Академия
Академик Черноусько Феликс Леонидович

16 мая

Академик Черноусько Феликс Леонидович

85 лет

Персональная страница

Феликс Леонидович Черноусько родился 16 мая 1938 года в Ленинграде в семье офицера военно-морского флота.

В 1961 году окончил с отличием Московский физико-технический институт. Его дипломная работа по сходящимся ударным волнам отмечена премией и медалью на Всесоюзном конкурсе студенческих научных работ (1961). В 1963 году окончил аспирантуру МФТИ. В 1964–1968 гг. – младший научный сотрудник, старший научный сотрудник Вычислительного центра АН СССР. С 1968 года в Институте проблем механики АН СССР/РАН, он – основатель лаборатории механики управляемых систем, был её заведующим. В 2004–2015 гг. – директор Института проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН. С 2015 года по настоящее время – главный научный сотрудник Института.

С 1961 года преподает в МФТИ, с 1974 года – профессор, с 2002 года – заведующий базовой кафедрой «Механика и процессы управления» МФТИ.

Член-корреспондент АН СССР с 1987 года, академик РАН с 1992 года – Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления.

Академик Ф. Л. Черноусько – ученый с мировым именем, крупный специалист в области механики систем, теории управления, прикладной математики, методов оптимизации и дифференциальных игр, робототехники. Главные направления научной деятельности: динамика твердого тела и тела, содержащего жидкость, теория управления динамическими системами, управление при неполной информации, мобильные роботы. Фундаментальные результаты Ф. Л. Черноусько получили международное признание.

В 1963 году защитил кандидатскую диссертацию «Некоторые задачи движения искусственного спутника Земли относительно центра масс», в 1969 году защитил докторскую диссертацию «Движение твердого тела с полостями, содержащими вязкую жидкость».

В области механики Ф. Л. Черноусько разработал теорию и методы расчета движения твердых тел относительно центра масс под действием различных внешних и внутренних возмущающих моментов. Применяя асимптотические методы усреднения, он построил общую методику, позволяющую исследовать и рассчитывать возмущенные движения тела с произвольным тензором инерции. Им исследовано, в частности, влияние гравитационных моментов, упругих и диссипативных элементов.

Ф. Л. Черноусько создал теорию движения твердого тела с полостями, содержащими вязкую жидкость. Эти результаты получили широкую известность и нашли применение при проектировании и расчете движения ракет и космических аппаратов относительно центра масс.

Ф. Л. Черноусько выполнил большой цикл работ по гидромеханике в условиях невесомости, исследовал проблемы равновесия, устойчивости, колебаний и нестационарных движений жидкости с учетом сил поверхностного натяжения.

Им введено понятие гарантированного равновесия для твердого тела, контактирующего с жесткой поверхностью при наличии сухого трения. Получены условия такого равновесия в терминах параметров, характеризующих область контакта, внешние силы и трение. С использованием этих результатов рассчитаны конструктивные параметры шагающих роботов вертикального перемещения, удерживаемых на вертикальной плоскости посредством вакуумных фиксаторов.

В области науки об управлении Ф. Л. Черноусько внес значительный вклад в разработку вычислительных и приближенных методов оптимального управления. В 1962 году им предложен метод последовательных приближений для задач оптимального управления – первый численный метод, основанный на принципе максимума Л. С. Понтрягина. Этот метод был в дальнейшем усовершенствован, внедрен в вычислительную практику и широко использован для расчета оптимальных траекторий ракет и самолетов, для оптимизации работы машин и технологических процессов.

Другой вычислительный метод, предложенный Ф. Л. Черноусько, – метод локальных вариаций – стал эффективным численным методом для решения разнообразных вариационных задач и проблем оптимизации. Он применялся для расчета конструкций и трасс нефтепроводов, для решения вариационных задач механики со сложными ограничениями.

Ф. Л. Черноусько разработал метод приближенного аналитического решения задач оптимального управления нелинейными динамическими системами на основе сочетания принципа максимума и асимптотических методов усреднения. При помощи этого метода решены важные задачи управления колебательными и вращательными процессами.

Вычислительные и приближенные методы Ф. Л. Черноусько математически строго обоснованы, исследована их сходимость, даны оценки погрешности.

