Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов оптимизации и идентификации аэрокосмических систем и летательных аппаратов

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0471
Организация
МАИ
Руководитель работ
Кибзун Андрей Иванович

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
30.09.2009 - 15.12.2009
Сделаны аналитические обзоры по проблемам анализа, моделирования, оптимизации и идентификации космических систем и летательных аппаратов в условиях неопределенности и с учетом требований надежности. Разработаны планы теоретических и экспериментальных исследований по указанным проблемам.

Результаты 2009 г.

Рассмотрена задача оценивания траектории движения ЛА по комплексным наблюдениям в условиях априорной неопределенности. Случайные погрешности наблюдений представляют собой многомерный гауссовский центрированный белый шум с дискретным временем. Ковариационные матрицы ошибок наблюдений априори неизвестны. Предложена адаптивная модификация разработанного ранее минимаксного подхода, позволяющая получить оценки параметров движения ЛА, обладающие требуемым уровнем надежности при конечных объемах наблюдений и свойством состоятельности.
С использованием современных концепций и методов проектирования программных систем в рамках объектно-ориентированной парадигмы разработан подход к проектированию системы дистанционного обучения CLASS.NET – специализированной сетевой скриптовой системы обучения с «тонким» клиентом, доступной через Интернет.
Предложена модификация скелетного алгоритма решения обобщенных задач линейного программирования, возникающих в задачах оптимальной линейной идеальной коррекции траектории летательного аппарата.
Предложен стохастический квазиградиентный алгоритм минимизации функции квантили, характеризующей гарантированную с заданной вероятностью точность попадания летательного аппарата в заданную область.
Разработаны способы преобразования дифференциальных уравнений движения КА с учетом колебаний жидких компонентов топлива в баках к системе дифференциальных уравнений в нормальной форме Коши. Исследована проблема моделирования движения КА на этапе полета с работающим маршевым двигателем (случай больших ускорений). Конструктивно КА и система управления КА создаются так, чтобы на данном участке полета имели место в основном малые колебания жидких компонентов топлива в баках КА. В этом случае малые колебания жидких компонентов моделируются колебаниями математических маятников. Известны уравнения малых колебаний математических маятников, являющихся механическим аналогом гидродинамики, в обобщенных координатах в форме Нариманова. В разработанном комплексе программ математического моделирования используется эта модель гидродинамики для моделирования движения КА с работающим маршевым двигателем. Пространственное движение КА рассматривается в декартовых координатах. В рассматриваемой модели колебания математических маятников рассматриваются как действующее на КА (твердое тело) возмущение. Разработана математическая модель движения КА на этапе разделения при выключенном маршевом двигателе (малые ускорения). В этой модели колебания жидкости моделируется с помощью описания движения газового пузыря, возникающего внутри бака под действием сил поверхностного натяжения. На основе этих моделей разработаны методики вероятностного анализа процессов разделения космических систем.
Предложена модификация алгоритма улучшения гарантирующего решения задачи минимизации функции квантили с использованием доверительного шара в пространстве случайных параметров.
Решена задача минимаксного оценивания вектора состояния конечномерной стохастической системы при наличии поэлементных ограничений на ковариационную матрицу вектора ошибок. Сформулирован алгоритм совместного решения минимаксной и двойственной задач.
Исследованы две прикладные задачи управления спутниками: задача перевода искусственного спутника Земли с одной орбиты на другую и задача стабилизации спутника. Классическое решение задачи стабилизации известно. Оптимальное управление представляет собой последовательность режимов торможения в окрестности положения равновесия, где угловая скорость максимальная. Торможение производится с максимальной тягой двигателя. Чем короче промежуток работы двигателя при каждом включении, тем больше таких включений необходимо сделать для гашения колебаний. Однако, общие затраты топлива при этом уменьшаются. В пределе получаем бесконечную последовательность импульсных включений (на бесконечно малое время) двигателя с максимальной тягой, при этом общее время стабилизации неограниченно возрастает. Такое управление практически нереализуемо и является лишь идеальным решением, показывающим предельные возможности в плане экономии топлива. Поэтому задачу активной стабилизации спутника целесообразнее рассматривать в классе логико-динамических систем, учитывая, что каждое включение реактивного двигателя от его запуска до достижения максимальной тяги сопровождается расходом топлива и представляет собой не мгновенный переходной процесс (как и выключение