<?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.26.515-524</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-1837</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 декомпозиции при построении внешних оценок предельных множеств достижимости и 0-управляемости для линейных почти периодических дискретных систем</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>On the Decomposition Method in Constructing External Estimates of Limit Reachable and Null-Controllable Sets for Linear Almost Periodic Discrete-Time Systems</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>Д. Н. Ибрагимов, канд. физ.-мат. наук, доц.</p><p>Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Ibragimov D. N., PhD, Assistant Professor</p><p>Moscow, 125993</p></bio><email xlink:type="simple">rikk.dan@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>Симкина</surname><given-names>А. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Simkina</surname><given-names>A. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>А. В. Симкина, ст. преподаватель</p><p>Москва</p></bio><bio xml:lang="en"><p>A. V. Simkina</p><p>Moscow, 125993</p></bio><email xlink:type="simple">abv1998@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru">Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)<country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en">Moscow Aviation Institute (National Research University)<country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2025</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>13</day><month>10</month><year>2025</year></pub-date><volume>26</volume><issue>10</issue><fpage>515</fpage><lpage>524</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2025</copyright-statement><copyright-year>2025</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/1837">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/1837</self-uri><abstract><p>Решается задача построения и оценивания предельных множеств достижимости и 0-управляемости для линейных систем с дискретным временем и геометрическими ограничениями на управление, где множество достижимости состоит из тех терминальных состояний, в которые систему можно перевести из начала координат за любое конечное число шагов, а множество 0-управляемости состоит из тех начальных состояний, из которых систему можно перевести в начало координат за любое конечное число шагов. Для класса периодических систем получается построить искомые множества явным образом. Если рассматриваемая линейная система является почти периодической, т. е. ее матрица обладает только комплексными некратными собственными значениями, удается получить внешние оценки предельных множеств достижимости и 0-управляемости произвольного порядка точности в смысле расстояния Хаусдорфа. Особенностью данных оценок является то, что скорость их сходимости не зависит от спектрального радиуса матрицы системы, а определяется лишь точностью аппроксимации почти периодических уравнений динамики некоторыми периодическими. Эффективность разработанных теоретических методов демонстрируется на примере системы демпфирования высотного сооружения, расположенного в зоне сейсмической активности. В качестве физической модели рассматривается последовательность материальных точек, связанных между собой упругими и демпфирующими связями. Управление предполагается кусочно-постоянным и ограниченным по мощности, что позволяет дискретизировать изначально непрерывную систему. Для полученной таким образом дискретной системы строится внешняя оценка предельного множества достижимости. Результаты расчетов представлены численно и графически.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The paper solves the problem of constructing and estimating the limit reachable sets and null-controllable sets for linear discrete-time systems with geometric constraints on control. Where the reachable set consists of those terminal states to which the system can be transferred from the origin in any finite number of steps, and the null-controllable set consists of those initial states from which the system can be transferred to the origin in any finite number of steps. For the class of periodic systems, it is possible to construct these sets explicitly. If the considered linear system is almost periodic, i.e. its matrix has only complex non-multiple eigenvalues, it is possible to obtain external estimates of the limit reachable and null-controllable sets of an arbitrary order of accuracy in the sense of Hausdorff distance. A feature of these estimates is that the rate of their convergence does not depend on the spectral radius of the system matrix, but is determined only by the accuracy of approximation of the almost periodic equations of dynamics by some periodic ones. The efficiency of the developed theoretical methods is demonstrated by the example of a damping system of a high-rise structure located in a seismic activity zone. A sequence of material points connected by elastic and damping links is considered as a physical model. The control is assumed to be piecewise constant and limited in power, which allows discretization of the initially continuous-time system. An external estimate of the limit reachable set is constructed for the discrete-time system obtained in this way. The calculation results are presented numerically and graphically.