Он разработал эффективный подход к построению управлений с обратной связью для нелинейных механических систем, описываемых уравнениями Лагранжа. Подход основан на идее декомпозиции исходной системы со многими степенями свободы на простые подсистемы с одной степенью свободы каждая, которыми можно управлять независимо. В результате, исходную систему можно приводить в заданное состояние за конечное время с учетом ограничений на управление и в присутствии неконтролируемых возмущений, действующих на систему. Этот подход нашел применение при расчете режимов управления многозвенными роботехническими системами.

Ф. Л. Черноусько принадлежат фундаментальные результаты по разработке методов управления сложными динамическими системами в условиях неполной информации, при наличии нелинейности, возмущений и ошибок измерений. Им исследованы и решены проблемы оптимизации процесса наблюдений, коррекции движения при случайных возмущениях.

Важный цикл исследований Ф. Л. Черноусько посвящен методам гарантированного оценивания множеств достижимости управляемых динамических систем. Им разработана теория и предложен эффективный метод эллипсоидов, позволяющий построить оптимальные двусторонние (внешние и внутренние) эллипсоидальные оценки множеств достижимости для линейных систем с дискретным и непрерывным временем. Разработанная методика обобщена на случай нелинейных систем и позволяет использовать несколько аппроксимирующих эллипсоидов. Метод эллипсоидов дает возможность получить надежные двусторонние оценки в ряде важных проблем теории управления и оценивания: в задачах управляемости и оптимального управления, при оценивании влияния возмущений на движение динамических систем, в дифференциальных играх и для гарантированной фильтрации результатов наблюдений. Работы Ф. Л. Черноусько по методу эллипсоидов получили широкое признание в России и за рубежом, они используются в теоретических и прикладных исследованиях.

Ф. Л. Черноусько исследовал ряд новых задач управления движением в условиях конфликта и неопределенности, которые не подпадали под известные общие методы. Он впервые дал постановку и решение дифференциальной игры преследования при запаздывании информации. Совместно с А. А. Меликяном, он исследовал важный класс дифференциальных игр в условиях дефицита информации, в частности, при наблюдениях в дискретные моменты времени. Им дано решение задачи уклонения объекта от группы преследователей. Он сформулировал и решил задачу поиска одного подвижного объекта другим в условиях ограниченной видимости.

В области робототехники Ф. Л. Черноусько принадлежат исследования динамики и разработка методов управления для манипуляционных и мобильных роботов. Изучено влияние упругой податливости звеньев и шарнирных соединений манипуляторов на точность позиционирования универсальных промышленных роботов. Построены оптимальные режимы управления транспортными операциями многозвенных роботов с различными кинематическими схемами.

Большой цикл исследований Ф. Л. Черноусько посвящен динамике и управлению движением мобильных робототехнических систем. Совместно с коллегами, он рассчитал оптимальные параметры походок уникального шагающего робота, способного перемещаться внутри труб.

С начала 2000-х годов Ф. Л. Черноусько активно занимается проблемами динамики локомоционных мобильных роботов, которые не имеют специальных движителей (ног, колес, гусениц, гребных винтов и т. п.) и перемещаются в средах с сопротивлением за счет изменения своей конфигурации. Такой принцип движения характерен для некоторых животных и насекомых, не имеющих конечностей (змей, червей, рыб), и исследования в этом направлении представляют интерес для биомеханики. С другой стороны, этот принцип используется для мобильных роботов, которые могут перемещаться в сложных условиях. В исследованиях Ф. Л. Черноусько и его коллег по динамике мобильных роботов с управляемой конфигурацией получены фундаментальные научные результаты, снискавшие мировую известность и признание. В рамках этого направления, исследован ряд классов мобильных роботов, упоминаемых ниже.

Проведены исследования, посвященные движению по поверхности змееподобных механизмов, выполненных в виде цепочки звеньев. Построены движения двузвенных и трехзвенных систем, основанные на чередовании быстрых и медленных фаз, а также движения многозвенников по плоскости при наличии сил сухого трения.

Построены и изучены режимы управления движением в жидкой среде локомоционных систем, состоящих из корпуса и присоединенных к нему посредством шарниров звеньев-плавников. Построены оптимальные законы управления периодическим движением плавников, при котором достигается максимальная средняя скорость движения системы как целого. Исследованы также более сложные многозвенные системы, имитирующие плавание лягушек. Полученные оптимальные движения оказываются качественно близкими к движениям плавающих животных и рыб, а также к движениям человека при плавании стилем брасс.