двигателя). Добавляя в критерий качества соответствующие штрафные слагаемые за включение (и выключение) двигателя, получаем задачу, в которой определяется оптимальное (конечное) количество запусков двигателя, а процессы, требующие бесконечного числа включений, отбрасываются как неоптимальные. Такая постановка задачи ближе к практике, чем классический вариант. Кроме расхода топлива в переходных процессах включения и выключения двигателя имеются и другие недостатки классического решения. Во-первых, в силу конструктивных особенностей реактивных двигателей малая продолжительность их работы приводит, как правило, к уменьшению точности коррекции траектории. Поэтому длительные промежутки работы двигателя обеспечивают меньшую погрешность, чем частые "мгновенные" включения/выключения двигателя. Значит "импульсный" режим не годится из-за больших погрешностей при его реализации. Во-вторых, при каждом выключении химического реактивного двигателя часть топлива (горючего и окислителя) выбрасывается в пространство не полностью сгоревшим. Эти остатки (как правило, активные химические вещества) затем оседают на солнечных батареях, снижая их производительность. Чем больше выключений двигателей, тем больше "загрязнение". Эти негативные явления трудно выразить в виде числовых характеристик (штрафов), чтобы учитывать в критерии качества, поэтому далее они не рассматриваются. Для синтеза оптимального управления разработана программа, позволяющая находить приближенное решение задачи для различных параметров спутника, орбиты и функционала. Оптимизация ведется по трём параметрам: тяге двигателя, количеству запусков двигателя (переключений) и интервалу действия импульса. Окончание процесса оптимизации производится путём проверки выполнения необходимых условий оптимальности.
Проведен анализ состояния отечественных и зарубежных космических систем (КС) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с целью:
- выявления основных тенденций и направления совершенствования космических аппаратов (КА) Д33;
- установления требований к характеристикам перспективных разработок по целевой аппаратуре и бортовым служебным системам КА;
- выявления основных закономерностей улучшения характеристик целевой аппаратуры (ЦА) и бортовых служебных систем КА.
Проведенный анализ состояния отечественных и зарубежных КС ДЗЗ показал, например, общие направления совершенствования существующих и перспективных систем: расширение функциональных возможностей системы с целью увеличения количества и повышения качества предоставляемой пользователям информации, повышение надежности и срока активного существования системы.
Основные направления развития КС ДЗЗ связаны с прогрессом техники и технологии видовой съемки, с совершенствованием ЦА и обеспечивающих (служебных) подсистем КА. Например, основными требованиями к характеристикам перспективной ЦА аппаратуры являются: уменьшение пространственного разрешения (менее 1 метра), улучшение производительности съемки не менее чем в 2 - 3 раза, значительное увеличение количества спектральных каналов за счет широкого применения гиперспектральной съемки и другие требования.
Результаты анализа развития КС ДЗЗ будут использованы при ведении прогнозных исследований, формировании программ развития данных систем и требований на разработку бортовых систем и агрегатов КА.
На примере реализации ряда КС ДЗЗ проведено исследование основных особенностей модернизации системы и создания модификаций КА. Анализ показал, что:
-повышение эффективности КС ДЗЗ обеспечивается путем частичной или полной её модернизации;
-модернизация КС ДЗЗ предполагает в большей степени создание КА различных модификаций и в основном связана с улучшением характеристик съемочной аппаратуры модификаций КА, в частности, с увеличением спектральных диапазонов работы и ширины полосы захвата, улучшением значения разрешения;
-модификация КА ДЗЗ предполагает в основном следующие решения по съемочной аппаратуре (СА) и бортовым служебным системам: применение новых схемных, технических и технологических решений с целью снижения массогабаритных и энергетических характеристик; увеличение ресурса работы отдельных подсистем; доработку системы и её элементов для достижения оптимальных значений их характеристик.
Анализ характеристик перспективных КС ДЗЗ связан с прогнозированием условий функционирования КС и КА, динамики связей, с оценкой значений определяющих параметров проектных моделей. Определяющие параметры – это те показатели, которые меняются со временем, зависят от темпов научно-технического прогресса и изменений технико-экономических условий.
Проведен анализ различных методов прогнозирования определяющих параметров, которые условно можно разделить на три группы: методы экстраполяции, эвристические методы и методы моделирования. Каждая группа включает ряд моментов ведения проектных исследований. Выбор того или иного метода при прогнозировании характеристик КС и КА ДЗЗ определяются сроками прогноза и имеющейся исходной информацией.
