Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Подкопаева Елена Николаевна

Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами
<
Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Подкопаева Елена Николаевна. Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами : дис. ... канд. физ.-мат. наук : 05.13.01 Москва, 2006 140 с. РГБ ОД, 61:07-1/136

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I. Структура налогообложения в рыночной экономике 11

1.1. Генезис формирования социально-экономической природы и содержания налогов в развитии общества 11

1.2. Доминирующие составляющие функционирования налоговой системы современного этапа рыночной экономики 28

1.3. Проблемы прямого и косвенного налогообложения 51

ГЛАВА II. Интегральные черты и специфические особенности процесса налогообложения на современном этапе рыночной экономики 70

2.1. Особенности формирования налоговой системы США. Анализ влияния налогового механизма на перераспределение дохода на примере США 70

2.2. Структура налоговой системы Франции 92

2.3. Специфика и тенденции совершенствования налогообложения в Японии 99

ГЛАВА III. Становление государственной налоговой системы в российской федерации в период формирования рыночной экономики 124

3.1. Анализ проблем развития налоговой системы и перспективы оптимизации российского налогообложения 124

3.2. Налоговый кодекс как экономико-правовая база и основа государственной налоговой системы 142

Заключение 159

Литература 163

Приложения 173

Введение к работе

Современные сложные, быстро протекающие и энергоемкие процессы неразрывно связаны с системами автоматического управления. Существуют такие процессы, которые в принципе не могут идти без соответствующей системы управления, так как по своей природе они являются неустойчивыми. В начале своего развития теория автоматического управления имела дело с наиболее простыми процессами, модель которых математически можно было описать обыкновенным дифференциальным уравнением или, по крайней мере, конечной системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Это так называемые системы с сосредоточенными параметрами.

Состояние таких систем в каждый момент времени полностью описывается конечным набором чисел, а их изменение во времени соответственно описывается функциями времени. Системы автоматического управления объектами с сосредоточенными параметрами, особенно линейными объектами, уже относительно хорошо изучены [G5, 87, 94]. Практическая значимость решения задач оптимального использования ресурсов обусловила необходимость описания и управления системами, встречающихся на производстве. Например, проблема получения наилучших режимов работы агрегата (наивысшая производительность, минимальный расход сырья, энергии и т.д.) при заданных дополнительных ограничениях послужила причиной выработки надлежащего математического аппарата, который позволял бы определять оптимальные управляющие воздействия на объект. Наиболее существенными результатами в этом направлении для систем с сосредоточенными параметрами явились принципы максимума Л.С. Понтрягина [94] и метод динамического программирования Р. Белл мана [8].

Однако, в большинстве технических приложений суть объектов управления такова, что описание их небольшим конечным набором сосредоточенных переменных не соответствует той цели управления, которая поставлена применительно к каждому объекту. Основная особенность многих технических объектов состоит в том, что они имеют пространственную протяженность и их состояние невозможно характеризовать заданием изменения координат объекта лишь только во времени. Состояние таких объектов должно задаваться не только в каждый момент времени но и в каждой точке той геометрической области пространства, которую занимает данный объект. Разработка теории и

техники автоматического управления для объектов с распределенными параметрами является значительно более сложной проблемой, нежели аналогичная проблема для объектов с сосредоточенными параметрами. Такое положение дел объясняется следующими причинами.

Состояние объекта с распределенными параметрами описывается функциями нескольких переменных. Движение таких систем в широком смысле слова (динамика и статика) описывается дифференциальными уравнениями или системами дифференциальных уравнений в частных производных, интегральными уравнениями, интегро-дифференциальными уравнениями, смешанными дифференциальными уравнениями в частных производных и более сложными функциональными уравнениями неограниченно сложного типа. Иногда управляемый объект или процесс может описываться системой уравнений различного математического типа. Управляющие воздействия на объект с распределенными параметрами также могут носить самый разнообразный характер. Это могут быть отдельные точки, линии, поверхности, области и вообще многообразия довольно общего вида, сосредоточенные как на границе области задания объекта, т. е. входящие в граничные условия, так и внутри этой области. На управляющие воздействия и функции состояния объекта помимо основных уравнений объекта могут накладываться дополнительные ограничивающие условия типа равенств и неравенств гораздо более общего характера но сравнению с сосредоточенными параметрами. Техническая реализация управляющих систем связана со значительно большими трудностями и проблемами новой технологии. Например, для создания системы стабилизации поля перемещений проводящей жидкости (плазмы) необходима специально сконструированная распределенная среда (распределительный регулятор), совмещающая в себе чувствительные элементы (датчики), преобразующие устройства и исполнительные органы в совершенно новом, необычном для систем регулирования сосредоточенными объектами виде. Также значительно более сложивши являются проблемы оптимальности, управляемости и наблюдаемости, а также разработки методов и численного решения прикладных задач. По данной тематике опубликованы монографии и большое число научных статей отечественных и зарубежных авторов, среди которых [3, 4, 6, 7, 10, 15, 17, 20, 27, 30, 44, 45, 48, 49, 51-53, 59, 63-65, 70, 71, 74, 77, 78, 80, 81, 83, 84, 87, 94, 98,105,107,110,114-117]. Задачи управления для систем с распределенными параметрами даже в линейном случае недостаточно изучены, поэтому существующие работы по данному направлению посвящены исследованию конкретных задач оптимального управления [15,30,45,57,78,80,94,105]. При моделировании,