Важным классом локомоционных систем без внешних движителей являются системы капсульного типа, состоящие из корпуса и вспомогательных внутренних тел, которые при помощи приводов могут двигаться относительно корпуса. Такие системы, называемые капсульными роботами или вибророботами, способны перемещаться в средах при наличии внешнего сопротивления. Капсульные роботы не имеют внешних подвижных элементов, они могут быть миниатюрными, герметичными и перемещаться в опасных или ранимых средах. Они используются в медицине для диагностики внутренних органов и доставки лекарств, а также для технической диагностики трубопроводов.

Ф. Л. Черноусько построил эффективные законы управления движением внутренних тел, позволяющие капсульной системе перемещаться в заданном направлении в сопротивляющейся среде. Он впервые поставил и решил задачи об оптимальном периодическом движении капсульной локомоционной системы в средах с различными законами сопротивления, включая сухое трение и вязкое сопротивление. Им построены способы перемещения твердых тел, управляемых при помощи внутренних подвижных масс, по плоскости с сухим трением. Доказана управляемость этих систем при помощи подвижных внутренних масс.

Принцип управления, основанный на использовании внутренних подвижных масс, применен Ф. Л. Черноусько для управления движением твердого тела относительно его центра масс. Им построены способы пространственной переориентации тела при помощи одной или нескольких подвижных масс. При этом заданная переориентация может осуществляться посредством либо трех плоских поворотов, либо одного (Эйлерова) плоского поворота. Полученные результаты могут представлять интерес для управления ориентацией космических аппаратов и других подвижных объектов.

Ф. Л. Черноусько создал одну из ведущих научных школ России в области теории управления и механики систем. Он подготовил 18 докторов и более 30 кандидатов наук, 3 его ученика стали членами-корреспондентами РАН, 2 – членами зарубежных академий наук. Четыре его ученика возглавляют лаборатории в Институте проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН. Он является Заслуженным профессором Московского физико-технического института.

Пятьдесят лет Ф. Л. Черноусько руководит научным семинаром Института по теории управления и динамике систем, который получил всероссийскую известность, здесь выступают и зарубежные ученые.

Ф. Л. Черноусько – автор более 500 научных публикаций и 15 монографий, 5 из них изданы за рубежом. Имеет 6 изобретений.

Ф. Л. Черноусько – член редколлегий журналов «Доклады РАН. Физика, технические науки», «Известия РАН. Теория и системы управления», «Дифференциальные уравнения», «Автоматика и телемеханика», ряда международных научных журналов. Был главным редактором журнала «Прикладная математики и механика» (2008-2019).

Член Бюро Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления, председатель Научного совета РАН по робототехнике и мехатронике РАН, член Бюро Национального комитета по теоретической и прикладной механике, член Национального комитета по автоматическому управлению, председатель комиссии по премиям им. А. А. Андронова РАН.

В течение ряда лет был председателем Экспертного совета по математике и механике ВАК, председателем Экспертного совета РФФИ по математике, механике, информатике.

Награжден орденом Почета, орденом Дружбы, медалью «За трудовую доблесть».

Лауреат Государственной премии СССР, лауреат Государственной премии РФ, лауреат премии Ленинского комсомола.

Ему вручены Золотая медаль им. С. А. Чаплыгина РАН, премия им. А. А. Андронова РАН, премия им. А. Ю. Ишлинского Российского национального комитета по теоретической и прикладной механике, премия Кёрбера за европейскую науку (Германия), премия Александра фон Гумбольдта (Германия), Золотая медаль Леонарда Эйлера Фонда Эйлера, Золотая медаль Международной выставки технологических инноваций (Брюссель), медаль Международной олимпиады роботов (Глазго).

Ф. Л. Черноусько – академик Российской инженерной академии, Международной академии астронавтики, Европейской академии наук, Сербской академии наук и искусств, Академии инженерных наук Сербии, член (Fellow) Европейского общества по механике, почетный член Международного общества «Физика и управление», почетный член Сербского общества механики, член Генеральной ассамблеи Международного союза по теоретической и прикладной механике.