Показано, что выбор методики прогнозирования определяющих параметров существенно зависит от длительности прогноза и характера изменения параметра в момент исследования. Показано также, что при краткосрочном и среднесрочном прогнозе (где-то в середине процесса формирования логистической кривой изменения параметра во времени) наиболее надежными являются экстраполяционные методы (метод простой экстраполяции, экспоненциального сглаживания и т.д.). В критической области используется сочетание данных, полученных экстраполяционным методом и оценок экспертов. При среднесрочном прогнозе в критической области существенно возрастает значимость оценок экспертов. Долгосрочное прогнозирование, как правило, заставляет исследователя «перебираться» на новую неизвестную логисту. Поэтому здесь больше доверия к результатам экспертных оценок. В последнее время получили распространение комбинированные методы прогнозирования, основанные на совместном использовании экстраполяционных методов и методов экспертных оценок (эвристических), которые в значительной мере дополняют друг друга.
Сформулирована основная задача двухуровневой согласованной оптимизации (оценки) параметров КС ДЗЗ при модернизации в планируемый период и параметров заменяемых подсистем при наличии ограничений. Представлена двухуровневая модель проектных исследований КА в составе КС ДЗЗ и разработан метод двухуровневой согласованной оптимизации. Исследованы вопросы сходимости при реализации двухуровневой согласованной оптимизации (оценки) параметров КА ДЗЗ в составе КС. Показано, что согласование обеспечивается за счет уточнения функциональных связей, направленной адаптации проектных моделей.
Начата разработка методов проектных исследований КА в составе КС ДЗЗ при наличии неконтролируемых факторов (неопределённостей) и методов исследования модификаций КА при модернизации КС в планируемый период: проведен анализ неконтролируемых факторов при решении проектных задач и сформулирована постановка задачи проектирования КС ДЗЗ при наличии неопределённостей.
В настоящее время для решения различных обратных задач теплообмена предложено и используется в практике тепловых исследований целый ряд методов, способов и вычислительных алгоритмов. Их описанию и анализу вычислительной эффективности посвящено достаточно много работ, включая монографии и большое количество оригинальных статей. При этом основная масса полученных результатов относится к обратным задачам теплопроводности по восстановлению граничных условий и коэффициентов уравнений.
Все многообразие методов решения обратных задач можно разбить на две группы прямые и регуляризующие. Первая группа методов основана на решении анализируемой обратной задачи в её исходной постановке, причем на неизвестные характеристики не накладываются какие-либо условия их принадлежности к определенному классу решений. Методы данной группы имеют ограниченное применение. В регуляризующих методах обеспечивается принадлежность искомых характеристик некоторому компактному множеству, которое получается в процессе решения задачи, либо задается заранее. Такие методы применимы к широкому кругу некорректных задач.
Одним из наиболее общих методов решения некорректных и в том числе обратных задач является метод регуляризации А. Н. Тихонова. В основе этого метода лежит фундаментальное понятие регуляризирующего оператора, применение которого позволяет получить устойчивое приближенное решение анализируемой задачи. Для построения регуляризирующих операторов и алгоритмов используются различные принципы, из которых наибольшее распространение получил вариационный принцип.
С начала 70-ых годов методы решения обратных задач успешно разрабатываются на кафедре 601 МАИ. Во второй половине 70-х годов О.М. Алифановым был разработан метод решения обратных задач теплопроводности методом итерационной регуляризации, в котором в качестве параметра регуляризации использовалось число итераций. О.М. Алифановым и С.В. Румянцевым было доказано, что метод итерационной регуляризации является регуляризирующим по Тихонову. О.М.Алифановым и В.В. Михайловым был предложен способ определения градиента целевого функционала с помощью сопряженной задачи. Е.А. Артюхиным были разработаны алгоритмы решения коэффициентных обратных задач для коэффициентов завмсящих от температуры. Е.А.Артихиным и А.С. Охапкиным был разработан алгоритм решения коэффициентной обратной задачи с наличием термодеструкции. При этом определялся коэффициент теплопроводности при наличии разложения материала, зависящего от темпа нагрева.
Разработан регуляризирующий алгоритм на основе метода итерационной регуляризации, показавшем свою высокую эффективность в практике решения различных обратных задач теплообмена, для решения коэффициентной обратной задачи теплопереноса в разлагающемся материале. Основным отличием данного алгоритма является возможность определения из одного эксперимента коэффициентов: теплоемкости, теплопроводности, теплоемкости образующегося газа, теплового эффекта разложения, а так же коэффициентов уравнения Арениусовского типа: энергии активации, предэкспоненциального коэффициента и показателя теакции.



