Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2016, № 12. Часть 4

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
 
16+ 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 12 
 
 
Часть 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2016 

УДК 621.86/87
ISSN 2071-6168 

Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 
Вып. 12. Ч. 4. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 278 с. 

Выпуск посвящен проводимой в Тульском государственном университете 
III 
Всероссийской 
научно-технической 
конференции 
« Мехатронные системы ( теория и проектирование)», которая состоялась 
9 декабря 2016 года. 

Материал предназначен для специалистов, работающих в области 
разработки систем автоматического управления, а также для студентов 
старших курсов и аспирантов приборостроительных специальностей. 

Редакционный совет 

М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, 
И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, М.А. БЕРЕСТНЕВ, В.Н. ЕГОРОВ, 
О.Н. ПОНАМОРЁВА, Н.М. КАЧУРИН, В.М. ПЕТРОВИЧЕВ  

Редакционная коллегия 

О.И. Борискин (отв. редактор), С.Н. Ларин (зам. отв. редактора), 
Б.С. 
Яковлев 
(отв. 
секретарь), 
И.Л. 
Волчкевич, 
Р.А. 
Ковалев,  
М.Г. Кристаль, А.Д. Маляренко (Республика Беларусь), А.А. Сычугов,  
Б.С. Баласанян (Республика Армения), А.Н. Чуков  

Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России» 

Сборник 
зарегистрирован 
в 
Федеральной 
службе по надзору в сфере связи, информационных 
технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).  
ПИ № ФС77-61104 от 19 марта 2015 г.  
«Известия ТулГУ» входят в Перечень ведущих 
научных 
журналов 
и 
изданий, 
выпускаемых 
в 
Российской Федерации, в которых должны быть 
опубликованы научные результаты диссертаций на 
соискание учёной степени доктора наук 

© Авторы научных статей, 2016 
© Издательство ТулГУ, 2016 

КАФЕДРА "СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО  
УПРАВЛЕНИЯ":  
СПЛАВ ТРАДИЦИЙ, ИННОВАЦИЙ И КАЧЕСТВА 
(К 60-летию кафедры «Системы автоматического управления»  
Тульского государственного университета) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Заведующий кафедрой САУ, доктор 
технических наук, профессор, почетный      
работник 
высшего 
профессионального          
образования 
Российской 
Федерации,             
действительный член Академии навигации    
и 
управления 
движением 
Олег 
Владимирович Горячев.  
 
«…Системный характер специальностей кафедры САУ, уровень подготовки  
выпускников соответствуют запросам предприятий – разработчиков систем  
и комплексов высокоточного оружия. Будущее кафедры связано с непрерывным  
совершенствованием качества подготовки инженерных кадров, освоением 
 перспективной тематики научных исследований, сотрудничеством с ведущими  
предприятиями страны…»  
Академик Российской Академии наук А.Г. Шипунов.  
08.04.2010 г.  
 
Кафедра «Системы автоматического управления» (САУ) основана в 
1956 году. Открытие кафедры САУ в Тульском механическом институте 
проходило в период становления отраслей управляемого вооружения и ознаменовало собой начало нового этапа – этапа подготовки специалистов, 
способных проектировать вооружение нового поколения – управляемую 
ракетную технику ближней тактической зоны: противотанковые и зенитные управляемые ракеты. Открытие кафедры САУ явилось ответом на 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 4 
 

4 
 

острую потребность промышленности в специалистах нового профиля, совмещающих глубокие знания в областях механики, электроники, тепломеханики, теории управления, аэродинамики и способных решать задачи 
анализа и синтеза сложных динамических систем, включающих элементы 
различной физической природы, а также обеспечивающих взаимодействие 
человека, бортовой и наземной аппаратуры управления. Тогда еще не было 
термина «комплексы высокоточного оружия». 
Основателем кафедры и ее бессменным 
руководителем на протяжении тридцати лет являлся, доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники Российской 
Федерации Борис Михайлович Подчуфаров. Он 
был первым, кто не только увидел и оценил 
важность и значимость проблемы подготовки 
специалистов нового профиля, но и направил 
свой талант ученого и энергию организатора на 
создание новой кафедры. В короткие сроки им 
был сформирован творческий коллектив кафедры, способный вести серьезные научные исследования, и создана необходимая лабораторная и 
учебно-методическая база. Уже в 1958 году началась подготовка по совершенно новой для 
нашего вуза специальности «Системы автоматического управления», а в 1964 году – подготовка по специальности «Автоматические приводы». Необходимо отметить, что объединение на одной кафедре подготовки специалистов по системам управления и автоматическим приводам является свидетельством 
глубокого системного подхода к решению проблем подготовки кадров для 
проектирования комплексов вооружения в целом.  
В формировании и развитии научных направлений на начальном 
этапе развития кафедре была оказана помощь известными учеными ведущих вузов страны: академиком Е.П. Поповым (МВТУ им. Н.Э. Баумана, в 
настоящее время «Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет)), 
профессором С.В. Костиным (МАИ, в настоящее время «Московский 
авиационный институт (национальный исследовательский университет)), 
профессором А.М. Потаповым (ЛМИ, в настоящее время "Балтийский государственный технический университет "Военмех" имени Д.Ф. Устинова" 
(БГТУ "Военмех" им.Д.Ф. Устинова)).  
 
