Свойства линейных динамических систем (принцип компенсации возмущения)

В 1938 г. доктор физико-математических наук Г. В. Щипанов из Московского авиационного института обнаружил ранее неизвестные свойства линейных динамических систем, обладающих независимостью одной из обобщенных координат от внешнего возмущающего воздействия, и сформулировал принцип компенсации, на основе которого такие системы могут быть построены.

Г. В. Щипанов, один из крупнейших советских ученых в области механики и автоматического управления, пришел к открытию, которое кратко называют принципом компенсации возмущений или принципом инвариантности, в результате изучения динамических свойств гироскопических авиационных приборов. Он обратил особое внимание на свойство, инвариантности гироскопа, быстро вращающегося в кардановом подвесе: при действии по одной из осей подвеса возмущающего момента гироскоп прецессирует (медленно вращается) вокруг другой оси подвеса. За счет этого возникает гироскопический момент, компенсирующий возмущающий момент, благодаря чему отклонение рамы подвеса по направлению действия момента практически отсутствует, т. е. оно инвариантно по отношению к возмущающему моменту.

Это свойство гироскопа широко используется в настоящее время для создания на подвижных объектах невозмущаемых платформ и для определения положения этих объектов в пространстве. Впервые принцип инвариантности был изложен Г. В. Щипановым в статье "Теория и методы проектирования автоматических регуляторов", опубликованной в № 1 журнала "Автоматика и телемеханика" за 1939 г.

В послевоенные годы открытие Щипанова и работы, его развивающие, широко обсуждались, в частности, на периодически созываемых всесоюзных совещаниях по теории и применению инвариантных автоматических систем, а также по теории многосвязных систем.

Высоко оценивая работы Г. В. Щипанова, академик В. С. Кулебакин писал: "...научная и практическая значимость открытия заключается в его вкладе в теорию и практику построения динамических систем, систем автоматического регулирования, комбинированных следящих систем с разомкнуто-замкнутым циклом и др. Открытие Г. В. Щипанова положило начало новому направлению в теории автоматического управления, которое разрабатывалось советскими учеными и продолжает развиваться".

Открытие зарегистрировано под № 44 с приоритетом от апреля 1939 г. Формула открытия следующая:

"Установлено неизвестное ранее свойство линейных динамических систем, для которых характеристический минор тождественно равен нулю, заключающееся в том, что одна из физических величин, характеризующих данную систему (обобщенных координат), независима (инвариантна) по отношению к произвольному во времени внешнему возмущению, действующему на один из входов системы, влияние которого (возмущения) компенсируется соответствующим изменением других физических величин".