разработке методов и численном решении прикладных задач оптимального управления возникает проблема выяснения близости двух математических моделей, одна из которых рассматривается как возмущенная но отношению к другой. При этом важно изначально знать, является ли рассматриваемая задача устойчивой по отношению к возмущениям и иметь скорости сходимости уклонения решений. Основы теории и методов устойчивости и аппроксимации экстремальных задач заложены в работах [11, 20, 23, 25, 27, 30-36, 59, 74, 7G, 87, 89-92, 108,112J и многих других. Вопрос получения оценок и скоростей сходимости в настоящее время является актуальным. Для численного решения устойчивых задач важно выбрать, сконструировать эффективные методы и аппроксимации, с целью сокращения времени вычисления. Последнее особенно актуально при разработке систем управления с обратной связью, работающих в режиме реального времени.

В данной работе рассматривается задача оптимального управления процессом с распределенными параметрами, связанного с распределением тепла при заданных ограничениях. Она связана с диффузионными процессами, которые широко применяются в основных отраслях промышленности: металлургической, химической, машиностроительной (термообработка) - и в целом ряде других отраслей промышленности и технике вообще. Системы подобного рода применимы к широкому классу процессов: поточные производственные процессы, нагрев металла в методических и проходных печах перед прокаткой и в процессе термообработки, получение заданных распределений температуры в "толстых" слитках, выращивание монокристаллов, сушка и обжиг сыпучих материалов, агломерация и т. д.

В настоящее время актуальными являются такие задачи, как сушка и прокалка сварочных электродов большой длины (до 500 метров), длительного хранения их в подогретом состоянии (50 — 400С); управление нагревом образцов при проведении испытаний для космической промышленности; интенсификация процесса прокаливания нефтяного кокса в камерных печах; охлаждение труднодоступных деталей машин; различные задачи управления интенсификацией процесса прокаливания, которые широко применяются в промышленности для упрочнения и восстановления деталей, а также общепромышленной арматуры и т.д. Большое значение имеет задача нагрева тел большой массы. Одной из целей такого нагрева является получение заданного распределения температуры но массе. В этом случае ограничения соответствуют тому факту, что в проходных нагревательных агрегатах недопустимы слишком

большие значения амплитуды колебания температуры греющей среды и перепады температуры по длине печи. В этом случае нужно определить управление, удовлетворяющее ограничениям, так, чтобы несмотря на всевозможные возмущения процесса нагрева, вызванные как изменением скорости, так и изменением теилофизических параметров процесса, уклонение выходящего из печи материала от заданной температуры было бы минимальным.

Многие задачи автоматического управления, оптимального проектирования, математического программирования можно формулировать как задачи минимизации функционала, зависящего от управления и и от состояния системы w = Gu :

J (и) = Ф(Сги, и) -» inf, ueU С Я,

где Uмножество допустимых управлений из некоторого выбранного пространства Я, a G : Я -> Wотображение из пространства управлений Я в пространство состояний системы. Возмущенные задачи представляются в виде аналогичной последовательности задач минимизации:

JN(u) = Фм(Єми, и) -» inf, и Є UN С HN, N = 1, 2,...,

где Un, N = 1, 2,... — приближенные множества из аппроксимирующих пространств #/v, N = 1,2,...; Gn ' #jv -> Wn, N = 1, 2,... -возмущенные отображения. Параметр N определяет возмущения, связанные с приближенностью модели и исходных данных задачи. Эти возмущения могут быть вызваны неточностью информации о коэффициентах уравнений, малостью некоторых параметров в уравнениях, аппроксимацией уравнений и функций, задающих множество допустимых управлений. В такой постановке охватываются возмущения и аппроксимации как одной природы #jv С Я. Решением невозмущенной задачи является минимальное значение функционала и множество оптимальных элементов:

Г = inf J(u), U* = {ueU: J(u) = Г}.

иЄІІ

Проблема устойчивости и аппроксимации заключается в исследовании условий сходимости приближенных решений возмущенных задач, т.е.

u*N Є Un, N = 1,2,... (приближенных оптимальных элементов):

inf J (и) = J*N < Jn{u*n) ^ J*n + N, n -> 0, N -» 00,

к решениям исходной, предельной задачи по функционалу:

Jn{u*n)->J*(Jn->J*),N-kx>

и по управлению:

u*N -+U*,N-> оо.

Первые результаты по общим условиям сходимости, в том числе для конечноразностных аппроксимаций, были получены в работах Б. М. Будака, Е.М. Берковича, Е.Н. Соловьевой [11,13] и Ю.М. Ермольева, В.П. Гуленко, Т.И. Царенко [33-3G]. В них были получены общие условия сходимости по функционалу, а для сходимости по аргументу использовался метод регуляризации А.Н.Тихонова [107]. В дальнейшем эта методика развивалась во многих работах [5, 9, 12, 16, 21, 22, 88, 95, 122] Условия устойчивости и аппроксимации применительно к различным конкретным системам с сосредоточенными и с распределенными параметрами исследовались в работах [1,42,46,50,62,77,79,95,100]. Для параболических систем данные исследования проводились в работах [18, 26, 42-44, 57, 60, 61, 69, 77-79, 93,114,118]. В теории бесконечномерной оптимизации, в частности, в задачах оптимального управления, известные методы, например, градиентные, дают обычно слабую сходимость по управлению. Поэтому одной из важных проблем является разработка устойчивых численных методов с сильной сходимостью по управлению. С этой целью применяются различные регуляризирующие методы (см., например, [3, 6, 20, 27, 59,107, 117]). В настоящей работе этой проблематике уделено большое внимание, в ней предлагаются методы решения класса выпуклых задач с ограничениями типа неравенств с сильной сходимостью по аргументу. Отметим, что в случаях некоторых практических задач, даже при естественных аппроксимациях, сходимости по функционалу или по управлению может и не быть.