 

Подчуфаров  
Борис Михайлович 

Мехатронные системы. Теория и проектирование 

5 

В становлении и развитии кафедры существенную роль сыграло КБП (в настоящее 
время АО «КБ приборостроения им. академика 
А.Г. Шипунова») (г. Тула). Именно специалисты 
КБП, выпускники известных вузов: МВТУ им. 
Н.Э. Баумана, МАИ в первые годы работы кафедры и составили костяк преподавателей, ведущих специальные дисциплины кафедры. Еще 
одна яркая грань творческого сотрудничества 
кафедры и КБП неразрывно связана с именем 
Евгения Ефимовича Шорникова, талантливого 
ученого и производственника, сыгравшего определяющую роль в постановке и развитии специальности «Автоматические приводы». 
Сознавая приоритетность развития научных исследований для обеспечения качества подготовки инженеров по 
наукоемким специальностям, способных создавать новую, управляемую 
технику, Б.М. Подчуфаров большое внимание уделял организации и проведению научных исследований по профилю подготовки, опираясь на реальные задачи профильных предприятий и активное привлечение к научно-исследовательской работе студентов. Огромную роль в определении 
научного направления и формирования методологических принципов преподавания 
сыграли 
творческое 
сотрудничество 
и 
личная 
дружба 
Б.М. Подчуфарова с А.Г. Шипуновым – академиком РАН, начальником и 
генеральным конструктором КБП и В.П. Грязевым – выдающимся конструктором стрелково-пушечного вооружения, главным конструктором КБП. 
В период становления кафедры (1956 – 1976 гг.), научные направления ее деятельности охватывали широкий круг вопросов: разработка 
теории, методов проектирования и экспериментальной отработки рулевых 
приводов ракет и источников их питания для различных рабочих тел; проектирование блоков систем газоснабжения стартовых комплексов ракет; 
разработка методов проектирования систем управления с учетом производственных допусков и погрешностей, возникающих на этапе эксплуатации изделия; разработка и создание систем управления для аэродинамических труб. 

Именно в этот период установлены научные связи кафедры с веду
щими академическими, научными и научно-производственными учреждениями страны: Балтийским государственным техническим университетом 
«ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, Московским государственным техническим университетом имени Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет), Московским государственным технологическим университетом 
«Станкин», 
Московским 
авиационным 
институтом 

(национальный исследовательский университет), Национальным исследо
Шорников  
Евгений Ефимович  

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 4 

6 

вательским Нижегородским государственным университетом имени 
Н.И. Лобачевского, Московским государственным университетом имени 
М.В. Ломоносова, Центральным научно-исследовательским институтом 
автоматики и гидравлики (г. Москва), Научно-исследовательским машиностроительным институтом (г. Москва), Конструкторским бюро приборостроения 
имени 
академика 
А.Г. Шипунова 
(г. Тула), 
Научно
производственной корпорацией «Конструкторское бюро машиностроения» 
(г. Коломна), 
ВНИИ 
«Сигнал» 
(г. Ковров), 
Центральным 
научно
исследовательским институтом машиностроения (г. Королев), филиал 
ГКНПЦ им. М.В. Хруничева в городе Ковров – Конструкторское бюро 
«Арматура» 
(г. Ковров), 
Научно-производственным 
объединением 

«Сплав» (г. Тула), Институтом машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук и др.  

Ректор ТулГУ, доктор технических наук, профессор М.В. Грязев  
и кандидат технических наук, доцент кафедры САУ О.О. Морозов 
 в лаборатории аэродинамических испытаний кафедры САУ (2006 г.) 

