Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Известия Самарского научного центра Российской академии наук
Статья научная
В статье рассматривается методика синтеза нелинейных систем управления воздушным судном (ВС) на основе оптимизации пилотажного контура по методу обратных задач динамики (ОЗД). Для синтеза алгоритмов управления применяется нелинейная математическая модель движения ВС на пилотажном и траекторном уровнях. Определены этапы методики синтеза на пилотажном уровне, включающие: назначение эталонных движений ВС по трем степеням свободы, выбор структуры алгоритмов управления и их параметров, определение степени близости текущего и эталонного движений с помощью квадратичного функционала с последующей организацией движения к экстремуму-минимуму градиентным методом. Через оптимизируемые параметры пилотажного уровня решается прямая задача динамики для траекторного уровня управления пространственным движением ВС. Основой для выполнения расчета траекторных параметров ВС является нелинейная математическая модель траекторного движения, входом для которого служат выходные параметры пилотажного уровня. При этом выходные параметры траекторного уровня определяются путем численного интегрирования входных сигналов с учетом динамических обдувочных коэффициентов ВС. Разработана структурная схема организации контуров управления пространственным движением ВС. Выполнено исследование функционирования пилотажного контура путем численного моделирования с использованием программ MathCad и Паскаль. Параметры эталонный модели определялись путем имитационного моделирования на языке Паскаль по реакции нелинейной модели ВС на «скачки» аэродинамических рулей. Показано, что задача управления пространственным движением оптимальна в смысле реализации управляющего воздействия. Кроме того, в сравнении с [9] можно утверждать, что из-за обратимости преобразований энергий вращательного и поступательного движений изменяется только содержание прямых и обратных задач динамики.
Бесплатно
Оптимизация ресурсоёмких вычислительных задач на графическом процессоре
Статья научная
Произведён анализ возможности запуска вычислительных задач на графических процессорах (GPU), исследовано, за счёт чего достигается такая эффективность и какие меры необходимо предпринять, для её достижения. В работе продемонстрировано преимущество вычислений на графических процессорах в задачах общего назначения, на примере работы с матрицами, которое было достигнуто за счёт оптимизации кода для выполнения в параллельном режиме на GPU. Авторами предлагается программная библиотека, предоставляющая API для выполнения задач обработки массивов данных, с оптимизацией для выполнения на графическом процессоре.
Бесплатно
Оптоэлектронные системы определения деформационного состояния несущего винта вертолёта
Статья научная
В работе рассматриваются оптоэлектронные системы, обеспечивающие контроль деформационного состояния лопастей несущего винта вертолёта. Рассматриваемые оптоэлектронные системы, используют волоконно-оптические, оптоэлектронные и лазерные преобразователи для выполнения поставленной задачи. В процессе анализа оптоэлектронные системы разделены на три основные группы, такие как системы, основанные на приеме отраженного светового потока, системы на основе лазерных модулей и системы с использованием оптических сенсоров встроенных в лопасти. Системы классифицированы по принципу действия и по типу используемых датчиков, выявлены их особенности, достоинства и недостатки.
Бесплатно
Опыт бикластеризации данных о сортах сельскохозяйственных культур
Статья научная
Статья посвящена анализу объектно-признаковых данных в слабо структурированных областях. Конкретно, рассматривается демонстрационный пример бикластеризации подобных данных в области селекции сельскохозяйственных культур. Показывается, какие при этом открываются возможности для систематизации эмпирических данных. Рассматриваемый метод бикластеризации данных - классический анализ формальных понятий - представляет собой прикладную ветвь теории решеток; приведена краткая справка о его математических основах. Исходный материал для демонстрационного примера был заимствован из каталога инновационных разработок Самарского НИИСХ им. Н.М. Тулайкова. В качестве объектов анализа избраны сорта мягкой яровой пшеницы, в качестве признаков - несколько описывающих их свойств. Ряд этих свойств подвергнут шкалированию в соответствии с ГОСТ 9353-2016 для пшеницы. На основе отобранного и скорректированного материала сформирована исходная таблица «объекты-свойства», или формальный контекст для анализа формальных понятий. Для обработки этих данных использован свободно распространяемый программный пакет ConExp, реализующий методический комплекс анализа формальных понятий. Продемонстрированы основные результаты, которые дают эти методы для структуризации эмпирических данных: решетка формальных понятий, импликации и ассоциативные правила на множестве признаков. Кроме того, продемонстрирован результат работы программного комплекса OntoWorker, разрабатываемого в ИПУСС РАН - СамНЦ РАН, заключающийся в трансформациии редукции решетки формальных понятий в специальную таксономию формальных понятий (классов), более удобную для восприятия и интерпретации пользователем. Отмечено, что расширенные методы анализа формальных понятий могут учитывать неполноту исследуемых данных, обусловливаемую множественностью серий измерительных экспериментов с разной степенью достоверности результатов и наличием конкурирующих измерительных процедур с разной степенью доверия к их результатам. Это отражает реалии накопления эмпирической информации и может быть использовано непосредственно при многомерных наблюдениях и измерениях в селекционных испытаниях. Подчеркнуто, что эффективное применение рассмотренных методов возможно лишь при сотрудничестве экспертов предметной области и специалистов в области анализа данных.