В прикладных задачах, которые являются неустойчивыми, некорректными, приближенность информации о задаче и ее входных данных дает отрицательный ответ по вопросам этих сходимостей. Поэтому для численного решения таких задач является актуальной разработка специальных аппроксимаций с использованием метода регуляризации [3, 6, 11, 23, 36, 65, 73, 92, 93, 107, 108]. В этих случаях с успехом можно применять методы коиечиоразиостной аппроксимации для уравнений в частных производных. Одним из эффективных методов решения задач оптимального управления является метод моментов. Впервые он был применен Н.Н. Красовским к задачам перевода системы в заданную точку для систем, динамика которых

описывается обыкновенными дифференциальными уравнениями [G5-68]. В дальнейшем метод моментов был развит и применен к решениям задач оптимального управления системами с распределенными параметрами в работах А.Г. Бутковского [15], А.И. Егорова [30], М.М.Потапова [20] и др. Следует заметить, что во многих практических задачах точных перевод в заданное конечное состояние невозможен. В таких случаях естественно ставить задачу о переводе системы, как можно ближе к заданному конечному состоянию. Для решения такого рода задач в работах А.З. Иишухаметова [45,48,49,52,53] был разработан новый метод решения задач оптимального управления, а именно: двойственный метод как обобщение проблемы моментов.

Данная диссертационная работа посвящена рассмотрению численных методов, направленных па решение этих вопросов, для задач оптимального управления процессами, описываемыми уравнением теплопроводности с управлением на границе и в правой части при заданных ограничениях на управления.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка литературы.

В главе 1 для решения задачи оптимального управления параболической системой рассматривается регуляризоваиный двойственный метод, предложенный в [52], эффективный для решения выпуклых бесконечномерных задач минимизации с ограничениями типа неравенств, и приближенные методы проекции и условного градиента с коиечношаговыми внутренними процедурами, которые направлены на разработку методов, алгоритмов без бесконечных внутренних процедур, поиск и формулировку критериев, правил останова.

В 1.1 приводится постановка задачи минимизации терминального квадратичного функционала

J (и) = / \w{x,T\ul, и2) — y(x)\2dx —> inf Jo

на решениях w(-,ul,u2) параболического уравнения

wt-awxx = d(x)ul(t) + f(x,t), (x,T)eQ (1)

w(x,0) = х Є [0,/] (2)

и краевыми условиями первого рода

w(0,t) = u2{t), w(l,t) = 0, t Є [0,Т]

и второго рода

wx(Q,t) = w2(i), wx{l,t) = 0, t Є [0,Т], (3)

и = (и12) eUcH = L2(0,T) x L2(0,T),

при заданных ограничениях на нормы управлений

U=lu = (и\и2) ЄН: f (ul{t)\2dt ^ R\- f (u2(tj)2dt < R22, \

Здесь Q = [0,/] x [0,T]; a > 0, / Є L2{Q),y(x), d{x), ф) Є L2(0,/).

В 1.2 исходная задача сводится к эквивалентной задаче в виде обобщенной проблемы моментов

J(u) = S Ku» У*)я - ал|2 -> inf, и Є І/ С Я,

fc=0

Wb = -A*e*, ajt = (j/,ejb),

где у = у — wi(x,T), wi(x,t) - решение неоднородной задачи (1) - (3), т.е при и1 = и2 = 0.

Для описания сопряженного оператора А* вводится сопряженная краевая задача.

1>t + aфхх = 0, (х,t)eQ = (О,I) х (О,Г), (4)

^(0,0 = 0, фх(1,і) = 0, *Є(0,Т),

ф,Г) = ф),а;(0,/).

Получен вид сопряженного оператора

(5)

A*z = (A*uiZ,A*uiz) =( f d(x)tl>(x,t)dx, -a i/>(0,t) j , где ф(х,і) - решения сопряженной задачи, а

4>к = {<р\, <РІ) = I / Л(х)фк(х, t))dx, -а фк(0, t) J , (6)

где фк - решения (4) при z(x) = еь(х), к = 0,1, —

В 1.3 рассматривается абстрактный регуляризованный двойственный метод, который является обобщением метода моментов.

Для выпуклых задач минимизации вводится функция Лагранжа, регуляризующие задачи по Тихонову и двойственные к ним.

В 1.4 представлены приближенные методы проекции и условного градиентов с коиечношаговыми внутренними вычислительными алгоритмами для решения класса задач с выпуклыми функционалами и квадратичными ограничениями типа неравенств. Методы построены на основе метода регуляризации, методов проекции и условного градиентов, а также двойственного метода. В предлагаемых методах получены критерии останова, доказаны оценки скорости сходимости по функционалу и сильная сходимость к нормальному оптимальному элементу.

В главе 2 для задачи, поставленной в главе 1 рассматривается аппроксимация с помощью усечения бесконечного ряда в обобщенной проблеме моментов

Jn(u) = J^ \(и, ірк)н - ак\2 -> inf, и = (и1, и2) U, N -> 00.

