<?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.25.503-512</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-1630</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>О методе построения множеств 0-управляемости для линейных систем с дискретным временем и суммарными ограничениями на управление</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>On the Method for Constructing Null-Controllable Sets for Linear Discrete-Time Systems with Summary Control Constraints</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>Ибрагимов</surname><given-names>Д. Н.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Ibragimov</surname><given-names>D. N.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Канд. физ.-мат. наук, доцент,</p><p>Москва.</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Moscow.</p></bio><email xlink:type="simple">rikk.dan@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Moscow Aviation Institute (National Research University)</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>11</day><month>10</month><year>2024</year></pub-date><volume>25</volume><issue>10</issue><fpage>503</fpage><lpage>512</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2024</copyright-statement><copyright-year>2024</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/1630">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/1630</self-uri><abstract><p>Рассматривается задача построения множеств 0-управляемости для стационарных линейных дискретных систем с суммарным ограничением на векторное управление, т. е. множеств тех начальных состояний, из которых систему можно перевести в начало координат за фиксированное число шагов. Для решения поставленной задачи введено обобщенное сложение по Минковскому выпуклых компактов. Исследованы основные свойства данной операции, в частности, продемонстрирована ее связь с классической суммой Минковского. Доказано, что каждое множество 0-управляемости может быть представлено в виде обобщенной суммы Минковского линейных преобразований множества ограничений на управляющие воздействия. На основе этого факта в явном виде построены выражения для опорной точки, опорной функции и нормального конуса множеств 0-управляемости. Сформулированы условия, при которых данные множества сохраняют компактность, выпуклость и относительно строгую выпуклость. Эффективность разработанных теоретических результатов опробована для трехмерной системы управления движением спутника. Предполагается, что космический аппарат является материальной точкой, движение которой происходит в малой окрестности круговой орбиты. Управление осуществляется двигателями малой тяги и имеет релейный характер, что позволяет рассматривать вектор состояния только в моменты смены режима управления. Для дискретизированной таким образом системы проведено численное моделирование множеств 0-управляемости для различных значений параметров. Результаты представлены графически.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The paper considers the problem of constructing null-controllable sets for stationary linear discrete-time systems with a summary constraint on vector control, i.e. sets of those initial states from which the system can be transferred to the origin in a fixed number of steps. The generalized Minkowski sum of convex compacta is introduced to solve this problem. The main properties of this operation are studied, in particular, its connection with the classical Minkowski sum is demonstrated. It is proved that each null-controllable set can be represented as a generalized Minkowski sum of linear mappings of a set of constraints on control actions. Based on this fact, expressions for the support point, support function and the normal cone of nullcontrollable sets are explicitly constructed. Conditions are formulated under which these sets retain compactness, convexity, and relatively strict convexity. The effectiveness of the developed theoretical results is tested for a three-dimensional satellite motion control system. It is assumed that the spacecraft is a material point whose movement occurs in a small neighborhood of a circular orbit. Control is carried out by low-thrust engines and has a relay nature, which makes it possible to consider the state vector only at moments when the control changes. For the discretized in this way system, numerical simulation of the null-controllable sets is carried out for various parameter values. The results are presented graphically.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>линейная дискретная система</kwd><kwd>множество 0-управляемости</kwd><kwd>суммарные ограничения на управление</kwd><kwd>опорная точка</kwd><kwd>нормальный конус</kwd><kwd>опорная функция</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>linear discrete-time system</kwd><kwd>null-controllable sets</kwd><kwd>summary constraints on the control</kwd><kwd>support point</kwd><kwd>normal cone</kwd><kwd>support function</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-21-00293.