Кафедра систем автоматического управления Тульского государственного университета ( к 55-летию со дня основания )

КАФЕДРА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Заведующий кафедрой систем автоматического управления, действительный член Академии навигации и управления движением, профессиональный инженер России, доктор технических наук, профессор О.В. Горячев

КАФЕДРА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ (САУ) является одной из первых кафедр приборостроительного профиля Тульского государственного университета (ТулГУ). Кафедра САУ создана в 1956 году для удовлетворения потребности оборонно-промышленного комплекса страны в инженерных кадрах, способных создавать новейшие образцы управляемой боевой техники тактического назначения. В настоящее время кафедра САУ входит в состав одноименного факультета САУ Института высокоточных систем им. В.П. Грязева ТулГУ.

В становлении и развитии кафедры существенную роль сыграло ГУП "КБприборостроения" (г. Тула). Именно специалисты ГУП «КБпри-боростроения», выпускники известных вузов: Московского государственного технического университета (МГТУ) им. Н.Э. Баумана, Московского авиационного института (МАИ) (Государственного технического университета) - в первые годы работы кафедры и составили костяк преподавателей, ведущих специальные дисциплины. Огромную роль на этапе становления кафедры сыграли дружба и творческое сотрудничество академика РАН, начальника и генерального конструктора ГУП «КБприборостроения» А.Г. Шипунова, выдающегося конструктора стрелково-пушечного вооружения В.П. Грязева, ученого и талантливого педагога, заслуженного деяте-

ля науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, проф. Б.М. Подчуфарова - основателя и первого заведующего кафедрой.

Одними из основных принципов деятельности кафедры САУ, сформированных в период ее становления, являются участие всех сотрудников кафедры в научно-исследовательской работе по тематике профильных предприятий и активное привлечение к научно-исследовательской работе студентов. В период становления кафедры (с 1956 по 1976 гг.) научные направления ее деятельности охватывали широкий круг вопросов: разработка теории, методов проектирования и экспериментальной отработки рулевых приводов ра-кет и источников их питания для различных рабочих тел; проектирование блоков систем газоснабжения стартовых комплексов ракет; разработка методов проектирования систем управления с учетом производственных допусков и погрешностей, возникающих на этапе эксплуатации изделия; разработка и создание систем управления для аэродинамических труб.

В этот период установлены научные связи кафедры с ведущими научными и научно-производственными учреждениями страны: МГТУ им. Н.Э.Баумана, Балтийским техническим университетом, Мосстанкином, МАИ, Нижегородским государственным университетом, МГУ, ЦНИАГ (г. Москва), НИМИ (г. Москва), ГУП «КБприборостроения» (г. Тула), КБмашиностроения (г. Коломна), ВНИИ «Сигнал» (г. Ковров),

ЦНИИМАШ (г. Ковров), КБарматуры (г. Ковров), ГНПП «Сплав» (г Тула), ГНИИ машиноведения Академии наук и др.

Большой объем исследований, выполненных сотрудниками кафедры и лаборатории, привел к созданию трех научных школ:

научной школы в области теории динамических систем и процессов управления, включающей: динамические теории циклической автоматики, тепломеханических систем, динамики газовых приводов систем стабилизации и управления (научный руководитель - д-р техн. наук, проф., заслуженный деятель науки и техники РСФСР Б.М.Подчуфаров, в настоящее время - д-р техн. наук, проф. кафедры САУ В.И.Чекмазов);

научной школы по теории и методам проектирования оптимальных систем управления объектами с ограничителями (научный руководитель -д-р техн. наук, проф., действительный член Академии навигации и управления движением Н.В.Фалдин);

научной школы по методам анализа и синтеза приводов систем наведения и стабилизации объектов специального назначения (научный руководитель - д-р техн. наук, проф., начальник отделения ГУЛ «КБприборостроения» Е.Е.Шорников, в настоящее время - д-р техн. наук, проф., действительный член Академии навигации и управления движением О.В.Горячев).

В рамках научной школы в области теории динамических систем и процессов управления решаются задачи разработки приводов новейших комплексов вооружения, отличающихся высокими тактико-техническими

характеристиками и живучестью в условиях ведения современного высокодинамичного боя. Актуальность проблемы определяется необходимостью разработки исполнительных приводов, обеспечивающих отработку задающих воздействий с высокой точностью и удовлетворяющих жестким, зачастую противоречивым требованиям к быстродействию, энергопотреблению, массогабаритным характеристикам, надежности и стоимости.

