О Лаборатории

Тема научного исследования по мегагранту - теоретические основы цифровизации анализа и синтеза сложных механических систем, сетей и сред.

Цифровизация (digitization,digitalization) – это внедрение цифровых технологий в различных областях науки, техники и производства, ставшее недавно актуальным в связи с повсеместным использованием компьютерных технологий. Предлагаемый проект посвящен развитию методов цифровизации для анализа и синтеза сложных механических систем с приложением к проектированию объектов машиностроения: перспективного вибрационного, энергетического, химического оборудования, робототехнических комплексов, летательных аппаратов. Проект основан на методах, предложенных в 2001- 2010 гг в цикле из шести работ ведущего ученого, профессора Тель-Авивского университета Эмилии Фридман, позволяющих повысить точность, безопасность и эффективность цифровизированных систем, оценить предельные возможности цифровизации. Результаты Э.Фридман используются во многих странах: каждая из ее основополагающих работ имеет более, чем по 700 цитирований, ее Н-индекс достигает– 60. Коллектив ИПМаш РАН имеет опыт сотрудничества с Э.Фридман в 2011-2018 гг. в рамках проектов ФЦП «Кадры» и РНФ. В создаваемой лаборатории результаты школы Э.Фридман и результаты коллектива к будут применяться к задачам управления в механике и машиностроении с целью повышения стабильности, безопасности и качества систем, снижения эксплуатационных затрат.

В 2021 г в ИПМаш РАН под руководством Э.Фридман создана лаборатория «Цифровизация, анализ и синтез сложных механических систем, сетей и сред» (ЦАС). В руководстве проектом участвуют также зам.руководителя лаборатории ЦАС, член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук А.К.Беляев, ответственные исполнители доктор технических наук А.Л.Фрадков и доктор технических наук И.Б.Фуртат.

Исследования проводятся в рамках пяти направлений,

Цифровое интеллектуальное управление многороторными вибрационными установками. Задачи: разработка фундаментальных основ и оценка предельных возможностей цифрового и адаптивного (интеллектуального) управления для повышения эффективности вибрационных машин.
Автономная навигация и управление многоагентными робототехническими и мехатронными комплексами. Задачи: разработка методологии анализа и синтеза эффективных и строго обоснованных алгоритмов децентрализованной автономной навигации многоагентных робототехнических комплексов в условиях нерегулярного или скудного информационного обмена.
Адаптивное управление и оценивание для летательных аппаратов при больших задержках и ограничениях на каналы связи. Задачи: разработка алгоритмов управления при существенной неполноте информации для выполнения маневров современных аэрокосмических систем.
Разработка методов цифрового управления нелинейными пространственно распределенными системами и прочностными свойствами нелинейных акустических метаматериалов. Задачи: создание серии цифровых алгоритмов для подавления и возбуждения заданных форм колебаний в протяженных механических объектах для решения прикладных задач, в т.ч. повышение эффективности шумопоглощающих экранов и подавление колебаний протяженных конструкций (мостов, кранов и т.п.); синтеза нелинейных акустических метаматериалов с заданными свойствами на основе цифрового управления.
Разработка новых методов и алгоритмов цифрового адаптивного управления непрерывными распределенными системами в условиях значительных возмущений. Задачи: повышение точности и безопасности работы объектов энергетического и химического машиностроения, таких, как комплексы энергомашин и ректификационные колонны. Ожидаемые результаты: Методы и алгоритмы цифрового адаптивного управления распределенными системами в условиях неопределенности параметров, существенных возмущений и запаздывания в цифровых каналах связи. Методы и алгоритмы адаптивного прогноза значений регулируемых переменных в условиях больших запаздываний в каналах. Оптимальный расчет параметров регуляторов для минимизации энергозатрат и отклонения от заданного режима в энергомашинах и ректификационных колоннах.

Theoretical foundations of digitization for analysis and design of complex mechanical systems, networks and media

Digitization is the introduction of digital technologies in various fields of science, technology and industry, which has recently become important due to the widespread use of computer technologies. The proposed project is devoted to the development of digitization methods for the analysis and synthesis of complex mechanical systems with an application to the design of mechanical engineering objects: vibration, power, chemical units, robotic systems and aircrafts. The project is based on the methods proposed in 2001-2010 in a series of six papers by the leading scientist E. Fridman, allowing to increase the accuracy, safety and efficiency of digilized systems, to assess the ultimate possibilities of digitization. E. Fridman's results are used in many countries: each of her six fundamental works has more than 700 citations, her H-index exceeds 60. The team has experience of cooperation with E. Fridman in 2011-2018. within the framework of the projects of the federal program "Cadres" and the RSF. In the laboratory being created, the results of the E. Fridman school and the results of the team will be applied to control problems in mechanics and mechanical engineering in order to increase the stability, safety and quality of systems, and to reduce operating costs. Research are carried out in five areas,

Digital intelligent control of multi-rotor vibrating machines. Tasks: development of fundamental foundations and assessment of the limiting capabilities of digital and adaptive (intelligent) control to improve the efficiency of vibration machines.
Autonomous navigation and control of multi-agent robotic and mechatronic complexes. Objectives: development of a methodology for the analysis and synthesis of effective and well-grounded algorithms for decentralized autonomous navigation of multi-agent robotic systems in conditions of irregular or poor information exchange.
Adaptive control and estimation for aircraft with high delays and restrictions on communication channels. Tasks: development of control algorithms with significant incompleteness of information for performing maneuvers of modern aerospace systems.
Development of methods for digital control of nonlinear spatially distributed systems and strength properties of nonlinear acoustic metamaterials. Tasks: creation of a series of digital algorithms for suppression and excitation of specified vibration modes in extended mechanical objects for solving applied problems, incl. increasing the efficiency of noise-absorbing screens and suppressing vibrations of extended structures (bridges, cranes, etc.); synthesis of nonlinear acoustic metamaterials with specified properties based on digital control.
Development of new methods and algorithms for digital adaptive control of continuous distributed systems in conditions of significant disturbances. Objectives: improving the accuracy and safety of power and chemical engineering facilities, such as power machine complexes and rectification columns. Expected results: Methods and algorithms for digital adaptive control of distributed systems in conditions of parameter uncertainty, significant disturbances and delays in digital communication channels. Methods and algorithms for adaptive forecasting of the values of controlled variables in conditions of large delays in the channels. Optimal controller design for minimization of the energy consumption and deviations from the set mode in power machines and rectification columns.