</funding-statement><funding-statement xml:lang="en">The research was carried out at the expense of a grant from the Russian Science Foundation No. 23-21-00293.</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">Козорез Д. А., Красильщиков М. Н., Кружков Д. М., Сыпало К. И. Решение навигационной задачи при автономном выведении полезной нагрузки на геостационарную орбиту с помощью двигателя малой тяги // Изв. РАН. ТиСУ. 2015. № 5. С. 106—118.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kozorez D. A., Krasilshchikov M. N., Kruzhkov D. M., Sypalo K. I. Autonomous navigation during the final ascent of a spacecraft into the geostationary orbit. autonomous integrated navigation system concept, J. Comput. Syst. Sci. Int., 2015, vol. 54, no. 5, pp. 798—807.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Малышев В. В., Красильщиков М. Н., Бобронников В. Т., Нестеренко О. П., Федоров А. В. Спутниковые системы мониторинга. Анализ, синтез и управление. М.: МАИ, 2000. 568 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Malyshev V. V., Krasilshchikov M. N., Bobronnikov V. T., Nesterenko O. P., Fedorov A. V. Satellite monitoring systems. Analysis, synthesis and control, Moscow Aviation Institute Publ., 2000 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сиротин А. Н. Управляемость линейных дискретных систем с ограниченным управлениями (почти) периодическими возмущениями // АиТ. 2001. № 5. C. 53—64.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sirotin A. N. Controllability of Linear Discrete Systems with Bounded Control and (Almost) Periodic Disturbances, Autom. Remote Control, 2001, vol. 62, no. 5, pp. 724—734.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kostousova E. K. External polyhedral estimates of reachable sets of discrete-time systems with integral bounds on additive terms // Mathematical Control and Related Fields. 2021. Vol. 11, N. 3. P. 625—641.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kostousova E. K. External polyhedral estimates of reachable sets of discrete-time systems with integral bounds on additive terms, Mathematical Control and Related Fields, 2021, vol. 11, no. 3, pp. 625—641.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Каменев Г. К. Численное исследование эффективности методов полиэдральной аппроксимации выпуклых тел. М.: Вычислительный центр РАН, 2010. 119 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kamenev G. K. Numerical investigation of the effectiveness of polyhedral approximation methods for convex bodies, Moscow, Computing Center of the Russian Academy of Sciences Publ., 2010 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Colonius F., Cossich J. A. N., Santana A. J. Controllability properties and invariance pressure for linear discrete-time systems // Journal of Dynamics and Differential Equations. 2022. Vol. 34. P. 5—22.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Colonius F., Cossich J. A. N., Santana A. J. Controllability properties and invariance pressure for linear discrete-time systems, Journal of Dynamics and Differential Equations, 2022, vol. 34, pp. 5—22.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Fucheng L., Mengyuan S., Usman Optimal preview control for linear discrete-time periodic systems // Mathematical Problems in Engineering. 2019. P. 1—11.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Fucheng L., Mengyuan S., Usman Optimal preview control for linear discrete-time periodic systems, Math. Problems Engin., 2019, pp. 1—11.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ge S. S., Zhendong S., Lee T. H. Reachability and controllability of switched linear discrete-time systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 2001. Vol. 46, N. 9. P. 1437—1441.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ge S. S., Zhendong S., Lee T. H. Reachability and controllability of switched linear discrete-time systems, IEEE Transactions on Automatic Control, 2001, vol. 46, no. 9, pp. 1437—1441.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Heemels W. P. M. H., Camlibel M. K. Null controllability of discrete-time linear systems with input and state constraints // 47th IEEE Conference on Decision and Control. Cancun. 2008. P. 3487—3492.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Heemels W. P. M. H., Camlibel M. K. Null controllability of discrete-time linear systems with input and state constraints, 47th IEEE Conference on Decision and Control, Cancun, 2008, pp. 3487—3492.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kaba M. D., Camlibel M. K. A spectral characterization of controllability for linear discrete-time systems with conic constraints // SIAM Journal on Control and Optimization. 2015. Vol. 53, N. 4. P. 2350—2372.