Для аппроксимаций вводится функционал Лагранжа

LN(u,X) = JN(u) + \\gi{ul) + А2<72(^2), N -> со мЄЯ,АєЛ = {Аі^О, Л2>0}

и соответствующие двойственные двумерные задачи

Хлг(А) = inf L/v(u, А) -> sup, А Є Л, N -» оо.

иЄІІ

Определяются регуляризованные по А.Н. Тихонову задачи

TN(u) = JN(u) + aNg(u) = JN(u\u2) + aN (^(u1),^2)) -> inf, и Є Я, aN > О, N = 1,2,..., aN -> О, N -> оо.

Представлен алгоритм нахождения множителей Лагранжа на основе метода проекции градиента, сформулированы критерии останова для внутренних процедур.

В 2.2, используя методику исследования свойств аппроксимации задач оптимального управления, для данного метода в различных случаях гладкости элементов множества допустимых управлений выведены условия и оценки сильной сходимости по функционалу и по управлению.

В главе 3 на отрезке времени [0,Т] рассматривается задача минимизации терминального функционала

J(u)= / \w(x,T;ul,u2) -y(x)\2dx-> inf Jo

на решениях w(-,ul,u2) параболического уравнения

wt - (a(x)wx(x, t))x = d(x)ul(t) + f(x, t)

с краевыми и начальными условиями

wx(0,t) = u2(t), wx(l,t) = 0, t Є [0,Г], w(x,0) = Є [0,/]

и ограничениями и Є U = Ul x f/2 С H = L2 x L2 :

t/1 = {WXW Є Ь2(0,Т) : ||пх2 ^ і?!};

U2 = {u2(t)eL2(0,T):\\u2\\L2^R2}

с управлениями на границе и в правой части уравнения. Здесь Q = [0,/]х[0,Т],фО Є С1[0,1],а(х)> 0,х Є [0,/],/ Є L2{Q),y{x), d(x), ір(х) Є 2(0,/). Даются описания пространств и решений. Для заданной сетки

W}lT = {хі = ih; г = 0,1,..., К; хк = hK = /; tj =jr; j = 0,l,...,M; tM = rM = T}

вводятся пространства дискретных функций L2h(p,q)', L2T(r,s); >2ііт{р, Q,r, s)\ Wl(p,q); W}(r,s) со скалярными произведениями соответственно:

q s

(z,g)b2h(p,q) = Y,z{i)g[i)h; (2,І2гМ = J^z(i)g(i)r;

i=p i=r

s q

(z,9)L.2hT(P,q,r,s) = J2^2z{iJ)g{i,j)hT]

j=r i=p

q q

i-p i=p+l

s s

(z,g)w^s) = sJz(i)9(i)Tjr Y^ Ф)Ф)т:>

i=r i=r+l

Для N = (К,М) рассматривается копечноразностные аппроксимирующие задачи минимизации

А'-1

jn{u) = ^2 \wN(h М;им) - yh'(i)\2h -> inf;

wNi(i,j) - (aK(i)wNx-(i,j))x = dK(i)ulM(j) + fN(i,j),

wNx = (0, j) = u2M{j); wNx-(K,j) = 0, wN{i,0) = K(i), i = l,2,...,K-l,j = l,2,...,M

с ограничениями на управляющие функции

ит = { (УУ№Т)

П2 UMR2

jywA < ^}.

(«J/, Мм) Є ^Л/ Х ^Af С #Л/ = L2t X 2п

«А- = {ак{і),і = 1,2,..., К - 1};

с?Л' = {dk'(i) = Т d(x)dx, 1 = 1,2,...,1(-1}]

Xi Яі + 1

2/А' = Ы'М = д / y(x)dx, г = 1,2,..., К - 1};

/от = {/(*', j), t = 1,2,..., /С - 1;і = 1,2,..., Л/};

4>к = {ч>к(ї),і = 1,2,..., К -1}

аппроксимации соответствующих элементов исходной задачи. В 3.2 вводятся сопряженные задачи для исходной задачи

фі(х, t) + (а{х)фх(х, t))x = 0, (яг, t)eQ (7)

фх(0,і) = 0; фх(Ц) = 0, t{0,T) (8)

ф{х, Т) = z(x), х Є (0,1), z є L2(o, 0; (9)

и для ее дискретизации

Фт{і,І) + (a(i)MhJ))x = 0, (10)

Vto(0,j) = 0; lMtf,j) = 0, (П)

ф^і,М) = гк(і), і = 1,2,..., K-l,j = О,1,...,M-1 (12)

Описываются сопряженные операторы для исходной

G*z=(f й{х)ф(х-)йх\-а(0)ф(0,-)\ Vz Є Ж,

где ^(ж, ) - решение задачи (3.41) - (3.42), и аппроксимирующей задач

м {G*NzN)(j) = \J2dK(WN{i,j)h,-a{l№N{l,jyj,

где фм - решение задачи (3.44) - (3.4С). Приводится оценка его равномерной ограниченности. Описан вид градиентов функционалов исходной и дискретной задачи.

J (и) = 2 й(х)ф(х,і)<1х, -а(0)ф(0,і) ,

Ш = 2 \У,*к(хі)ф(іЛ)К -a(l)^(l,j)j.