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>линейная дискретная система</kwd><kwd>почти периодическая система</kwd><kwd>предельное множество достижимости</kwd><kwd>предельное множество 0-управляемости</kwd><kwd>метрика Хаусдорфа</kwd><kwd>сжимающее отображение</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>linear discrete-time system</kwd><kwd>almost periodic system</kwd><kwd>limit reachable set</kwd><kwd>limit null-controllable set</kwd><kwd>Hausdorff distance</kwd><kwd>contraction mapping</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</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. DOI: 10.1134/S0005231019030012.</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, DOI: 10.1134/S0005117919030019.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Никольский М. С. Линейные управляемые объекты с фазовыми ограничениями. Приближенное вычисление множеств достижимости // Труды Института математики и механики УрО РАН. 2021. Т. 27, № 2. С. 162—168. DOI: 10.21538/0134-4889-2021-27-2-162-168.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nikol’skii M. S. Linear Controlled Objects with State Constraints. Approximate Calculation of Reachable Sets, Proc. Steklov Inst. Math., 2021, vol. 315, no. 1, pp. 219—224, DOI: 10.21538/0134-4889-2021-27-2-162-168.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Максимов В. П. О внутренних оценках множеств достижимости для непрерывно-дискретных систем с дискретной памятью // Труды Института математики и механики УрО РАН. 2021. Т. 27, № 3. С. 141—151. DOI: 10.21538/0134-4889-2021-27-3-141-151.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Maksimov V. P. On Internal Estimates of Reachable Sets for Continuous-Discrete Systems with Discrete Memory, Trudy Instituta Matematiki i Mekhaniki UrO RAN, 2021, vol. 27, no. 3, pp. 141—151, DOI: 10.21538/0134-4889-2021-27-3-141-151.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</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. DOI: 10.1007/s10884-021-09966-4.</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, DOI: 10.1007/s10884-021-09966-4.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Комаров В. А. Уравнение множеств достижимости дифференциальных включений в задаче с фазовыми ограничениями // Тр. мат. ин-та АН СССР им. В. А. Стеклова. 1988. Т. 185. С. 116—125.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Komarov V. A. Equation of Attainability Sets of Differential Inclusions in a Problem with Phase Constraints, Proceedings of the Steklov Mathematical Institute of the USSR Academy of Sciences, 1988, vol. 185, pp. 116—125 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</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. DOI: 10.1615/JAutomatInfScien.v42.i1.10.</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, DOI: 10.1615/JAutomatInfScien.v42.i1.10.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Guseinov K. G. Approximation of the Attainable Sets of the Nonlinear Control Systems with Integral Constraint on Controls // Nonlinear Analysis. 2009. Vol. 71, N. 1—2. P. 622—645. DOI: 10.1016/j.na.2008.10.097.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Guseinov K. G. Approximation of the Attainable Sets of the Nonlinear Control Systems with Integral Constraint on Controls, Nonlinear Analysis, 2009, vol. 71, no. 1—2, pp. 622—645, DOI: 10.1016/j.na.2008.10.097.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</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. DOI: 10.3934/mcrf.2021015.</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, DOI: 10.3934/mcrf.2021015.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Corradini M. L., Cristofaro A., Giannoni F., Orlando G. Estimation of the Null-Controllable Region: Discrete-Time Plants // Control Systems with Saturating Inputs. Lecture Notes in Control and Information Sciences. Springer. 2012. Vol. 424. P. 33—52. DOI: 10.1007/978-1-4471-2506-8_3.