<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.23.395-405</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-1229</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>SYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Асимптотический метод прогнозирования рисков в задачах стохастического контроля и управления</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>An Asymptotic Method for Predicting Risks in Problems of Stochastic Monitoring and Control</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Дубовик</surname><given-names>С. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Dubovik</surname><given-names>S. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>д-р техн. наук, проф.,</p><p>г. Севастополь</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Sevastopol, 299053</p></bio><email xlink:type="simple">duboviksa@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Кабанов</surname><given-names>А. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kabanov</surname><given-names>A. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>канд. техн. наук, доц., </p><p>г. Севастополь;</p><p>г. Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Ph.D., Associate Professor,</p><p>Sevastopol, 299053;</p><p>Moscow, 119333 </p></bio><email xlink:type="simple">kabanovaleksey@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Севастопольский государственный университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Sevastopol State University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>Севастопольский государственный университет;&#13;
ФИЦ "Информатика и управление" РАН</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Sevastopol State University;&#13;
Federal Research Center "Computer Science and Control" of the Russian Academy of Sciences</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2022</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>12</day><month>08</month><year>2022</year></pub-date><volume>23</volume><issue>8</issue><fpage>395</fpage><lpage>405</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2022</copyright-statement><copyright-year>2022</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/1229">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/1229</self-uri><abstract><p>Рассмотрена проблема стабилизации состояния равновесия в нелинейной системе в присутствии шумов, для чего недостаточно решить локальную задачу стабилизации, а необходимо также обеспечить непрерывный мониторинг возможного события перехода в критическое состояние, ведущее к отказу системы. Для организации такого мониторинга мы используем принцип больших уклонений в применении к динамическим системам с малыми возмущениями. Для целей мониторинга имеет значение оптимальный путь, который назван нами А-профилем критического состояния. А-профиль используется для построения ситуационного прогноза в задаче управления рисками многоагентной системы. Кроме нелинейного механизма внутренней стабилизации уровня h для каждого из агентов существуют силы взаимодействия среднего поля между агентами. Слабый предел в этой модели с числом агентов, стремящимся к бесконечности, описывается уравнением Фокера-Планка-Колмогорова, но использование приближения с точностью до O(h2) приводит к конечномерной схеме Вентцеля-Фрейдлина. Согласно этой схеме мы получаем в явном виде A-профиль как решение вырожденного уравнения Абеля второго рода. В то же время аппроксимация по h позволяет разработать метод последовательных приближений для построения A-профиля. В настоящей работе А-профиль синтезируется в результате решения задачи оптимального управления с обратной связью, где используется метод уравнения Риккати, зависящего от состояния, и метод аппроксимирующей последовательности уравнений Риккати. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. В статье эти методы применяются и сравниваются в рамках задачи управления рисками. </p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>To ensure the stabilization of the equilibrium state in a nonlinear system in the presence of noise, it is not enough to solve the local stabilization problem, it is also necessary to ensure continuous monitoring of a possible transition to a critical state leading to system failure. To organize such monitoring, we use the large deviations principle applied to dynamical systems with small perturbations. For the purposes of monitoring, the optimal path that we call the A-profile is important. We use the A-profile to build a situational forecast in the risk control problem for a multi-agent system. In addition to the nonlinear mechanism of internal stabilization of the level h for each of the agents, there are forces of mean field interaction between the agents. The weak limit in this model with the number of agents tending to infinity is described by the FokerPlanck-Kolmogorov equation, but the use of approximation up to O(h2) leads to a finite-dimensional Wentzel-Freidlin scheme. According to the scheme, we obtain an explicit A-profile as a solution of the degenerate Abel equation of the second kind. At the same time, the approximation in h makes it possible to develop a method of successive approximations for the A-profile. In this paper, the A-profile is synthesized as a solution of the optimal control problem, where the state-dependent Riccati equation method and the method of the approximating sequence of Riccati equations are used. In the article, these methods are applied and compared within the framework of the risk control problem.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>большие уклонения</kwd><kwd>ситуационный прогноз</kwd><kwd>стохастическая система</kwd><kwd>прогнозирование риска</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>large deviations</kwd><kwd>situational forecast</kwd><kwd>stochastic system</kwd><kwd>risk prediction</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 21-11-00202).</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Поспелов Д. А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Наука, 1986.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pospelov D. A. Situational control: theory and practice, Moscow, Nauka, 1986 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Вентцель А. Д., Фрейдлин М. И. Флуктуации в динамических системах под действием малых случайных возмущений. М.: Наука, 1979.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Wentzel A. D., Freidlin M. I. Fluctuations in dynamical systems under the action of small random perturbations, Moscow, Nauka, 1979 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пухальский А. А. Большие уклонения стохастических динамических систем. Теория и приложения. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Puhalsky A. A. Large deviations of stochastic dynamical systems. Theory and applications, Moscow, FIZMATLIT, 2005 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Дубовик С. А. Асимптотическая семантизация данных в системах управления // Мехатроника, автоматизация, управление. 2019. Т. 20, № 8. С. 461—471.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dubovik S. A. Asymptotic semantization of data in control systems, Mekhatronika Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2019, vol. 20, no. 8, pp. 461—471 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Дубовик С. А. Использование квазипотенциалов для контроля больших уклонений управляемых процессов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. Т. 17, № 5. С. 301—307</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dubovik S. A. Use of quasipotentials for monitoring of large deviations in the control processes, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2016, vol. 17, no. 5, pp. 301—307 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Дубовик С. А., Кабанов А. А. Функционально устойчивые системы управления: асимптотические методы синтеза. М.: ИНФРА-М, 2019.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dubovik S. A., Kabanov A. A. Functionally stable control systems: asymptotic methods of synthesis, Moscow, INFRA-M, 2019 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Дубовик С. А. Синтез "второй сигнальной системы" регулятора на основе принципа больших уклонений. С.-Пб.: Электроприбор, 2020.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dubovik S. A. Synthesis of the "second signal system" of the regulator based on the principle of large deviations, SPb, Elektropribor, 2020 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kabanov A. A., Dubovik S. A. Methods of modeling and probabilistic analysis of large deviations of dynamic systems // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1661. Paper no. 012044.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kabanov A. A., Dubovik S. A. Methods of modeling and probabilistic analysis of large deviations of dynamic systems, Journal of Physics: Conference Series. 2020, vol. 1661, paper no. 012044.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кабанов А. А., Дубовик С. А. Численные методы контроля редких событий в нелинейных стохастических системах // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22, № 6. С. 291—297.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kabanov A. A., Dubovik S. A. Numerical methods for monitoring rare events in nonlinear stochastic systems, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2021, vol. 22, no. 6, pp. 291—297 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Çimen T. Survey of state-dependent Riccati equation in nonlinear optimal feedback control synthesis // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2012. Vol. 35. P. 1025—1047.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Çimen T. Survey of state-dependent Riccati equation in nonlinear optimal feedback control synthesis, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2012, vol. 35, pp. 1025—1047.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Nekoo S. R. Tutorial and review on the state-dependent Riccati equation // Journal of Applied Nonlinear Dynamics. 2019. Vol. 8, N. 2. P. 109—166.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nekoo S. R. Tutorial and review on the state-dependent Riccati equation, Journal of Applied Nonlinear Dynamics, 2019, vol. 8, no. 2, pp. 109—166.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Topputo F., Miani M., Bernelli-Zazzera F. Optimal selection of the coefficient matrix in state-dependent control methods // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2015. Vol. 38. P. 861—873.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Topputo F., Miani M., Bernelli-Zazzera F. Optimal selection of the coefficient matrix in state-dependent control methods, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2015, vol. 38, pp. 861—873.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Dawson D. Critical dynamics and fluctuations for a meanfield model of cooperative behavior // Journal of Statistical Physics. 1983. Vol. 31, N. 1. P. 29—85.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dawson D. Critical dynamics and fluctuations for a meanfield model of cooperative behavior, Journal of Statistical Physics, 1983, vol. 31, no. 1, pp. 29—85.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Garnier J., Papanicolaou G., Yang T.-W. Large deviations for a mean field model of systemic risk // SIAM Journal on Financial Mathematics. 2013. Vol. 4(1). P.151—184.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Garnier J., Papanicolaou G., Yang T.-W. Large deviations for a mean field model of systemic risk, SIAM Journal on Financial Mathematics, 2013, vol. 4(1), pp. 151—184.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Dawson D. A., Gartner J. Large deviations from the McKeanVlasov limit for weakly interacting diffusions // Stochastics. 1987. Vol. 20. P. 247—308.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dawson D. A., Gartner J. Large deviations from the McKean-Vlasov limit for weakly interacting diffusions, Stochastics, 1987, vol. 20, pp. 247—308.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Зайцев В. Ф., Полянин А. Д. Справочник по нелинейным дифференциальным уравнениям: приложения к механике, точные решения. М.: ФИЗМАТЛИТ, 1993. 464 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zaitsev V. F., Polyanin A. D. Handbook of nonlinear differential equations: applications to mechanics, exact solutions, Moscow, FIZMATLIT, 1993, 464 p. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Heydari A., Balakrishnan S. N. Closed-form solution to finite-horizon suboptimal control of nonlinear systems // International Journal of Robust and Nonlinear Control. 2014. Vol. 25. P. 2687—2704.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Heydari A., Balakrishnan S. N. Closed-form solution to finite-horizon suboptimal control of nonlinear systems, International Journal of Robust and Nonlinear Control, 2014, vol. 25, pp. 2687—2704.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Çimen T., Banks S. P. Global optimal feedback control for general nonlinear systems with nonquadratic performance criteria // Systems &amp; Control Letters. 2004. Vol. 53. P. 327—346</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Çimen T., Banks S. P. Global optimal feedback control for general nonlinear systems with nonquadratic performance criteria, Systems &amp; Control Letters, 2004, vol. 53, pp. 327—346.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