Решение проблемы осуществляется на основе системного подхода к проектированию, учитывающего взаимовлияние элементов системы и многорежимность работы силовой системы. На решение указанной проблемы направлена совместная деятельность ученых кафедры САУ и Конструкторского бюро приборостроения. В рамках указанного сотрудничества развиваются направления создания теории и методов проектирования газовых и воздушно-динамических рулевых приводов малогабаритных ракет, электрических следящих приводов постоянного и переменного тока систем стабилизации и наведения вооружения.

В рамках научной школы по теории и методам анализа, синтеза и оптимизации нелинейных систем управления активно проводятся исследования по трем научным направлениям: теория и синтез оптимальных систем управления (научный руководитель - действительный член Академии навигации и управления движением, д-р техн. наук, проф. Н.В. Фалдин); методы анализа и синтеза релейных систем автоматического управления (научные руководители - действительный член Академии навигации и управления движением, д-р техн. наук, проф. Н.В. Фалдин, д-р техн. наук, проф. С.А. Руднев); метод гарантированной точности и его применение в задачах анализа, синтеза и испытаниях систем управления (научный руководитель - д-р техн. наук проф., H.H. Макаров).

Научные исследования коллектива позволили обогатить теорию автоматического управления новыми точными методами, существенно улучшающими качественные характеристики, а также сократить сроки и стоимость разработки современных систем управления для сложных технических объектов. В данном направлении получены следующие основные результаты. Разработана совокупность эффективных методов исследования релейных автоколебательных систем с нелинейными объектами управления, позволяющих выполнять всесторонний анализ и синтез систем указанного класса. Методы охватывают системы с двух-, трехпозиционным и цифровым управлением, и их совокупность можно классифицировать как прикладную теорию релейных автоколебательных систем управления. Разработан метод определения максимальной ошибки (гарантированной точности) слежения за входными сигналами из заданного класса, который может использоваться как для оценки возможных ошибок слежения за входными сигналами, так и для формирования оптимального по точности

закона управления в следящих системах. Разработаны методы и алгоритмы синтеза строго оптимальных по быстродействию замкнутых систем автоматического управления. Методы позволяют работать со сложными нелинейными объектами управления и преодолевать известную проблему высокого порядка систем. Решены задачи синтеза оптимального управления для ряда конкретных технических систем, включая электрический следящий привод постоянного тока, гидравлический привод наведения ракетнопушечного вооружения, пневматический и газовый рулевые приводы вращающихся ракет.

Целями и задачами научной школы по методам анализа и синтеза приводов систем наведения и стабилизации объектов являются разработка теоретической базы для проектирования высокоточных цифровых электриче -ских следящих приводов (ЦЭСП) систем наведения и стабилизации вооружения с исполнительными электрическими двигателями различного типа. Основные результаты работы: иерархические последовательности математических моделей силовых систем электрических приводов постоянного и переменного тока, адекватных их функционированию в различных режимах ра-боты; методы синтеза переключаемых алгоритмов управления, позволяющих обеспечить выполнение требований, предъявляемых к ЦЭСП по точности, быстродействию, энергопотреблению при малой чувствительности к изменению параметров объекта управления; методики расчета параметров математических моделей силовых систем ЦЭСП, работающих как в номинальных, так и в форсированных режимах работы, методика энергетического анализа характеристик; методики синтеза наблюдающих алгоритмов для систем с нежесткой механической передачей для различных вариантов набора информационных датчиков. Использование систем математических моделей, адекватных функционированию силовых систем электрических следящих приводов, позволяет синтезировать алгоритмы управления, обеспечивающие удовлетворение жестких требований, предъявляемых к приводам по точности, быстродействию, характеру переходного процесса, энергопотреблению. В рамках указанного направления проводятся исследования по созданию алгоритмов интеллектуального управления для электрических следящих приводов с нежесткой механической передачей и распределенной инерционной нагрузкой, работающих на подвижном основании.

Для проведения научных исследований на кафедре созданы вычислительный зал и учебно-лабораторный модуль, который располагает уникальным лабораторным и испытательным оборудованием. На базе лабораторного модуля проводятся научные исследования по динамике тепломеханических систем, динамическим моделям, анализу и синтезу цифровых систем управления мехатронными модулями специального назначения, технологического оборудования и электроэнергетических комплексов.