Диссертации:
1. Мирошкин В.Л. Математическое и компьютерное моделирование движения космических аппаратов с внутренней динамикой. Дисс. на соискание уч. степ. к.ф.-м.н. Специальность 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ. Защищена в 2009 г.
2. Вишняков Б.В. Развитие методов детерминированного эквивалента и бутсрепа для решения задач стохастического программирования с функциями вероятности и квантили. Дисс. на соискание уч. степ. к.ф.-м.н. Специальность 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации. Защищена в 2009 г.
3. Кудрявцева И.А. Математическое моделирование динамики двухкомпонентной плазмы с учетом столкновений заряженных частиц. Дисс. на соискание уч. степ. к.ф.-м.н. Специальность 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы. Защищена в 2009 г.
4. Сысуев А.В. Оценка и оптимизация квантильного критерия для функции потерь с малым параметром в условиях статистической неопределенности. Дисс. на соискание уч. степ. к.ф.-м.н. Специальность 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации. Представлена в диссертационный совет 20.11.2009 г.

Закрепление молодежи в сфере науки и образования:
1. Вишняков Б.В. (26 лет) – вед. инженер ФГУП ГосНИИАС (полная ставка) + ассистент МАИ (0,5 ставки).
2. Сысуев А.В. (26 лет) – м.н.с. МАИ (полная ставка).
3. Кудрявцева И.А. (26 лет) – ст. преподаватель МАИ (полная ставка).
4. Нетелев А.В. (26 лет) – ассистент МАИ (полная ставка).
5. Пегачкова Е.А. (23 года) – МАИ (в 2009 г. поступила в очную аспирантуру).


Публикации 2009 г.

Монографии:

1. Алифанов О.М., Артюхин Е.А., Ненарокомов А.В. Идентификация математических моделей сложного теплообмена. – М.: Янус-К, 2009, 300 с.
2. Кибзун А.И., Кан Ю.С. Задачи стохастического программирования с вероятностными критериями. - М: Физматлит, 2009, 379 с.
3. Пантелеев А.В. Метаэвристические алгоритмы поиска глобального экстремума. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, 160 с.