В 3.3. для дискретной задачи определяются функция Лагранжа и введены двойственные к регуляризирующей функции Тихонова задачи, Для решения задачи, поставленной в 3.1 описаны схема метода, алгоритмы и критерии останова двойственного регуляризованного метода, который является развитием обобщенного метода моментов. Дается алгоритм нахождения множителей Лагранжа на основе метода проекции градиента.

В 3.4 приводится обоснование сходимости регуляризованного двойственного метода. А именно: используя методику исследования свойств аппроксимации задач оптимального управления, для данного метода выведены условия и оценки слабой сходимости решений разностного уравнения к решению исходного уравнения.

В 3.5 условия и оценки скорости сходимости по функционалу.

В 3.6 приведены условия сходимости и оценки скорости сильной сходимости по управлению.

В заключении приводятся основные результаты данной диссертационной работы. А именно:

  1. Построены устойчивые методы для решения задач минимизации терминального квадратичного функционала на решениях параболической системы с двумя управлениями: па границе и в правой части уравнения при ограничениях на управления типа неравенств. В частности, для задачи с целевым квадратичным функционалом применяются регуляризованный двойственный метод и методы проекции и условного градиентов с коиечпошаговыми внутренними алгоритмами. Методы обоснованы, а именно: выведены условия и оценки сходимости по функционалу и по управлению.

  2. Для решения задач, связанных с уравнением теплопроводности и его аппроксимацией с помощью усечения бесконечных рядов построен метод на основе регуляризации, обобщенного метода моментов и двойственного метода. Выведены условия и оценки сходимости по функционалу и по управлению.

3) Разработан конечношаговый двойственный регуляризованный
метод с использованием конечноразностных аппроксимаций.
Сформулированы и доказаны теоремы о сходимости решений
конечноразностных уравнений к исходному, получены условия сходимости
по функционалу и сильной сходимости по управлению.

4) Разработанные методы апробированы вычислительными
экспериментами.

В приложении представлены результаты вычислительных экспериментов для задачи в случае с точечным управлением в правой части уравнения. Это соответствует d(x) = 5(х — Xq) при некотором Xq Є (О,/). Реализован регуляризованный двойственный метод, используется аппроксимация с помощью усечения бесконечных рядов. Сделаны сравнения результатов, полученный при решении методом и с одним управлением. Приведены результаты апробации конечношагового метода проекции градиента с использованием копечиоразностной аппроксимации. Для вычисления проекции использовался регуляризованный двойственный метод. Представленные результаты численных экспериментов доказывают эффективность предложенных в данной работе методов. Апробация произведена в системе символьной математики "Mathematica 5.0".

Генезис формирования социально-экономической природы и содержания налогов в развитии общества

Для понимания особенностей функционирования определенного экономического инструмента необходимо выяснить причины и истоки его происхождения, эволюционное развитие и сущность. Рассмотрим этимологическое происхождение такой экономической категории как налоги. Возникает принципиальный вопрос: что же такое налог? С какого времени существуют налоги, как и где они возникли?

Первыми налогами, как показывает история, являлись подарки и жертвоприношения. Теоретически принесение жертвы и подарков базируется на доброй воле, но на определенном этапе развития добровольное начало оказывается завуалированным принуждением.

По мере возникновения крупных городов, расширения экономических отношений и возникновения государств, требующих содержания армии и поддержания государственных институтов возникала потребность в финансировании государственных расходов. В античную эпоху государство ожидало от своих граждан оказания прямых услуг для общего дела, но не денег, ибо подобное требование было бы равносильно вымогательству. Еще одним из источников финансирования в античные времена была дань с побежденных или попавших в зависимость народов. Именно с них взимались прямые денежные сборы, а не с собственных граждан, по крайней мере в мирное время.

Иначе обстояло дело с пошлинами и прочими косвенными сборами, которые взимались с торговцев и купцов с входивших в порты судов, у городских ворот и на рынках из расчета на ввозимые, складируемые и предлагаемые к продаже товары, то есть речь шла об импортируемых товарах и услугах. Эти сборы во многих культурах являлись по своей сути косвенными налогами.

Развитие налогообложения в средние века преследовало, как правило, чисто фискальные цели и отличалось широким распространением налогов на потребление. Здесь уже можно использовать понятие налог, так как само экономическое действие вполне соответствовало этому экономическому термину. Развитие налогообложения было связано с заменой натуральной системы хозяйствования денежной, географическими открытиями и расцветом внешней и внутренней торговли. В период феодальной раздробленности таможенные пошлины, характерные для античных государств, получили самое широкое распространение. Особую роль в этот период стали играть акцизы. Размеры акциза колебались обычно от 5 до 25%. Какого-либо научного обоснования ставок налогообложения не было [129]. Акцизы, носили всеобщий и уравнительный характер. Проезд по мостам и дорогам, сукно, посуда, железо, бумага, соль и бесчисленное множество других товаров - все подлежало беспощадному налогообложению.

Обобщая все вышесказанное можно сделать вывод, что преобладание косвенных налогов на потребление в средние века является отражением имеющей место экономической ситуации и следствием низкого уровня научной разработанности налогообложения. Преобладание этих видов налогов, отличающихся неразвитостью и случайным характером - логичное эволюционное звено в дальнейшем развитии теории и практики налогообложения.