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Corradini M. L., Cristofaro A., Giannoni F., Orlando G. Estimation of the Null-Controllable Region: Discrete-Time Plants, Control Systems with Saturating Inputs. Lecture Notes in Control and Information Sciences, Springer, 2012, vol. 424, pp. 33—52, DOI: 10.1007/978-1-4471-2506-8_3.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Wan J., Vehí J., Luo N., Herrero P. Control of Constrained Nonlinear Uncertain Discrete-Time Systems via Robust Controllable Sets: a Modal Interval Analysis Approach // ESAIM Control Optimisation and Calculus of Variations. 2009. Vol. 15, N. 1. P. 189—204. DOI: 10.1051/cocv:2008025.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Wan J., Veh J., Luo N., Herrero P. Control of Constrained Nonlinear Uncertain Discrete-Time Systems via Robust Controllable Sets: a Modal Interval Analysis Approach, ESAIM Control Optimisation and Calculus of Variations, 2009, vol. 15, no. 1, pp. 189—204, DOI: 10.1051/cocv:2008025.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kuntsevich A. V. Invariant Sets (Limit Cycles) of Families of Autonomous Nonlinear Discrete Systems // J. Autom. Inform. Sci. 2013. Vol. 45, N. 2. P. 24—32. DOI: 10.1615/JAutomat-InfScien.v45.i2.30.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kuntsevich A. V. Invariant Sets (Limit Cycles) of Families of Autonomous Nonlinear Discrete Systems, J. Autom. Inform. Sci., 2013, vol. 45, no. 2, pp. 24—32, DOI: 10.1615/JAutomat-InfScien.v45.i2.30.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</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. DOI: 10.1137/040612531.</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, DOI: 10.1137/040612531.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Fisher M. E., Gayek J. E. Estimating Reachable Sets for Two-Dimensional Linear Discrete Systems // J. Optim. Theory Appl. 1988. Vol. 56, N. 1. P. 67—88. DOI: 10.1007/BF00938527.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Fisher M. E., Gayek J. E. Estimating Reachable Sets for Two-Dimensional Linear Discrete Systems, J. Optim. Theory Appl., 1988, vol. 56, no. 1, pp. 67—88, DOI: 10.1007/BF00938527.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</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. DOI: 10.31857/S0005231023020010.</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, DOI: 10.1134/S0005117923020030.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Simkina A. V., Ibragimov D. N., Kibzun A. I. On the Method of Numerical Simulation of Limit Reachable Sets for Linear Discrete-Time Systems with Bounded Control // Вестник ЮурГУ ММП. 2024. Т. 17, № 3. C. 46—56. DOI: 10.14529/mmp240304.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Simkina A. V., Ibragimov D. N., Kibzun A. I. On the Method of Numerical Simulation of Limit Reachable Sets for Linear Discrete-Time Systems with Bounded Control, Bulletin of the South Ural State University Series MMP, 2024. vol. 17, no. 3, pp. 46—56, DOI: 10.14529/mmp240304.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ибрагимов Д. Н., Новожилкин Н. М., Порцева Е. Ю. О достаточных условиях оптимальности гарантирующего управления в задаче быстродействия для линейной нестационарной дискретной системы с ограниченным управлением // АиТ. 2021. № 12. С. 48—72. DOI: 10.31857/S0005231021120047.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ibragimov D. N., Novozhilin N. M., Portseva E. Yu. On Sufficient Optimality Conditions for a Guaranteed Control in the Speed Problem for a Linear Time-Varying Discrete-Time System with Bounded Control, Autom. Remote Control, 2021, vol. 82, no. 12, pp. 2076—2096, DOI: 10.1134/S000511792112002X.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</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, 1973 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Половинкин Е. С., Балашов М. В. Элементы выпуклого и сильно выпуклого анализа. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 416 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Polovinkin E. S., Balashov M. V. Elements of Convex and Strongly Convex Analysis, Moscow, Fizmatlit, 2004 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бахвалов Н. С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы. М.: Наука, 1987. 600 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bakhvalov N. S., Zhidkov N. P., Kobelkov G. M. Numerical methods, Moscow, Nauka, 2007 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Баландин Д. В., Коган М. М. Синтез законов управления на основе линейных матричных неравенств. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 280 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Balandin D. V., Kogan M. M. Synthesis of Control Laws Based on Linear Matrix Inequalities, Moscow, Fizmatlit, 2007 (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>