Учебные пособия:

1. Пантелеев А.В., Якимова А.С., Рыбаков К.А. Обыкновенные дифференциальные уравнения. Практический курс: учеб. пособие с мультимедиа сопровождением. – М.: Университетская книга; Логос, 2009 – 384 с. (в печати)

Статьи:

1. Кибзун А.И., Мирошкин В.Л. Об одной математической модели движения КА в декартовых координатах // Математическое моделирование, 2009, № 6, с.17-27.
2. Miller B.M., Miller G.B., Siemenikhin K.V. Control of Markov chains with constraints // Proc. VIII Intern. Conf. “System Identification and Control Problems” (SICPRO’09). – Moscow, 2009, p. 737-760.
3. Siemenikhin K.V., Pankov A.R., Ignastchenko Ye. Sample-based minimax linear-quadratic optimization // Proc. European Control Conf. (ECC’2009). – Budapest, Hungary: 2009, p. 3221-3226.
4. Кудрявцева И.А., Пантелеев А.В. Моделирование динамики двухкомпонентной плазмы с учетом столкновений между заряженными частицами в случае плоского зонда // Вестник Московского авиационного института. – 2009, т. 16, № 2. – C. 114–121.
5. Пантелеев А.В., Дмитраков И.Ф. Анализ сравнительной эффективности метода имитации отжига для поиска глобального экстремума функций многих переменных // Научный Вестник МГТУ ГА. – 2009, 145(8). – С. 26–31.
6. Пантелеев А.В., Алешина Е.А. Разработка алгоритмического и программного обеспечения метода частиц в стае // Научный Вестник МГТУ ГА. – 2009, 145(8). – С. 32–39.
7. Пантелеев А.В., Летова Т.А., Кондаков В.К. Электронный учебник – средство организации управляемой самостоятельной работы обучаемого по изучению математических дисциплин // Вестник Московского авиационного института. – 2009, т. 16, № 2. – C. 5–11.
8. Пантелеев А.В., Кудрявцева И.А. Моделирование динамики столкновительной плазмы вблизи цилиндрического зонда // Научный Вестник МГТУ ГА. – 2009, 140(3). – С.110–117.
9. Сологуб Г.Б. Разработка системы имитационного тестирования // Вестник Московского авиационного института. – 2009, т. 16, № 2. – С. 28-33.

Тезисы докладов:

1. Kudryavtseva I.A., Panteleyev A.V. Modeling of Two-Component Plasma Dynamics in Near-Wall Region of Charged Probe with Coulomb Collisions // Progress in Electromagnetics Research Symposium 2009, 18-20 августа 2009, г. Москва. Электрон. оптич. диск. (СD).
2. Сологуб Г.Б. Компьютерная среда создания тестов и проведения тестирований // Технологии Microsoft в теории и практие программирования. VI Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, Москва. 2009: Тр. конф. – С. 133–134.
3. Сологуб Г.Б. Технология имитационного тестирования знаний // Международная молодежная конференция XXXV «Гагаринские чтения» 7-11 апреля 2009 г.: : Тез. докл. – М.: 2009.
4. Сологуб Г.Б. Развитие среды создания систем имитационного тестирования знаний // Авиация и космонавтика – 2009. VIII Международная конференция, Москва. 2009: Тез. докл. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009.
5. Кудрявцева И.А. Влияние кулоновских столкновений на параметры пристеночной плазмы вблизи заряженного зонда. Тезисы 2-й Всероссийской конференции ученых, молодых специалистов и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической технике – 2009». 20-24 апреля 2009, г. Москва. – с.91-92.
6. Кудрявцева И.А. Применение цилиндрического зонда для диагностики столкновительной плазмы // Тезисы 36 международной звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу. 9-13 февраля 2009, г. Звенигород. – С. 204.
7. Кудрявцева И.А. Моделирование динамики пристеночной плазмы вблизи поверхности сферического зонда с учетом столкновений типа «ион-ион» и «ион-электрон // Труды XVI Зимней школы по механике сплошных сред (механика сплошных сред как основа современных технологий (Электронный ресурс) – Пермь: ИМСС УрО РАН, 2009. – С. 222. Электрон. оптич. диск. (СD).
8. Кудрявцева И.А. Исследование динамики пристеночной области сильноионизованной плазмы вблизи заряженного тела // Сборник трудов молодежной школы конференции молодых ученых «Механика 2009» – Ереван: ЕГУАЗ, 2009. – С. 236-240.
9. Кудрявцева И.А. Применение метода Монте-Карло для решения задачи зондовой диагностики двухкомпонентной плазмы сферическим зондом в переходном режиме // Электронный журнал «Труды МАИ», № 33, 2009.
10. Панков А.Р., Игнащенко Е.Ю. Адаптивный алгоритм оценивания траектории движения ЛА // 8-я Международная конференция «Авиация и космонавтика 2009». Тезисы докл. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.221-222.
11. Бахшиян Б.Ц., Горяинов А.В. Решение задачи линейной идеальной коррекции траектории летательного аппарата с помощью скелетного алгоритма // 8-я Международная конференция «Авиация и космонавтика 2009». Тезисы докл. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.220.
12. Кибзун А.И., Панарин С.И. Особенности проектирования специализированной СДО по математическим курсам CLASS.NET // 8-я Международная конференция «Авиация и космонавтика 2009». Тезисы докл. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.218.
13. Кибзун А.И., Матвеев Е.Л. Квазиградиентный алгоритм минимизации функции квантили // 14-я Международная научная конференция «Системный анализ, управление и навигация». Тезисы докладов. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.96.
14. Кибзун А.И., Мирошкин В.Л. О численном интегрировании дифференциальных уравнений движения КА // 14-я Международная научная конференция «Системный анализ, управление и навигация». Тезисы докладов. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.97.
15. Кибзун А.И., Наумов А.В. Алгоритм нахождения гарантирующих решений в линейных моделях квантильной оптимизации // 14-я Международная научная конференция «Системный анализ, управление и навигация». Тезисы докладов. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.100.
16. Панков А.Р., Игнащенко Е.Ю. Методика повышения надежности результатов оценивания параметров модели движения ЛА // 14-я Международная научная конференция «Системный анализ, управление и навигация». Тезисы докладов. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.103-104.
17. Лебедев М.В., Семенихин К.В. Алгоритм оптимального оценивания для конечномерной неопределенно-стохастической модели наблюдения с вырожденными шумами // 14-я Международная научная конференция «Системный анализ, управление и навигация». Тезисы докладов. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.104.
18. Горяинов А.Р. Новый алгоритм решения обобщенной задачи линейного программирования и его применение для коррекции траектории движения летательного аппарата // 14-я Международная научная конференция «Системный анализ, управление и навигация». Тезисы докладов. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.107.
19. Вишняков Б.В. Асимптотические свойства бутстреп-оценок квантили // 14-я Международная научная конференция «Системный анализ, управление и навигация». Тезисы докладов. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.110-111.