В XVII в острая нужда государств Европы в увеличении доходов активизировала развитие теории налогообложения. Ставился вопрос о том, какие налоги лучше - прямые или косвенные? Наиболее значимые для развития экономической науки идеи были высказаны английскими философами и экономистами Т.Гоббсом и Д.Локком. Т.Гоббс считал, что "налоги, которыми верховная власть облагает людей, есть ни что иное, как жалование, причитающееся тем, кто держал государственный меч для защиты людей, занимающимися различными промыслами и ремеслами" [25]. По его мнению, справедливым является равномерное налогообложение, равенство которого зависит не от равенства богатства, а от равенства потребления. Ученый полагал, что налогами не может быть переобременен тот, кто много работает и мало потребляет, сберегая плоды труда своего, по сравнению с теми, кто мало производя, расходует все произведенное. Поэтому Т. Гоббс пишет об абсолютном праве государей облагать подданных налогами, но вместе с тем указывает на необходимость соблюдать умеренность и равномерность в распределении налогов, отдавая предпочтение косвенным налогам, что и стало господствующим мнением в Англии.

Новым и наиболее влиятельным направлением в развитии экономической теории и практики становится учение физиократов (Ф. Кенэ, А. Тюрго, О. Мирабо). Это направление господствовало во второй половине XVIII в. Их заслуга в области налогообложения определяется выбором и постановкой проблем о справедливости обложения, о переложении, об источниках дохода, о размерах участия каждого в расходах государства и других проблем теории налогов. Физиократы протестовали против произвольности налогов, против их многочисленности, тормозящей экономическое развитие.

Экономические воззрения физиократов исходят из того, что лишь одна земля дает чистый доход, а мануфактура и торговля никаких новых ценностей не создают, поэтому единственно допустимый способ получения государственных доходов - поземельный налог.

Ф.Кенэ отмечает тесную связь сокращения воспроизводства с обложением. Если налог падает на доход землевладельца (чистый доход по терминологии физиократов), а не на доход фермера-арендатора или на потребление, он приводит к сокращению капитала, инвестируемого в земледелие, и уменьшает размеры производства. В пояснениях к экономической таблице среди причин, сокращающих производство, Ф.Кенэ прежде всего называет причины обусловленные налогами: 1) плохая форма обложения, если последняя касается фермера, 2) излишнее бремя налогов вследствие чрезмерных издержек по их взиманию, 3) чрезмерные судебные расходы. Таким образом, Ф. Кенэ впервые в политэкономическои литературе поставил вопрос об органической связи налогообложения и народнохозяйственного процесса.

Доминирующие составляющие функционирования налоговой системы современного этапа рыночной экономики

В данном параграфе будут рассмотрены основные экономические аспекты построения налоговой системы. Здесь будут рассмотрены современные принципы налогообложения, основные моменты переложимости налогов, включая исторический и современный анализ в зависимости от видов рынка.

В конце XIX в. английский исследователь Ф. Эджоурт считал, что два вопроса являются важнейшими в теории налогообложения: принципы налогообложения и проблема переложения налогов. Эти вопросы остаются актуальными и на сегодняшний день, особенно в период становления налоговой системы РФ. Поэтому остановимся на них более подробно.

На ранней стадии своего развития экономическая наука затруднялась ответить на вопросы: что облагать налогом, и какими принципами обложения необходимо пользоваться. Поэтому государство на первых этапах взимало налоги в произвольном порядке, руководствуясь лишь фискальными интересами в пополнении казны. На определенном этапе экономического развития общества превращение налогов в главный источник государственных доходов поставило задачу исследования природы налогов, в том числе источников и принципов обложения. Хотелось бы выделить в этой области А. Смита. Принципы, разработанные им, усовершенствованные и дополненные положены в основу современной налоговой системы.

Конечно, и до А. Смита вырабатывались определенные правила взимания налогов. По этому поводу еще в 1919 году высказывался Кулишер И.М. в своей работе "Очерки финансовой науки": "Эти четыре правила, превратившиеся в аксиомы, уже во времена А. Смита не являлись новшеством. И француз О.Мирабо (1761), и немец Ф. Юсти (1766), и итальянец П. Верри (1771) требовали равномерности обложения, точного определения налогов законом, удобства для плательщика, возможно меньших расходов взимания, прибавляя к этому, что налоги не должны чрезмерно обременять подданных, не должны задерживать роста населения, торговли и промыслов, не должны наказывать за успехи в области промышленности. Заслуга А. Смита заключалась не в приоритетном открытии этих принципов, а в яркой и точной формулировке и обосновании их ..." [51; с. 138.]

Необходимость совершенствования налоговой системы заставила финансовую науку выделить дополнительные принципы налогообложения. Автор данной работы будет ссылаться на принципы изложенные в работе Стиглица (Stiglica). Он выделяет пять принципов, на которых должна основываться современная налоговая система демократического общества: 1. Экономическая эффективность: налоговая система не должна вмешиваться в эффективное размещение ресурсов. 2. Административная простота: налоговая система должна быть простой для понимания налогоплательщиков и налоговых органов, а также относительно не дорогой. 3. Гибкость: налоговая система должна быть гибкой (в некоторых случаях автоматически) реагировать на изменения в экономике. 4. Политическая ответственность: налоговая система должна быть сформирована таким образом, что бы политическая система более адекватно отражала предпочтения индивидуумов и их способность контролировать налоговую систему. 5. Справедливость: налоговая система должна быть справедливой и должна быть сформирована таким образом, чтобы отражать общность обложения и равномерность распределения налога между гражданами соразмерно их доходам.

Хотелось бы заметить, что принцип административная простота включает в себя три принципа А. Смита: определенности, удобности, экономии. Это отмечает М. Фридман, первый принцип носит этический характер, остальные три могут быть отнесены к отделу техники взимания или организации обложения.

