Щипанов, Лузин, Соболев и другие
В конце 30-ых годов прошлого века инженер Щипанов предложил новый метод конструкции систем регулирования, так называемый "регулятор с полной компенсацией". В последствии работа Щипанова оказала огромное влияние на развитие теории автоматического регулирования. Но в то время, к сожалению, она не была понята (от части из-за того, что Щипанов был не слишком хорошо образован и его работа содержала множество математических огрехов). Более того, она стала поводом для политической травли и самого Щипанова, и Института Автоматики и Телемеханики, где он работал, и академика Лузина, который, один из немногих, понял, что в работе Щипанова есть разумное зерно, и написал об этом статью. К сожалению, в политической травле приняли участия известные и уважаемые люди. Статья "Лженаучные работы института Автоматики и Телемеханики АН СССР", опубликованная в журнале "Большевик" в 1941 году подписана Соболевым, Винтером, Христиановичем, Вознесенским и Гантмахером. Был еще обличающие заседания академии наук, редакторская статья в "Правде", ... От тюрьмы Лузина и Щипанова спасла война.
Что же такое "регулятор с полной компенсацией" и почему он вызвал такую болезненную реакцию и замечательных ученых, и коммунистического руководства? Выводы работы Щипанова действительно звучали абсурдно. Автоматический регулятор, грубо говоря, замеряет отклонение системы от заданного состояния и воздействует на систему так, чтобы он вернулась в это заданное состояние. Хороший регулятор быстро и эффективно компенсирует воздействие внешних сил, в результате чего система не будет сильно отклоняться от заданного состояния. Чем лучше регулятор, тем слабее будут отклонения. Регулятор Щипанова теоретически не допускает никаких отклонений - отклонение равно нулю, то есть достигается "полная компенсация". Совершенно ясно, что такого не может быть! Если нет отклонения то регулятору нечего замерять и он просто не должен работать. Другими словами, такой регулятор должен реагировать не на состояние системы (которое вообще не меняется), а на то, как это состояние изменится, если регулятор не будет работать. Нарушается принцип причинности (и это в социалистической науке, sic! Можно себе представить, как изгалялись на эту тему советские газеты) Конечно, Щипанов понимал, что на практике причинность должна соблюдаться, и полная компенсация невозможна. Но он считал, что можно как угодно близко приблизится к полной компенсации. Математическая модель его регулятора дает полную компенсацию. Значит, чем точнее регулятор соответствует этой модели, тем ближе он полной компенсации. Более того, Щипанов утверждал, что его регулятор устойчив, то есть, если начальное состояние системы не соответствует заданному, то регулятор все равно вернет ее в заданное состояние (без этого условия регулятор, конечно, работать не будет). Доказательство этого факта у Щипанова весьма не строго и содержит математические ошибки. Абсурдность выводов и математическая неаккуратность работы Щипанова привели к тому, что многие выдающиеся ученые просто решили, что имеют дело с неграмотным бредом, предлагающим что-то вроде вечного двигателя (сравнение с вечным двигателем присутствует почти во всех рецензиях на работы Щипанова). За это их винить нельзя, но перевод научной дискуссии в политическую сферу остается на их совести.
А тем временем академик Лузин, выгнанный ото всюду, нашел работу в Институте Автоматики и Телемеханики и оказался в курсе дискуссии. Лузин не был специалистом по автоматическому регулированию, но в отличии от остальных он понял, что, несмотря на огрехи в доказательствах, выводы Щипанова математически верны. В 1940 году Лузин публикует работу "К изучению матричной теории дифференциальных уравнений", в которой не говорит явно о регуляторе Щипанова, но показывает, что решение дифференциального уравнения, описывающего этот регулятор, не зависит от внешнего воздействия (полная компенсация!) и устойчиво. Ни авторитет Лузина, ни безупречная строгость его статьи не заставила задуматься Соболева, Гантмахера и других. Возможно, потому что машина критики уже была запущена и они понимали, что пытаться ее остановить, это как встать перед несущимся поездом. Хочется думать, что в 1941 году их заставили подписать статью в журнале "Большевик", но кто знает? Чтобы читатели могли оценить стиль этой статьи приведу несколько цитат:
"<...> работы классиков не в почете в Институте Автоматики и Телемеханики"
"Работа Н.Н. Лузина служит как бы дымовой завесой, скрывающей за сложными математическими формулами физическую нелепость теории Щипанова"
"Лженаучная деятельность Института Автоматики и Телемеханики в области теории регулирования приносят огромный вред нашей стране <...> Не пора ли положить предел этой деятельности ..."
