизмеряемых координат для различных групп задач управления движением МПО. Разработанные алгоритмы позволяют определить полный набор фазовых координат объекта, включая высшие производные, а также величины внешних воздействий. Это позволяет существенно повысить качество процессов управления объектом за счет формирования оценки не только текущего, но и прогнозируемого состояния МПО. Предложен подход к построению автоматизированной системы, обеспечивающей оператора информацией как о текущем, так и о прогнозируемом состоянии объекта, которая требуется для оперативной выработки решений по управлению процессом движения МПО в реальном времени. Разработаны и включены в созданный программный комплекс РДС (Расчет Динамических Систем) модули, предоставляющие дополнительные возможности для разработки алгоритмов восстановления параметров МПО и наглядного представления информации о состоянии объекта. Средства взаимодействия РДС с пользователем по ряду критериев превосходят известные отечественные и зарубежные аналоги.
Исследованы возможности применения современных инструментальных средств для создания интеллектуальных информационно-управляющих комплексов (ИУК) перспективных летательных аппаратов. Показано, что даже самые современные инструментальные средства обладают рядом существенных недостатков, не позволяющих использовать их в рассматриваемой области. На основе проведенного анализа разработаны основные требования к инструментальным средствам построения интеллектуальных ИУК, среди которых следует отметить: наличие процедурных и логических (интеллектуальных) методов; работа в реальном (жестком реальном) времени; средства компиляции и параллелизма; отторжение от среды разработки; модульность. Предложена концепция ядра подобных инструментальных средств, основными чертами которого являются: объединение процедурных и логических средств в рамках единой системы, высокое быстродействие на основе полной компиляции, универсальность используемого языка.
Разработана модель системы поддержки принятия решений для морских операций, включающая имитационную модель операции с математической моделью боевого столкновения сторон. Модель принятия решений включает процедуры сравнения и выбора наиболее предпочтительного плана операции. Разработана структура системы имитационного моделирования системы поддержки принятия решений с определением наилучших параметров. Разработаны математические модели и методы формирования динамических оценок текущей и прогнозируемой ситуации по состоянию технических средств и систем управления объекта, оценок воздействия внешней среды, действий операторов постов управления и формирования гипотез о возможных вариантах развития ситуаций в нештатных и аварийных режимах. Определены требования к построению алгоритмического и прикладного программного обеспечения для формирования интеллектуального интерфейса операторов постов управления подвижными объектами, для встроенных бортовых тренажеров и систем обучения операторов.
Разработана методика оценки эффективности математических моделей дискретной и логической обработки данных на основе теории алгебраической декомпозиции дискретных функций. На основе полученных ранее верхних оценок сложности реализации обработки данных найдено выражение, определяющее количество операций процессора, достаточное для самой сложной процедуры преобразования входных данных в выходные, что позволило разработать методику оценки эффективности дискретной обработки данных, выполняемой как аппаратными средствами в виде схемы из логических элементов, так и программными средствами в виде программы для вычислительного устройства дискретного действия. Разработанная методика позволяет оценить эффективность реализации дискретной обработки данных по объему обработанных данных и затраченному для этого времени обработки. Использование разработанной методики позволит получить новую метрику, которая, в отличие от известных, даст объективную и адекватную характеристику качества устройства или программы. (ИПУ РАН)
Сформулированы условия робастной устойчивости систем с регуляторами на основе непараметрических прогнозирующих моделей для динамических объектов, имеющих запаздывание и астатизм. (ИАПУ ДВО РАН)
