СПбГУ

Санкт-Петербургский государственный университет
Математико-механический факультет
Кафедра теоретической кибернетики



Кибернетическая физика
Cybernetical Physics


А.Л. Фрадков

Научный руководитель
Александр Львович Фрадков

Email: fradkov@mail.ru


Темы курсовых работ:

Задача:

Рассматривается задача управления энергией маятника, описываемого дифференциальным уравнением второго порядка:
 y(t)'' + w2 sin y(t) = u(t),   t > 0,
при помощи регулятора
 u(t) = γ (H* - H) y'(t),
где
 H(t) = 0.5 (y(t)'')2 + w2(1 - cos y(t))
обозначает полную энергию маятника, H*, γ – параметры регулятора, ' – означает производную по времени.
Требуется найти начальные условия и параметры, при которых энергия H(t) стремится к заданному значению H*.

Литература:
  1. Фрадков А.Л.
    Кибернетическая физика: принципы и примеры
    СПб: Наука, 2003



Проблемы и перспективы

Четверть века назад, в 1990-х годах, методы теории управления, кибернетики стали активно применяться в физике. Оказалось, что применение направленных воздействий к физической системе, в частности, воздействий с обратной связью, может существенно изменить поведение системы, перевести ее в необычные режимы, превратить неустойчивые режимы в устойчивые и наоборот. Оказалось, что такие парадоксальные явления зачастую можно вызвать даже слабыми воздействиями. Оказалось, что кибернетические методы помогают существенно менять физические и химические свойства веществ, манипулировать отдельными атомами и молекулами. Впервые ученые поставили задачи изучения совместной эволюции (коэволюции) природных (физических) и технических (кибернетических) систем. Новая область получила название Кибернетическая физика [1].

Прошло 15 лет, прежде чем инженеры осознали, что можно не только изучать коэволюцию, но и самим создавать, процессы совместной работы кибернетических и физических систем, наделяя их при коэволюции желаемыми свойствами. Так появилась новая область техники, где изучаются и разрабатываются новые классы сложных объектов: киберфизические системы [2].

Киберфизические системы часто представляются как сети, в узлах которых находятся физические и кибернетические системы, соединенные физическими и информационными связями. Т.е. это те же встроенные системы, только непонятно, что во что встроено: чип в организм или наоборот.

Наиболее разработанные разделы кибернетической физики - это

  • Управление энергией;
  • Управление хаосом;
  • Управление синхронизацией;
  • Управление энтропией систем;
  • Управление молекулярными и квантовыми системами;
  • Управление и синхронизация в сложных сетевых системах.

Важную роль играют также методы оценивания состояния и параметров физических систем; методы распознавания состояний и процессов, кибернетические методы построения моделей физических систем; методы управления при информационных ограничениях: при ограниченной пропускной способности каналов связи между объектами и регуляторами. Все перечисленные методы изучаются на кафедре теоретической кибернетики. Студенты исследуют математические модели, возникающие в физике и применяют к ним изучаемые математические методы. Магистранты и аспиранты разрабатывают новые математические методы и применяют их к решению инженерных задач.

  1. Фрадков А.Л.
    Кибернетическая физика: принципы и примеры
    СПб: Наука, 2003

  2. Фрадков А.Л.
    Кибернетическая физика и киберфизические системы
    Лекция на молодежной школе "Управление, оптимизация, информация", Переславль–Залесский, 2009. [Часть 1, Часть 2.]

  3. Амелина Н.О., Ананьевский М.С. и др.
    Проблемы сетевого управления
    под ред. А.Л. Фрадкова.
    Москва–Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2015.




Диссертации
докторов
кандидатов

Дипломные работы
магистров
специалистов
бакалавров

Курсовые работы
студентов

Кафедра теоретической кибернетики СПбГУ
Университетский пр-кт, дом 28, к.3343–3356
Санкт-Петербург, 198504, Россия
Телефон: +7 (812) 428-41-48
Факс: +7 (812) 428-69-98


© Коллектив кафедры теоретической кибернетики СПбГУ, 2012–2017