О признании научных достижений кафедры свидетельствует проведение в г.Туле совместно с Академией наук пяти всесоюзных научных симпозиумов по пневматическим (газовым) приводам и системам управления. За прошедшие годы сотрудниками кафедры изданы свыше 200 монографий, учебников, учебных пособий, сборников научных трудов, защищены авторскими свидетельствами и патентами более 300 изобретений, опубликованы свыше 1000 научных статей. В декабре 2006 г. на базе кафедры состоялась 1-я Всероссийская конференция ”Мехатронные системы (теория и проектирование)”. В ноябре 2011 г. запланировано проведение 2-й Всероссийской конференции ”Мехатронные системы (теория и проектирование)”, приуроченной к 55-летию кафедры и 90-летию со дня рождения основателя кафедры д-ра техн. наук, проф., заслуженного деятеля науки и техники РСФСР Б.М. Подчуфарова.

В настоящее время кафедра активно сотрудничает с ГУП ”КБпри-боростроения”, ФГУП ”ГНПП ”Сплав”, АО ’Тульский оружейный завод”, ЗАО ”Тулатеплосеть”, ПКФ ”Автоматика” (г. Тула), ФГУП ”КБМ” (г. Коломна), ФГУП ”КБТМ им. А.Э. Нудельмана” (г. Москва), филиалом Г осударственного космического научно-исследовательского центра

им. М.В. Хруничева КБ ”Арматура” (г. Ковров). За последние пять лет существенно расширилась тематика научно-исследовательских работ, проводимых по заказам предприятий различных форм собственности. Прежде всего необходимо отметить активное участие кафедры в комплексных про -ектах, выполняемых по традиционной тематике по заказам ГУП «КБпри-боростроения» и ФГУП «ГНПП «Сплав».

Весьма интересным и перспективным направлением является сотрудничество кафедры с производственно-коммерческой фирмой (ПКФ) «Автоматика», основателем и генеральным директором которой является выпускник кафедры М.Ю. Каменев. По заказу ПКФ «Автоматика» сотрудниками кафедры выполнена опытно-конструкторская работа по созданию отечественного универсального микропроцессорного блока управления, контроля и защиты (УМБУКиЗ) для электрических комплектных подстан-ций напряжением до 6 кВ в модульном исполнении. Количество модулей определяется структурой подстанции и перечнем реализуемых защит.

В лаборатории физического моделирования кафедры

В настоящее время планируется проведение работ по сертификации и опытной эксплуатации разработанного модуля. Внедрение УМБУ-КиЗ в продукцию ПКФ «Автоматика» позволит существенно повысить конкурентоспособность предприятия как на отечественном, так и на зарубежных рынках.

Сотрудники, а также аспиранты и магистранты кафедры принимают активное участие в конференциях, проводимых МАИ, ежегодном студенческом научно-техническом сим -позиуме в г. Алуште. В течение 2010 г. ведущими учеными МАИ прочитаны

и преподавателей кафедры САУ (канд.техн.наук, доц. К.М.Тихонов; канд.техн.наук, доц. A.B. Кривилев). В ходе встреч проведен обмен опытом по организации учебного процесса, внедрению современных интерактивных технологий в учебный процесс. Кафедра САУ сыграла значительную роль в кадровом обеспечении ряда НИИ, КБ и в подготовке высококвалифицированных специалистов для других вузов. За время существования кафедру окончили свыше 7500 дипломированных специалистов, через ее аспирантуру, докторантуру и по линии соискательства защищены более 100 кандидатских и 15 докторских диссертаций. С 1972 г. на специальностях кафедры обучались иностранные студенты и аспиранты из Болгарии, Индии, Вьетнама.

Учебная деятельность кафедры направлена на подготовку специали-стов в области проектирования и исследования современных и перспективных цифровых (микропроцессорных) систем управления как оборонного, так и гражданского назначения по специальностям "Системы управления летательными аппаратами" и "Мехатроника" (в соответствии с ФГОС 2-го поколения) и по направлениям «Автоматизация и управления» и «Мехатроника и робототехника» (в соответствии с ФГОС 3-го поколения). Кафедра реализует подготовку в магистратуре по направлению 220200 «Автоматизация и управление» и подготовку кадров высшей квалификации в аспирантуре и докторантуре по специальностям 05.13.01 «Системный ана-лиз, управление и обработка информации», 05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами», 20.02.14 «Вооружение и военная техника».