Внимательный анализ работ Щипанова действительно приводит к парадоксам. Эти парадоксы активно изучались в 50-ые и 60-ые годы, что привело к созданию теории грубости систем регулирования. Грубо говоря система должна быть устойчива не только по отношению к начальным данным и параметрам системы, но и по отношению к "скрытым параметрам". Но об этом как-нибудь в другой раз.
Об источниках: Большую часть этой истории я узнал "из вторых рук" -- от учеников людей работавших в Институте Автоматики и Телемеханики в 30-ые годы. Недавно вышла книжка "Г.В. Щипанов и теория инвариантности", в которой эта история рассказывается очень подробно.
Что же такое "регулятор с полной компенсацией" и почему он вызвал такую болезненную реакцию и замечательных ученых, и коммунистического руководства? Выводы работы Щипанова действительно звучали абсурдно. Автоматический регулятор, грубо говоря, замеряет отклонение системы от заданного состояния и воздействует на систему так, чтобы он вернулась в это заданное состояние. Хороший регулятор быстро и эффективно компенсирует воздействие внешних сил, в результате чего система не будет сильно отклоняться от заданного состояния. Чем лучше регулятор, тем слабее будут отклонения. Регулятор Щипанова теоретически не допускает никаких отклонений - отклонение равно нулю, то есть достигается "полная компенсация". Совершенно ясно, что такого не может быть! Если нет отклонения то регулятору нечего замерять и он просто не должен работать. Другими словами, такой регулятор должен реагировать не на состояние системы (которое вообще не меняется), а на то, как это состояние изменится, если регулятор не будет работать. Нарушается принцип причинности (и это в социалистической науке, sic! Можно себе представить, как изгалялись на эту тему советские газеты) Конечно, Щипанов понимал, что на практике причинность должна соблюдаться, и полная компенсация невозможна. Но он считал, что можно как угодно близко приблизится к полной компенсации. Математическая модель его регулятора дает полную компенсацию. Значит, чем точнее регулятор соответствует этой модели, тем ближе он полной компенсации. Более того, Щипанов утверждал, что его регулятор устойчив, то есть, если начальное состояние системы не соответствует заданному, то регулятор все равно вернет ее в заданное состояние (без этого условия регулятор, конечно, работать не будет). Доказательство этого факта у Щипанова весьма не строго и содержит математические ошибки. Абсурдность выводов и математическая неаккуратность работы Щипанова привели к тому, что многие выдающиеся ученые просто решили, что имеют дело с неграмотным бредом, предлагающим что-то вроде вечного двигателя (сравнение с вечным двигателем присутствует почти во всех рецензиях на работы Щипанова). За это их винить нельзя, но перевод научной дискуссии в политическую сферу остается на их совести.
А тем временем академик Лузин, выгнанный ото всюду, нашел работу в Институте Автоматики и Телемеханики и оказался в курсе дискуссии. Лузин не был специалистом по автоматическому регулированию, но в отличии от остальных он понял, что, несмотря на огрехи в доказательствах, выводы Щипанова математически верны. В 1940 году Лузин публикует работу "К изучению матричной теории дифференциальных уравнений", в которой не говорит явно о регуляторе Щипанова, но показывает, что решение дифференциального уравнения, описывающего этот регулятор, не зависит от внешнего воздействия (полная компенсация!) и устойчиво. Ни авторитет Лузина, ни безупречная строгость его статьи не заставила задуматься Соболева, Гантмахера и других. Возможно, потому что машина критики уже была запущена и они понимали, что пытаться ее остановить, это как встать перед несущимся поездом. Хочется думать, что в 1941 году их заставили подписать статью в журнале "Большевик", но кто знает? Чтобы читатели могли оценить стиль этой статьи приведу несколько цитат:
"<...> работы классиков не в почете в Институте Автоматики и Телемеханики"
"Работа Н.Н. Лузина служит как бы дымовой завесой, скрывающей за сложными математическими формулами физическую нелепость теории Щипанова"
"Лженаучная деятельность Института Автоматики и Телемеханики в области теории регулирования приносят огромный вред нашей стране <...> Не пора ли положить предел этой деятельности ..."
Внимательный анализ работ Щипанова действительно приводит к парадоксам. Эти парадоксы активно изучались в 50-ые и 60-ые годы, что привело к созданию теории грубости систем регулирования. Грубо говоря система должна быть устойчива не только по отношению к начальным данным и параметрам системы, но и по отношению к "скрытым параметрам". Но об этом как-нибудь в другой раз.
Об источниках: Большую часть этой истории я узнал "из вторых рук" -- от учеников людей работавших в Институте Автоматики и Телемеханики в 30-ые годы. Недавно вышла книжка "Г.В. Щипанов и теория инвариантности", в которой эта история рассказывается очень подробно.