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kaba M. D., Camlibel M. K. A spectral characterization of controllability for linear discrete-time systems with conic constraints, SIAM Journal on Control and Optimization, 2015, vol. 53, no. 4. pp. 2350—2372.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Benvenuti L., Farina L. The geometry of the reachability set for linear discrete-time systems with positive controls // SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications. 2006. Vol. 28, N. 2. P. 306—325.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Benvenuti L., Farina L. The geometry of the reachability set for linear discrete-time systems with positive controls, SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications, 2006, vol. 28, no. 2. pp. 306—325.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Darup M. S., Mönnigmann M. On general relations between null-controllable and controlled invariant sets for linear constrained systems // 53rd IEEE Conference on Decision and Control. Los Angeles. 2014. P. 6323—6328.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Darup M. S., Mönnigmann M. On general relations between null-controllable and controlled invariant sets for linear constrained systems, 53rd IEEE Conference on Decision and Control, Los Angeles, 2014, pp. 6323—6328.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Точилин П. А. О построении невыпуклых аппроксимаций множеств достижимости кусочно-линейных систем // Дифференциальные уравнения. 2015. Т. 51, № 11. С. 1503—1515.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tochilin P. A. On the construction of nonconvex approximations to reach sets of piecewise linear systems, Diff. Equat., 2015, vol. 51, no. 11, pp. 1499—1511.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kuntsevich V. M., Kurzhanski A. B. Attainability Domains for Linear and Some Classes of Nonlinear Discrete Systems and Their Control // J. Autom. Inform. Sci. 2010. Vol. 42, N. 1. P. 1—18.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kuntsevich V. M., Kurzhanski A. B. Attainability Domains for Linear and Some Classes of Nonlinear Discrete Systems and Their Control, J. Autom. Inform. Sci., 2010, vol. 42, no. 1. pp. 1—18.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ибрагимов Д. Н. О задаче быстродействия для класса линейных автономных бесконечномерных систем с дискретным временем, ограниченным управлением и вырожденным оператором // АиТ. 2019. № 3. C. 3—25.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ibragimov D. N. On the Optimal Speed Problem for the Class of Linear Autonomous Infinite-Dimensional Discrete-Time Systems with Bounded Control and Degenerate Operator, Autom. Remote Control, 2019, vol. 80, no. 3, pp. 393—412.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Берендакова А. В., Ибрагимов Д. Н. О методе построения внешних оценок предельного множества управляемости для линейной дискретной системы с ограниченным управлением // АиТ. 2023. № 2. С. 3—34.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Berendakova A. V., Ibragimov D. N. About the Method for Constructing External Estimates of the Limit 0-Controllability Set for the Linear Discrete-Time System with Bounded Control, Autom. Remote Control, 2023, vol. 84, no. 2, pp. 83—104.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ибрагимов Д. Н., Осокин А. В., Сиротин А. Н., Сыпало К. И. О свойствах предельных множеств управляемости для класса неустойчивых линейных систем с дискретным временем и l1-ограничениями // Известия РАН. ТиСУ. 2022. № 4. С. 3—21.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ibragimov D. N., Osokin A. V., Sirotin A. N., Sypalo K. I. On the Properties of the Limit Control Sets for a Class of Unstable Linear Systems with Discrete Time and l1-Restrictions, J. Comput. Syst. Sci. Int., 2022, vol. 61, no. 4, pp. 467—484.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ибрагимов Д. Н., Сиротин А. Н. О некоторых свойствах множеств ограниченной управляемости для стационарных линейных дискретных систем с суммарным ограничением на управление // Известия РАН. ТиСУ. 2023. № 6. С. 3—32.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ibragimov D. N., Sirotin A. N. On Some Properties of Sets of Bounded Controllability for Stationary Linear Discrete Systems with Total Control Constraints, J. Comput. Syst. Sci. Int., 2023, vol. 62, no. 6, pp. 727—756.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Колмогоров А. Н., Фомин С. В. Элементы теории функций и функционального анализа. М.: Наука, 1981. 544 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kolmogorov A. N., Fomin S. V. Elements of the theory of functions and functional analysis, Moscow, Nauka Publ., 1981 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Рокафеллар Р. Выпуклый анализ. М.: Мир, 1973. 471 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rockafellar R. Convex Analysis, Moscow, Mir Publ., 1973 (in Russian).</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>