Как мы видим, современная наука добавила на современном этапе еще три немаловажных принципа: экономическая эффективность, гибкость и политическая ответственность. Поскольку эти принципы лежат в основе любой налоговой системы, остановимся и рассмотрим их более подробно. 1 .Экономическая эффективность

Особенности формирования налоговой системы США. Анализ влияния налогового механизма на перераспределение дохода на примере США

Налоговая система США состоит из трех уровней, соответствующих трем уровням власти: верхнего, где собираются федеральные налоги, поступающие в федеральный бюджет; среднего, где собираются налоги и сборы, вводимые законами штатов, поступающие в бюджеты штатов; нижнего, где собираются налоги, вводимые органами местного самоуправления, поступающие в местные бюджеты. Законодательные органы штатов могут вводить лишь налоги, не противоречащие федеральному налоговому законодательству, а органы местного самоуправления вправе взимать налоги, разрешенные им законодательствами штатов [73. с.347]. Для современной американской налоговой системы характерно параллельное использование основных видов налогов, как федеральным правительством, так и правительствами штатов и местными органами власти. В результате население уплачивает три вида подоходного налога (федеральных, штатный и местный), два вида поимущественного налога и универсального акциза (штатных и местный). В цене ряда товаров широкого потребления, например, табачных и винно-водочных изделий, горючего, содержится пять видов акциза (федеральных акциз, штатные и смежные универсальные и специфические акцизы) акцизы на отдельные товары в отличие от общего, или универсального, акциза (общего налога с продаж, которым облагаются все виды товаров и целых ряд услуг). Отдельные налоги взимаются либо только федеральным правительством (таможенные пошлины), либо правительствами штатов и местными органами власти (поимущественные налоги и универсальные акцизы). Наиболее значительными в современной налоговой системе федерального правительства являются подоходные налоги, в налоговых системах штатов - универсальные и специфические акцизы, в местных налоговых системах - поимущественных налог. Более 70 % всех налоговых поступлений дают прямые налоги. В прямых налогах большой удельный вес в настоящее время занимают федеральные подоходные налоги - более 40 % [67; с. 22]. Федеральные налоги обеспечивают подавляющую часть всех налоговых поступлений в США. Значительную роль в федеральной налоговой системе играют подоходные налоги, уровень которых тесно связан с величиной национального дохода. Большая доля подоходных налогов предопределяет высокий удельный вес прямых налогов, являющихся характерной особенностью современной федеральной налоговой системы [67]. Введение в 1913 г подоходного налога, ознаменовалось поворотной точкой в структуре налогообложения в Соединенных Штатах. В то время основными источниками федерального бюджета были акцизы и таможенные пошлины. За последующие годы, произошли существенные изменения в структуре налогов, так, например подоходный налог и взносы в фонды социального страхования, стали основными источниками дохода в федеральный бюджет. Структура и динамика основных налогов в общем объеме доходов федерального бюджет показаны в таблице ниже. Статистические данные взяты из расчетов Stiglica [138; с. 388]. Таблица представленная выше показывает изменения в относительной важности различных налогов в течение 1902-1988 гг. В частности мы можем увидеть: 1) значительное увеличение в относительной важности налогов взимаемых напрямую с индивидуумов и корпораций. 2) резкое увеличение с 1960 года роли корпорационного подоходного налога и значительное увеличение роли налогов в фонды социального страхования. 3) значительное сокращение косвенных налогов, их доля в налоговых поступлениях в федеральный бюджет, как мы можем видеть из данной таблицы, постоянно снижалась. Они составляли в 1902 году 99 %, в 1940 - 37,4 %, в 1960 г - 13,8 %, 1988 г - 4,2 %. Это объясняется отменой ряда акцизов, или уменьшением их ставок. Постараемся проанализировать, чем были вызваны эти изменения в структуре налогообложения на федеральном уровне. Рассмотрим, по каким экономическим и социальным причинам в налоговой системе США явное предпочтение отдается прямым налогам, а не косвенным. Начнем свой анализ с косвенных налогов. Налоги на потребление не пользуются особой популярностью в США. Общие налоги на продажу используются правительствами штата и местной администрации, но даже если принять их в расчет, то налоги на потребление являются менее важными здесь, чем где-либо еще в мире. Главной причиной, почему эти налоги не пользуются в США особой популярностью, является введение элементов регрессивности в налоговую систему [139]. Таблица, представленная ниже, дает представление как бремя налога с продаж распределяется между населением с различным уровнем дохода. Вторая причина не принятия косвенных налогов на федеральном уровне является то обстоятельство, которое напрямую связано с нарушением экономической эффективности. Облагая налогами товары, мы вмешиваемся в работу рыночного меха- низма. Налоги на потребление никогда не облагаются по единому проценту на все товары и услуги, и поэтому они вмешиваются в свободу выбора потребителя и размещение ресурсов нации (более подробно это уже разбиралось в гл. I). Такого вмешательства желательно избегать, но существуют обстоятельства, при которых акцизные налоги являются полезными и даже необходимыми. Так, например, когда, они употребляются в качестве налогов ограничивающих загрязнение окружающей среды или налогов сдерживающих потребление товаров, которые ведут к увеличению социальных издержек, таких товаров как спиртные напитки и табачные изделия. Целесообразность введения таких налогов признается: по двум причинам. Во-первых, потребление таких товаров заставляет общество нести дополнительные издержки. Например, потребление спиртного выражается в издержках потери рабочего времени, увеличения несчастных случаев, роста преступности, а потребление сигарет связанно с высокой риском заболеваний. Во-вторых, эластичность этих товаров очень низка, что позволяет вводить акцизы, с наименьшими экономическими искажениями. Эти два довода используются в пользу введения акцизов на эти товары. Здесь было бы интересно отметить, что этот аргумент в защиту акцизного налогообложения покажется в некоторой степени спорным поскольку например в Японии считается, что налоги на винно-водочные изделия и табак не могут быть оправданы контролем над потреблением вредных для здоровья веществ, в Японии идея "внешних отрицательных последствий для хозяйствования" в связи с потреблением алкоголя и табака до недавнего времени не акцентировалась вовсе. Здесь налоги на алкогольные напитки и табак, определялись как налоги на то, что не являются предметом первой необходимости, или относится к предметам роскоши, покупка которых совершается в соответствии с налоговой платежеспособностью.

