Ученый ГрГУ имени Янки Купалы Вадим Хартовский получил грант Президента Беларуси для исследования математической теории управления

Заведующий кафедрой логистики и методов управления ГрГУ имени Янки Купалы доктор физико-математических наук Вадим Хартовский более 20 лет работает над теорией управления системами с запаздыванием и около 8 лет разрабатывает для них модели регуляторов с обратной связью. 

Эти системы служат для адекватного математического описания объектов, у которых результат управления (сигнал) меняется только спустя некоторое время.

Проще говоря, любое действие приносит результат только через определенный промежуток времени, и это запаздывание часто игнорируется при моделировании систем, что сказывается на их работе. Вадим Евгеньевич с помощью математических расчетов проектирует регуляторы, которые управляют такими системами. Плодотворный труд дает свои результаты, и для дальнейшего развития своей новаторской идеи Вадим Евгеньевич получил грант Президента Беларуси на 2025 год. Журналист «ГП» встретилась с ученым и узнала, почему он выбрал именно это направление и в чем видит перспективу своих разработок.

Первые шаги в науке

В научную сферу Вадим Евгеньевич погрузился еще в студенчестве, когда учился на математическом факультете в Купаловском университете. Тогда он тесно работал со своим научным руководителем, доктором физико-математических наук, профессором Степаном Андреевичем Минюком, который и привил молодому человеку интерес к науке. 

Он стал включать Вадима Евгеньевича в выполнение заданий по государственным программам, всячески развивая будущего ученого. После окончания университета наш герой поступил в аспирантуру. Там шефство над ним взял доктор физико-математических наук, профессор Анатолий Владимирович Метельский. 

 – Он занимался похожими научными направлениями, которые меня привлекли еще во время работы со Степаном Андреевичем. Это математическая теория управления. Ее суть заключается в том, что она позволяет строить управляющие сигналы, чтобы система, которой мы хотим управлять, вела себя должным образом, – объясняет Вадим Хартовский. 

Эта наука стала активно развиваться во второй половине прошлого века. Импульсом для ее совершенствования стало освоение космоса и развитие промышленности. Наиболее важные результаты этой теории в свое время получили советские ученые. Вадим Евгеньевич отмечает: сегодня ни одна система не может качественно развиваться без управления. При этом управление бывает сильно разнородным, оно описывается разными математическими объектами, и, чтобы решать задачи в области теории управления, нужно использовать практически все разделы математики. 

– То есть фактически теория управления, с моей точки зрения, это наука, которая синтезирует достижения многих других математических наук. И этим она интересна, – дополняет собеседник. 

Математика в действии

Основополагающие тезисы своей работы Вадим Евгеньевич изложил в диссертации, которую успешно защитил в 2023 году. А в 2024 году из рук Президента Беларуси он получил диплом доктора физико-математических наук. Основные результаты докторской диссертации связаны с проектированием регуляторов для систем запаздывания. 

По словам ученого, системы запаздывания важны тем, что дают более точное описание явлений и процессов, для которых они используются. Эффект запаздывания присущ практически всем объектам нашего мира. К примеру, если мы говорим о каком-то пилотируемом объекте, то запаздывание возникает в связи с тем, что управляющему сигналу необходимо время, чтобы дойти до этого объекта.

А если мы говорим о движении сырья или другого материала в каких-то длинных трубопроводах, например, цепочках химических реакторов, то здесь возникает так называемое транспортное запаздывание. Оно связано со временем транспортировки этого материала. 

– Есть типы ядерных реакторов, работа которых тоже описывается объектами запаздывания. При описании большинства биологических систем тоже необходимо учитывать время запаздывания. Например, если идет исследование численности популяции какой-то биологической модели, то эффект запаздывания связан со временем, которое затрачивается на процессы гибели и размножения особей из этой популяции. Запаздывание возникает в человеко-машинных системах как время, необходимое на реакцию человека. Таким образом, эффект запаздывания присутствует в нашей жизни практически везде и в большинстве случаев его надо учитывать, – говорит Вадим Евгеньевич. 

Управление любой системой может быть программным или по типу обратной связи. В первом случае в систему заранее загружается план работы, а во втором – оно напрямую связано с обратной связью, а значит, с регуляторами. Наш герой проектирует математические модели регулятора для описанных им систем. Эти устройства или датчики обеспечивают функционирование системы, повышают точность, качество ее функционирования. 

 – Представим, что на систему оказывается какое-то внешнее воздействие. В результате она отклоняется от своего заданного поведения, а регулятор возвращает ее на место. Обратная связь корректирует, следит за тем, что происходит с системой, – рассказывает ученый. 

Подключается и молодежь

Результаты исследований нашего героя будут особенно полезны инженерам, которые занимаются подготовкой технических устройств. Ведь прежде чем создать устройство, необходимо соблюсти законы, по которым оно будет работать. То есть нужно сконструировать его математическую модель. Этим и занимается Вадим Хартовский.
 
Использовать обратную связь для управления системами с каждым годом становится все сложнее, поскольку сложность проектируемых систем существенно  возрастает. Это связано с развитием промышленности и возрастающими потребностями общества. 

Основные идеи и принципы работы сформулированы  ученым самостоятельно, а их реализация проводится совместно с учеными из Купаловского вуза и Минска. Помимо этого, наш герой заведует кафедрой логистики и методов управления ГрГУ имени Янки Купалы, совмещая это с преподаванием. Нередко он включает в научный процесс и молодые умы. Многие из студентов с интересом присоединяются к работе. Чаще всего Вадим Евгеньевич поручает ребятам провести небольшие расчеты, которые будут им под силу. 

К слову, кафедра, которую с 2011 года возглавляет Вадим Евгеньевич, была организована им и стала абсолютно новой для Купаловского университета, а специальность «Транспортная логистика (автомобильный транспорт)» сразу же вызвала интерес у абитуриентов. 

 – Сегодня здесь постоянно работают 8 высококвалифицированных преподавателей. Среди них 2 доктора и кандидаты различных наук, в том числе экономических и технических. Логистика представляет собой объединение многих отраслей, поэтому я сделал акцент на том, чтобы преподавание осуществлялось специалистами из различных сфер, – делится собеседник. 

Научные проекты Вадима Евгеньевича не раз финансировались различными организациями, в том числе Белорусским республиканским фондом фундаментальных исследований, Государственными программами научных исследований. Это, безусловно, подчеркивает важность исследований гродненского ученого. Сейчас идея Вадима Евгеньевича по разработке регуляторов высоко оценена Президентом Беларуси, который поддержал ее грантом на 2025 год. Это особенно вдохновило ученого на дальнейшую работу. Благодаря гранту Вадим Евгеньевич сможет создавать новые модели регуляторов и разрабатывать новые схемы по созданию этих устройств. 

 – Высокая оценка моей работы доказала, что в развитии белорусской научной мысли я иду в правильном направлении. И мне стоит продолжать эту работу, – подытожил герой.  

Над развитием этой теории Вадим Хартовский планирует трудиться в ближайший год. После этого полученные результаты составят базу для проектирования систем автоматического регулирования и будут готовы для использования инженерами. А сам ученый будет работать над новыми, не менее значимыми идеями. 

Оперативные и актуальные новости Гродно и области в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь по ссылке!