20. Кибзун А.И., Панарин С.И. Статистическая обработка результатов обучения в СДО CLASS.NET: новые решения // 14-я Международная научная конференция «Системный анализ, управление и навигация». Тезисы докладов. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с.123.
21. Пегачкова Е.А. Лабораторный практикум “Синтез оптимальной линейной логико-динамической системы с квадратичным критерием качества” // Труды VI Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Технологии Microsoft в теории и практике программирования. Москва, 1-2 апреля 2009г. – М.: Вузовская книга, 2009, с.125.
22. Пегачкова Е.А. Синтез оптимальной линейной логико-динамической системы с квадратичным критерием качества. // Тезисы докладов 2-ой Всероссийской конференции молодых специалистов и студентов “Информационные технологии в авиационной и космической технике-2009”. Москва, 20-24 апреля 2009г. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009 – с.92-93.
23. Пегачкова Е.А. Приближённое решение задачи оптимальной стабилизации спутника в классе логико-динамических систем // Международная молодёжная конференция научная конференция XXXV Гагаринские чтения, 7-11 апреля 2009г.
24. Пегачкова Е.А. Синтез автоматной части логико-динамической системы на основе необходимых и достаточных условий оптимальности// Сборник тезисов докладов, представленных на Международной конференции по математической теории управления и механике, Суздаль, 3-7 июля 2009г., с.130.
25. Пегачкова Е.А. Синтез оптимальной автоматной части логико-динамической системы // Тезисы докладов, представленных на молодёжном симпозиуме с международным участием “Теория управления: новые методы и приложения”, Переславль-Залесский, 22-26 сентября 2009г. – с.52-53.
26. Ламзин В.В., Матвеев Ю.А., Ламзин В.А. Исследование параметров и программы формирования перспективной космической системы регионального мониторинга при наличии неопределенностей. Развитие идей К.Э.Циолковского. Материалы ХLIV Научных чтений памяти К.Э.Циолковского, Калуга, 2009 г., с. 198 - 199.
Развернуть
2
01.01.2010 - 05.06.2010
Предложен минимаксно-статистический метод оптимизации линейных моделей с параметрами, заданными с точностью до принадлежности некоторым множествам неопределенности. Представлены статистические методы построения множеств неопределенности в виде доверительных областей с заданным уровнем надежности. Проведено статистическое моделирование плоского движения летательного аппарата с целью оценки параметров его движения с учетом требований надежности попадания в заданную область фазового пространства. Разработан новый алгоритм оптимального параметрического оценивания по вероятностному критерию качества в условиях априорной неопределенности. Получены оценки для абсолютного и относительного эффектов квантильного подхода к анализу космических систем по отношению к гарантирующему подходу в условиях неопределенности. Результаты обосновывают использование вероятностных критериев качества и равномерного распределения неопределенных параметров при статистическом моделировании систем. Рассмотрены задача построения системы дистанционного обучения и ее реализация на базе архитектуры клиент-сервер. Приведены общая организация системы и назначение основных функциональных блоков. Разработаны программы: «Древовидная структура декартовых систем координат», «Моделирование тяги реактивных двигателей в условиях параметрических неопределенностей», «Моделирование двухкомпонентной плазмы с учетом кулоновских столкновений вблизи заряженного зонда», «Электронная оболочка для системы дистанционного обучения математическим дисциплинам». Предложена методика моделирования динамики сильноионизованной плазмы в переходном режиме течения вблизи поверхности бесконечно большой заряженной плоскости. Предполагается, что плазма состоит из электронов и однозарядных ионов. В переходном режиме течения на движение частицы начинают оказывать влияние межчастичные взаимодействия, в случае сильноионизованной плазмы сводящиеся к кулоновским взаимодействиям. Для описания динамики пристеночной области плазмы сформирована модель, представляющая собой систему самосогласованных уравнений, которая содержит уравнения Фоккера-Планка для ионов и электронов и уравнение Пуассона. Для решения полученной системы уравнений, записанной в безразмерных величинах, сформирована вычислительная модель, основанная на методе статистических испытаний Монте-Карло. Исследованы детерминированные логико-динамические системы(ЛДС), динамическая часть которых описывается линейными дифференциальными уравнениями, а логическая часть – линейными разностными уравнениями, моделирующими работу автомата с памятью. Качество управления оценивается квадратичным функционалом. Выведены уравнения для нахождения функции Беллмана и оптимального управления с обратной связью. Проведен анализ состояния отечественных и зарубежных космических систем дистанционного зондирования Земли, который показал, что во многих случаях повышение эффективности данных систем в планируемый период связано в основном с созданием модификаций космических аппаратов для модернизации созданной ранее базовой системы.