Бесплатно
Организация верификации авионики
Статья научная
В статье приводятся описание процессов верификации конструкторской документации бортовой информационно-управляющих систем летательных аппаратов в соответствии с квалификационными требованиями КТ-254 и КТ-178C. Рассматриваются, основные методы, цели, этапы, входные данные и результаты процессов верификации, как конструктивной части конструкторской документации, так и программного обеспечения. Представлена актуальность задачи проведения виртуальных испытаний авионики перед проведением натурных испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам. Рассмотрен процесс верификации программного обеспечения для систем с повышенными требованиями к надежности и безопасности. Разработана схема процесса верификации программного обеспечения. Выделены цели и методы верификации. Подробно рассмотрен процесс тестирования программного обеспечения, как наиболее трудоемкий этап процесса верификации. Выделены цели процесса тестирования необходимые для удовлетворения квалификационных требований. Рассмотрены категории тестовых примеров и виды тестирования необходимые для выполнения тестирования в соответствии с авиационными стандартами.
Бесплатно
Организация передачи сигнальных сообщений в вычислительных сетях летательного аппарата
Статья научная
В данной статье рассмотрена проблема передачи сигнальных текстовых сообщений в бортовых вычислительных сетях летательного аппарата. В статье приведен краткий обзор перспективных направлений в проектировании современной авионики, таких как: интегрированная модульная авионика и Avionics Full Duplex Ethernet. В тексте статьи приведен протокол позволяющий формировать текст сигнальной зоны на многофункциональном индикаторе в кабине пилота, а так же осуществить передачу закодированного текста посредством применения протокола Arinc 664 (AFDX). Применение данного протокола позволяет передавать на многофункциональный индикатор в кабине пилота полностью сформированную в вычислительном блоке зону сигнальных сообщений. Преимуществом данного подхода является отсутствие фрагментирования информации, а следовательно увеличение частоты обновления информации на экране индикатора.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты аналитического обзора зарубежных научных публи-каций. Дана краткая характеристика современных направлений и форм ин-формационного противоборства (ИПБ). Показана роль технических средств ИПБ в кибернетических и сетецентрических операциях, в создании информационной инфраструктуры. Отмечен приоритет фундаментальных и прикладных исследований, связанных с прогнозом усиления роли технических средств в ИПБ, связанным с интенсификацией развития многоуровневых информационных сетей. Особое значение зарубежные специалисты придают поиску и синтезу новых сенсорных и мультифункциональных материалов, освоению терагерцового радиодиапазона, формированию резервированных автономных робототехнических комплексов, маскированию и защите технических средств от широкого спектра деструктивных воздействий.