Сотрудники кафедры канд. техн. наук, дои. О.О. Морозов

открытые лекции для студентов

Среди выпускников кафедры немало крупных ученых, руководителей и ведущих специалистов промышленных, научно-исследовательских организаций и учреждений высшего профессионального образования: генеральный директор

ГУП "КБприборостроения"

(г.Тула) И.В. Степаничев; главный конструктор ФГУП МКБТМ Iш им. А.Э. Нудельмана" (г. Моек-ва), д-р техн. наук О.В. Коротков; главный инженер ГУП Послеуспешной защиты

"Ковровский механический завод" дипломного проекта

(г. Ковров), канд. техн. наук H.H. Кокошкин; директор ПКФ "Автоматика" (г. Тула) М.Ю. Каменев; директор Тульского отделения компании "Мегафон" Г.В. Юрищев; генеральный директор и главный конструктор ЗАО "Тульский завод трансформаторов" (г. Тула), канд. техн. наук А.Н. Евсеев; лауреат Государственной премии и премии Правительства РФ, начальник отделения ГУП «КБприборостроения», канд.техн.наук В.С.Фимушкин; ректор Тульского государственного университета, д-р техн. наук, проф. М.В. Грязев; декан факультета экономики ТулГУ, д-р экон. наук, проф. Е.А Федорова; заместитель директора Калужского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана, д-р техн. наук, проф. Н.Д. Егупов; член научного совета РАН по методологии искусственного интеллекта, зав. лабораторией дизайна интерфейсов Национального исследовательского университета «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики», д-р психолог. наук С.Ф. Сергеев; старший член IEEE (Американского института инженеров по электрике и электронике), адъюнкт-профессор университета г. Калгари (Канада) И.М. Бойко и многие другие.

Самое серьезное внимание уделяется работе со школьниками, направленной на подготовку учащихся к освоению современных наукоемких специальностей. С этой целью в 2006 г. при кафедре САУ открыта профильная математическая школа "Вычислительные технологии в управлении техническими системами" для учащихся выпускных классов. Слушатели изучают общие и специальные разделы математики, приобретают навыки работы с современными автоматизированными инженерными и математическими пакетами, знакомятся со специальностями кафедры. Большая часть выпускников математической школы стала студентами Тульского государственного университета. Анализ результатов их успеваемости показывает, что студенты, окончившие математическую школу, легче ос-

Сотрудники кафедры с выпускниками профильной математической школы

ваивают профильные дисциплины в вузе и активно занимаются научной работой. Заявления о приеме в математическую школу принимаются при -емной комиссией ТулГУ ежегодно в сентябре.

Коллектив кафедры бережно относится к своей истории. В 1991 г. опубликована книга «Ученый, учитель, гражданин», посвященная научной и педагогической деятельности основателя и первого заведующего кафедрой САУ, заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, проф. Б.М. Под-чуфарова. В 2006 г. на конференции, посвященной 50-летию кафедры, было принято решение о подготовке к изданию книги о кафедре САУ, и спустя три года, в 2009 году опубликована книга «История становления и развития кафедры «Системы автоматического управления», в написании которой приняли участие более 300 выпускников и практически все сотрудники кафедры. Автором книг является ветеран кафедры, канд. техн. наук, доц. М.Б. Чернова. Биографии известных выпускников кафедры приведены в «Энциклопедии Тульского государственного университета», изданной в 2010 г.

В настоящее время кафедра располагает высоким кадровым потен -циалом: на кафедре работают 7 докторов технических наук и профессоров, 8 кандидатов технических наук, доцентов. Кафедра имеет вычислительный зал и современные учебные и научные лаборатории. В ноябре 2011 г. кафедра САУ готовится отметить свой 5 5-летний юбилей и с оптимизмом смотрит в будущее.

• Мы предлагаем выпускникам кафедры и заинтересованным лицам сотрудничество в направлениях, профильных деятельности кафедры.

• Мы просим выпускников кафедры в связи с предстоящим юбилеем поделиться своими успехами и достижениями, а также своим мнением о качестве подготовки специалистов на кафедре САУ.

• Мы приглашаем абитуриентов на кафедру систем автоматического управления для получения востребованных и перспективных специальностей.

Наш адрес: г.Тула, пр. Ленина, 92, тел: 8 (-4872) 35-38-35, Email: sau@sau.tsu.tula.ru.

ОСНОВАТЕЛЬ ИПЕРВЫЙЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ СИСТЕМАВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

В 2011 г. кафедра систем автоматического управления Тульского государственного университета (ТулГУ) отмечает две неразрывно связанные между собой даты: 55-летие со дня основания кафедры и 90-летие со дня рождения доктора технических наук, профессора, заслуженного деятеля науки и техники РСФСР Бориса Михайловича Подчуфарова, основателя и заведующего кафедрой на протяжении 30 лет (по ноябрь 1986 г.).