Анализ проблем развития налоговой системы и перспективы оптимизации российского налогообложения

Проведение в Российской Федерации радикальных экономических реформ и переход к рыночным отношениям потребовали выработки новой налоговой политики, выступающей на первый план в системе мер государственного воздействия на экономические процессы. Как уже отмечалось ранее, задачи, которые должна выполнять налоговая система, являются: формирование доходов государственной бюджетной системы; противодействие с помощью налоговых механизмов спаду производства; стимулирование развития производства и увеличения инвестиций; создание благоприятных условий для развития предпринимательства; ограничение производства и потребления отдельных товаров и услуг; содействие решению социальных проблем. Т. е. все, что ранее считалось функциями плановых цен и госплановского перераспределения, теперь возлагается на налоговую систему. В теории налогообложения данные задачи нашли свое отражение в трех важнейших функциях (функции налогов): 1 .Обеспечение финансирования государственных расходов (фискальная функция ; 2.Поддержание социального равновесия путем изменения соотношения между доходами отдельных социальных групп с целью сглаживания неравенства между ними (социальная функция); 3. Государственное регулирование экономики (регулирующая функция). Однако решение этих задач в условиях переходного периода оказалось в ряде случаев достаточно трудновыполнимым, а иногда просто невозмож- ными, поскольку эти задачи являются взаимоисключающими. Например, стабилизация финансового положения и наполнение доходами бюджетной системы означает достаточно высокое изъятие налогов. Если же стимулировать деловую активность, то необходимо снижать налоговое бремя, в результате чего произойдет уменьшение поступлений в бюджет и возможность решения социальных проблем, с другой стороны - высокие налоговые ставки своим бременем давят на предпринимателей и приводят к спаду производства и сокращению налоговой базы. Отношение к проводимой в России налоговой политике неоднозначно. Многие эксперты считают, что большое количество недочетов в существующей налоговой системе обостряют кризисную ситуацию и рассматривают данную налоговую система, как наиболее уязвимое и слабое звено в экономических реформах. Среди отдельных авторов, существует даже и такое мнение, что действующая налоговая система вообще не является системой как таковой, а скорее случайным набором налогов, причем выполняющих в основном только фискальную функцию. Их слабая привязка с решением глобальных задач, поставлена таким образом, чтобы работа налоговой службы являлась малоэффективной. Главный вопрос в преодолении экономического кризиса в России не только в налоговой системе, а в общем состоянии экономики, обусловливающим расширение и увеличение налогооблагаемой базы. Стране нужна программа экономического роста. Министерство экономики должно развивать многоукладную экономику. Минфин - инвестировать в нее средства, законодатели - регулировать правовые вопросы, МВД - защищать налогоплательщиков от криминальных структур и только после этого с соответствующим материальным обеспечением налоговая служба сможет нормально функционировать. В этом параграфе мы постараемся представить проблемы которые возникли при формировании налоговой системы РФ, выявить их причины, и на основании этого определить направления дальнейшего совершенствования налоговой системы. В начале нашего анализа представим, на наш взгляд, основные, недочеты налоговой системы, а затем детально их рассмотрим. К ним мы отнесли: 1. Становление налоговой системы на базе старой командно-административной системы. 2. Чрезмерная тяжесть налогового бремени, которая отражает преимущественно фискальную направленность налогообложения. Причем основную тяжесть этого бремени несут промышленные предприятия, деятельность которых наиболее открыта и подконтрольна государству. 3. Ярко выраженный фискальный характер и слабая реализация регулирующей и социальной функций. 4. Отсутствие обоснованной концепции и системного подхода в налогообложении, неувязка с другими экономическими инструментами регулирования экономики. 5. Методическая сложность и запутанность, а иногда просто противоречивость налогового законодательства. 6. Слабый контроль за сбором налогов, который дает возможность для уклонения от уплаты налогов, что не только приводит к существенному недобору налоговых поступлений, но и стимулирует перелив капитала в отрасли, где такие возможности максимальны. 7. Преобладание косвенного налогообложения над прямым. Сложность осуществления налоговой реформы обусловлена тем, что становление налоговой системы Российской Федерации происходит на базе старой командно-административной модели экономики, в которой налоги не играли решающей роли, а доходы государства формировались за счет планового перераспределения прибыли социалистических предприятий.

Похожие диссертации на Численные методы решения задач оптимального управления параболическими системами