С целью расширения научно-исследовательских программ в направлении развития динамической теории тепломеханических систем на 
кафедре САУ в 1963 году по решению Госкомитета по науке и технике при 
Совете 
Министров 
СССР 
организована 
Отраслевая 
научноисследовательская лаборатория систем автоматического управления 
(ОНИЛ-8), а в 1973 году введена в строй Испытательная станция ОНИЛ-8, 
оснащенная самым современным для того времени оборудованием для испытания мощных газовых, пневматических, гидравлических и электрических систем. В 2004 году на базе испытательной станции был развернут 
лабораторный модуль кафедры САУ. Благодаря активной хоздоговорной 
работе, а также проведению фундаментальных и поисковых исследований 

Мехатронные системы. Теория и проектирование 

7 
 

в лабораторном модуле создано и активно используется в настоящее время 
в научной и учебной работе уникальное лабораторно-стендовое оборудование: одно- и трехстепенные стенды, воспроизводящие угловые движения 
бортовой аппаратуры на траектории полета, стенды- имитаторы аэродинамических нагрузок на рулевые органы; экспериментальные стенды для исследования гидромеханических процессов в элементах гидросистем; оптический стенд с лазерными имитаторами оптической боевой обстановки; 
нагрузочные стенды для исследования электрических следящих приводов 
и силовых систем приводов наведения и стабилизации; управляемая до- и 
сверхзвуковая аэродинамическая труба. 
О признании научных достижений кафедры свидетельствует проведение в г. Туле совместно с Академией наук пяти всесоюзных научных 
симпозиумов по пневматическим (газовым) приводам и системам управления, 
правопреемницей 
которых 
является 
Всероссийская 
научнотехническая конференция «Мехатронные системы (теория и проектирование)», которая в 2016 году проводится в г. Туле в третий раз и посвящается 
60-летию кафедры САУ, 80-летнему юбилею заслуженного деятеля науки 
РФ, доктора технических наук, профессора Н.В. Фалдина, 95-летию со дня 
рождения заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, доктора технических наук, профессора Б.М. Подчуфарова.  
Следуя основному принципу технического образования «обучение 
на основе науки», кафедра продолжает научные традиции, заложенные 
Б.М. Подчуфаровым. В настоящее время на кафедре проводятся научные 
исследования в рамках трех научных школ:  
- научной школы в области теории динамических систем и процессов управления, включающей: динамические теории циклической автоматики, тепломеханических систем, динамики газовых приводов систем стабилизации и управления (основатель – доктор технических наук, 
профессор, 
заслуженный 
деятель 
науки 
и 
техники 
РСФСР 
Б.М. Подчуфаров, в настоящее время научным руководителем школы является заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор-консультант кафедры САУ В.И. Чекмазов);  
- научной школы по теории и методам проектирования оптимальных систем управления объектами с ограничителями (заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, действительный член 
Академии навигации и управления движением, профессор-консультант 
кафедры Н.В. Фалдин);  
- научной школы по методам анализа и синтеза приводов систем 
наведения и стабилизации объектов специального назначения (основатель 
–лауреат Государственной премии СССР, лауреат Государственной премии РФ, доктор технических наук, профессор, начальник отделения ГУП 
«КБ Приборостроения» Е.Е. Шорников, в настоящее время научным руко

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 4 
 

8 
 

водителем школы является доктор технических наук, профессор, действительный член академии навигации и управления движением О.В. Горячев). 
Научные исследования сотрудников кафедры САУ внесли существенный вклад в развитие теории и практики систем автоматического 
управления, обеспечивающих удовлетворение требований технического 
задания, предъявляемых к перспективным комплексам, а также позволили 
сократить сроки и стоимость проектирования новых изделий. В частности, 
разработана совокупность методов исследования релейных автоколебательных систем с нелинейными объектами управления.  
 

 
 
2-я Всеросийская научно-техническая конференция «Мехатронные  
системы (теория и проектирование)» (2011 г.). Слева направо:  
начальник отделения АО «КБП», кандидат технических наук  
В.С. Фимушкин; заместитеьл управляющего директора по отраслевым 
направлениям АО «КБП», кандидат технических наук А.В. Гусев;  
зав. Кафедрой САУ, доктор технических наук, профессор О.В. Горячев; 
заместитель директора ИВТС им. В.П. Грязева, доктор технических 
наук А.Э. Соловьев; директор ИВТС им. В.П. Грязева, доктор  
технических наук, профессор А.Н. Чуков; декан факультета  
Московского авиационного института (Национального  
исследовательского университета), кандидат технических наук,  
профессок К.М. Тихонов 
 
Выдающийся вклад в разработку теории оптимального управления 
объектами с ограничителями, новых методов анализа и синтеза нелинейных систем, развитие методов линеаризации принадлежит Н.В. Фалдину, 
отметившему в 2016 году свой 80-летний юбилей. Являясь выпускником 
Тульского механического института (1961 г.) и блестяще закончив аспи