Б.М. Подчуфаров родился 24 апреля 1921 г. в г. Туле в семье служащих. В декабре 1945 г. с отличием окончил Тульский механический институт (в настоящее время ТулГУ) по оружейно-пулемётной специальности и был оставлен на кафедре «Проектирование автоматического оружия», где проработал до 1956 г., в 1953 г. защитил в Артиллерийской академии им. Ф.Э. Дзержинского (г. Москва) кандидатскую диссертацию, а в 1965 г. - вг. Ленинграде докторскую диссертацию.

В 1956 г. Б.М. Подчуфаров организовал кафедру «Станки и установки», преобразованную в 1961 г. в профилирующую кафедру «Системы автоматического управления» (САУ). Кафедра была организована для удовлетворения потребности государства в качественно новом поколении инженерных и научных кадров, способных проектировать, производить, исследовать и испытывать образцы новой управляемой техники в военных и мирных целях.

Б.М. Подчуфаров - основатель научной школы в области теории динамических систем и процессов управления. Б.М. Подчуфаров подготовил 85 кандидатов технических наук и 9 докторов технических наук для кафедры САУ и ТулГУ, а также НИИ, КБ и промышленности гг. Тулы,

Москвы, Санкт-Петербурга, Воронежа, Коврова (Владимирская обл.), Кли-мовска, Коломны (Московская обл.) и др.

Б.М. Подчуфаров организовал подготовку инженеров по 4 новым в стране специальностям: автоматическое оружие (1956 - 1961 гг.), системы автоматического управления (с 1958 г.), автоматические приводы (с 1964 г.) и в 1971 - 1975 гг. - автоматизированные системы управления (АСУ). С 1974 г. по его инициативе кафедра САУ приступила к подготовке инженеров-электромехаников широкого профиля - пользователей систем автоматизированного проектирования.

На кадровом и научном заделах кафедры САУ Б.М. Подчуфаров обеспечил организацию кафедр “Производство САУ” (1967 г.) и АСУ (1975 г.), а также был инициатором создания в 1983 г. кафедры “Робототехника и робототехнические системы”.

В 1966 - 1978 гг. он был первым деканом созданного по его же инициативе электромеханического факультета, переименованного в 1969 г. в факультет САУ.

Б.М. Подчуфаров активно внедрял в научный и учебный процессы идеи автоматизации проектирования с использованием вычислительной техники. Уже в 1958 г. кафедра САУ одна из первых в вузе приобрела и освоила АВМ. В 70-е гг. он был одним из инициаторов создания крупного вычислительного центра в Тульском экономическом регионе; создал первый в вузе вычислительный центр на базе ЭВМ; в 70 - 80-е гг. инициировал и организовал создание на кафедре САУ первого цифро-аналого-физического комплекса на базе ЭВМ.

Б.М. Подчуфаров был одним из организаторов и первым ректором (1961 - 1964 гг.) Тульского городского университета научно-технических знаний и бессменным деканом (1962 - 1986 гг.) шести им же организованных факультетов с двухгодичным обучением каждый; под его научным руководством и при активном авторстве для слушателей этого университета были изданы 33 сборника научных трудов.

Б.М. Подчуфаров инициировал и организовал проведение в г. Туле совместно с ГНИИМАШ им. A.A. Благонравова (г. Москва) 5 всесоюзных симпозиумов по пневматическим (газовым) приводам и системам управления (1968,1973,1977,1981,1986 гг.); с кафедрой “Производство САУ” -Всесоюзного отраслевого совещания по функциональной взаимозаменяемости (1971 г.) и с МЭИ (г. Москва) - научного совещания-семинара по построению моделей и моделированию технических объектов (1984 г.).

Б.М. Подчуфаров - автор более 200 научных работ и изобретений, 5 монографий, 10 учебных пособий; он награжден орденом Трудового Красного Знамени, двумя орденами «Знак Почета», медалями, отраслевыми наградами, дважды лауреат премии им. С.И. Мосина (1962 и 1979 гг.); с 1973 г. - заслуженный деятель науки и техники РСФСР.

Ученики Б.М. Подчуфарова - плеяда инженеров оборонной и машиностроительной отраслей отечественной промышленностей, в числе которых руководители НИИ, КБ, лауреаты Ленинской и Государственной премий, премий Правительства РФ.

Заведующий кафедрой САУ, д-р техн. наук, проф. О.В. Горячев