Развернуть
3
06.06.2010 - 15.12.2010
Разработаны новые методы идентификации аэрокосмических систем и летательных аппаратов с учетом разнородных неопределенностей. Сформирован детальный алгоритм применения метода дифференциальной эволюции, и создана программная среда визуализации процесса его работы. Разработана среда позволяющая применять метод дифференциальной эволюции и проводить его сравнение с другими методами оптимизации для последующего анализа результатов и выдачи рекомендаций. Рассмотрены проблемные вопросы модернизации КС ДЗЗ, создания модификаций КА как одного из важных направлений продления сроков эффективной эксплуатации. Сформулированы основные вопросы поиска эффективных проектных решений с учетом развития (модернизации) техники в планируемый период. На основе достаточных условий оптимальности выведены уравнения для нахождения оптимального управления с обратной связью. Разработана методика, составлена программа численного решения задачи, решен тестовый пример. Предложена методика определения вероятности реализации продукции на основе комплекса показателей. Сформированы методические основы комплексной оптимизации параметров космического сегмента (семейства КА) и программы реализации проекта КС ДЗЗ в планируемый период при наличии неопределенностей. Рассмотрены особенности постановки задачи проектирования семейства КА при учете неконтролируемых факторов. Приведено доказательство достаточное условие квазивогнутости вероятностной меры, которое является одним главных условий, при котором гарантируется квазивогнутость функции вероятности и квазивыпуклость функции квантили. Разработан скелетный алгоритм решения задачи линейного программирования, предложенный алгоритм модифицирован для решения обобщенной задачи линейного программирования. Разработан алгоритм минимаксно-статистической обработки измерительной информации, который позволяет получить на требуемом уровне надежности высокоточные оценки как параметров модели движения летательного аппарата, так и его фазовой траектории на всем интервале наблюдения. Получены гарантирующие решения двухэтапной задачи квантильной оптимизации начальных инвестиций. Разработаны программные реализации алгоритмов идентификации. На основе генетических алгоритмов поиска условного экстремума с бинарным и вещественным кодированием разработан комплекс программных средств, позволяющий найти приемлемое решение задач со сложной овражной структурой линий уровня целевых функций.
Развернуть
4
01.01.2011 - 05.06.2011
Разработка новых методов оптимизации параметров систем управления космическими системами в условиях неопределенности с учетом требований по надежности.
Разработка алгоритмов, реализующих разработанные методы оптимизации применительно к системам разделения космических аппаратов от последней ступени ракетоносителя.
Программная реализация разработанных алгоритмов оптимизации параметров систем управления.
Разработка опытной версии компьютерного курса по дисциплине "Математический анализ".
Развернуть
5
06.06.2011 - 15.09.2011
Разработка алгоритмов оптимизации и идентификации аэрокосмических систем и летательных аппаратов в условиях неопределенности, реализующих разработанные методы.
Модификация разработанных алгоритмов с учетом результатов решения тестовых задач и выработка рекомендаций по заданию настроечных параметров.
Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
Обобщение и оценка полученных результатов.
Доработка опытных версий компьютерных курсов по дисциплинам "Теория вероятностей и математическая статистика" и "Математический анализ".
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Тема
Разработка элементов конструкций и лабораторных технологий их изготовления для создания эффективной тепловой защиты аэрокосмических летательных аппаратов и их энергетических систем
Продолжительность работ
2014 - 2016, 27 мес.
Бюджетные средства
177,15 млн
Количество заявок
6
Тема
«Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области конструирования летательных аппаратов»
Продолжительность работ
2009 - 2011, 29 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
8
Тема
Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области конструирования летательных аппаратов и авиационных материалов.
Продолжительность работ
2010 - 2012, 31 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
14
Тема
Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области конструирования летательных аппаратов
Продолжительность работ
2010 - 2012, 26 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
17
Тема
НК-76П Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Конструирование летательных аппаратов» в рамках мероприятия 1.2.1 Программы
Продолжительность работ
2009 - 2011, 28 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
2