Мехатронные системы. Теория и проектирование 

9 
 

рантуру кафедры М-7 МВТУ им.Н.Э. Баумана (1965 г.), Н.В. Фалдин сумел 
синергетически объединить две известные научные школы: Тульскую 
школу механики и Бауманскую школу управления, сформировав свою научную школу и став ее общепризнанным лидером. Н.В. Фалдин подготовил пять докторов технических наук, более двадцати кандидатов технических наук. К славному юбилею Н.В. Фалдина и приурочена третья 
Всероссийская научно-техническая конференция «Мехатронные системы 
(теория и проектирование)». 
На основе теории, разработанной 
Н.В. Фалдиным и его учениками, решены 
задачи синтеза квазиоптимального управления для ряда высокоточных технических 
систем, включая электрические приводы 
систем наведения и стабилизации инерционной нагрузки с различными типами исполнительных двигателей и механической 
передачей (жесткой, упругой). Предложены 
методики синтеза интеллектуальных алгоритмов управления с нейро- нечеткими и 
нечеткими регуляторами для приводов с 
исполнительными двигателями с нелинейными характеристиками. Разработаны методы синтеза контура управления для гидравлических приводов наведения ракетнопушечного вооружения, пневматических и 
газовых рулевых приводов стабилизированных и вращающихся по крену ракет. 
В настоящее время тематика научноисследовательских хоздоговорных работ направлена на разработку и совершенствование методов анализа и синтеза систем управления высокодинамичными техническими объектами, разработку математических моделей 
информационно-измерительных и силовых элементов САУ и мехатронных 
модулей различного назначения. Дальнейшее развитие получили традиционные направления научных исследований кафедры, а именно развитие 
теории оптимального управления нелинейными объектами, методы дискретной линеаризации по полезному сигналу релейных автоколебательных 
систем управления и, что особо ценно, сформированы практические методики проектирования воздушно-динамических рулевых приводов, работающих в автоколебательном режиме и в режиме ШИМ-модуляции. 
Необходимо отметить, что за последние годы на кафедре расширился спектр изучаемых силовых исполнительных элементов, перспективных с точки зрения применения в прецизионных мехатронных модулях и 
САУ, например, пьезоэлектрические исполнительные двигатели поворот
Фалдин 
Николай Васильевич 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 4 
 

10 
 

ного и возвратно-поступательного действия, шаговые двигатели. Кроме 
того, получили дальнейшее развитие работы, связанные с созданием интеллектуальных алгоритмов управления мехатронными модулями, силовые системы которых имеют нелинейные характеристики, существенно зависящие от параметров окружающей среды и режима функционирования. 
Целый ряд работ направлен на создание автоматизированного стендового оборудования, позволяющего исследовать характеристики мехатронных модулей и САУ, существенно сократить объем и стоимость экспериментальных работ на этапе отработки алгоритмов управления. В 
процессе создания стендового оборудования особый упор был сделан на 
разработку микропроцессорных систем на базе отечественных высокопроизводительных контроллеров, что позволило разработать унифицированные управляющие модули микропроцессорной системы иерархической 
структуры и сформировать пакет прикладных программ для выполнения 
стандартных процедур, таких как передача данных по стандартным интерфейсам, обработка информации с датчиков различных типов, реализации 
нелинейных корректирующих алгоритмов, режимов индикации и т.д. 
Весьма перспективным направлением проведения научных исследований является участие сотрудников кафедры в разработке высокотехнологичного медицинского оборудования, в частности прецизионных 
электрических приводов механорецепторов для приборов медицинской 
техники. Данная работа проводилась совместно с АО «НПО Сплав» 
(г. Тула) и МГУ (г. Москва). Основными результатами данного направления являются методики выбора шаговых исполнительных двигателей, синтеза алгоритмов управления для микропроцессорной системы управления 
приводами (механорецепторами) тактильного дисплея, используемыми хирургами при проведении исследования плотности тканей организма, и специализированное программное обеспечение. 
Существенная часть научно-исследовательских работ выполнялась 
в рамках госбюджетной НИР по теме «Информация и управление в технических системах», а также в рамках грантов РФФИ «Прикладная теория 
релейных систем с нелинейными объектами управления», «Прикладные 
методы синтеза оптимальных по быстродействию замкнутых систем автоматического управления», гранта Президента РФ для молодых ученых 
«Синтез и оптимизация релейных автоколебательных рулевых приводов 
малогабаритных управляемых ракет» в 2008–2009 гг., гранта Федерального 
агентства по образованию РФ «Исследование чувствительности релейных 
систем к изменению параметров объекта управления».  
В настоящее время кафедра САУ активно сотрудничает с целым 
рядом профильных предприятий: АО «Конструкторское бюро приборостроения имени академика А.Г. Шипунова» (г. Тула), АО «Научнопроизводственное объединение «Сплав» (г. Тула), ПАО «Тульский оружейный завод» (г. Тула), АО «Научно-производственная корпорация