Бесплатно
Основные принципы построения архитектур информационных систем беспилотных транспортных средств
Статья научная
В работе рассматриваются принципы построения архитектуры системы управления беспилотными транспортными средствами, при этом система управления рассматривается как многоуровневая иерархическая система, для такого представления системы используется аппарат, предложенный М. Месаровичем. Показано влияние назначения и условий применения беспилотной техники на архитектуру системы управления. В системе управления беспилотным транспортным средством выделяются ключевые подсистемы, для каждой из подсистем формируется слоевая (проблемная) иерархия архитектуры и эшелонная (структурная) иерархия архитектуры. На основе полученных иерархий может выполняться дальнейшая проработка подсистем путем детализации конкретных элементов, подбора компонентной базы и интерфейсов взаимодействия каждой из подсистем в общей структуре системы управления.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются системы измерения уровня заправки различных модификаций ракет-носителей «Союз» на космодромах «Байконур» и «Восточный». Приведён сравнительный анализ принципов построения систем контроля уровня топлива и общий вид схемы заправки ракеты. Описываются способы измерения и обработки сигналов емкостных датчиков, связанные с получением и оперативным учетом климатических и электрофизических параметров среды. Рассмотрена конструкция троированного емкостного датчика уровня с компенсационной секцией для космодрома «Восточный», схема его подключения и формулы для расчета текущего значения уровня топлива.
Бесплатно
Особенности гидродинамической очистки гидроцилиндров
Статья научная
В данной статье рассматриваются вопросы применения пульсирующих потоков жидкости для повышения эффективности процессов очистки внутренней поверхности гидроцилиндров. Характерной и основной особенностью очистки изделий пульсирующим однофазным потоком является наличие существенных периодических составляющих давления и расхода моющей жидкости, в значительной мере определяющих качество и длительность технологического процесса. В работе проведен анализ схем и конструктивных особенностей авиационных гидроцилиндров, определены процентные соотношения их параметров для оценки применимости гидродинамической очистки полостей. При оценке влияния изменения внутреннего объёма полостей при движении поршня цилиндра предложены способы реализации резонансных режимов гидродинамической очистки для повышения эффективности отрыва и выноса частиц загрязнений из очищаемой полости гидроцилиндра. Это очистка при постоянном возбуждении колебаний и срабатывании гидроцилиндра с автоматической подстройкой параметров очистки или при постоянных параметрах с ограничением хода штока цилиндра и очистка при неподвижном выходном звене в положении, соответствующем максимальному объёму полости, с последующей перекладкой штока цилиндра без пульсаций стационарным потоком жидкости, т.е. при выключенном источнике колебаний.
Бесплатно
Статья научная
Разработан групповой гидропривод с автоматизированной системой частотно-дроссельного управления ворот шлюза судоходных гидротехнических сооружений при значительных массовых, гидродинамических и триботехнических нагрузках на штоки гидроцилиндров. Подтверждена работоспособность гидропривода с частотно-дроссельной системой управления по результатам успешных судопропусков в навигации 2013-2015 г. Предельные значения перекосов подъемно-опускных ворот при длине 30 метров составили не более 12 мм при допустимом значении 60 мм.
Бесплатно
Особенности управления кадрами нефтехимического предприятия в условиях умного производства
Статья научная
Цифровизация нефтехимического комплекса ориентирована на использование и создание сквозных технологий, таких как системы распределенного реестра, передовые производственные технологии, промышленный интернет, интернет вещей, большие данные. Данные технологии в настоящее время достаточно развиты, чтобы могли интегрироваться с основными производственными процессами нефтехимических предприятий для цифровой трансформации операций и обеспечения «умных» цепочек поставок, а также разработки и реализации новых бизнес-моделей. Интеллектуальное производство - это новая парадигма, обеспечивающая скорость и гибкость благодаря внедрению цифровых инноваций, которые создают модель циркулярной экономики, способствуя использованию таких решений, как цифровые платформы, интеллектуальные устройства и искусственный интеллект, которые способствуют оптимизации ресурсов. В статье рассматриваются вопросы кадрового обеспечения нефтехимических предприятий, способствующих повышению эффективности производства в условиях цифровой экономики. Интеграция управления человеческими ресурсами в процесс стратегического планирования позволяет создать и развивать необходимые навыки и компетенции с целью получения эффективных результатов, возможностей и конкурентных преимуществ. Внедрение более эффективных и быстрых производственных систем и инновационных технологий позволяет сократить производственные процессы, ускорить выход на рынок новых продуктов и услуг, а также связанные с этим сроки поставки, сократить этапы производства и повысить возможности дифференциации продукции.
Бесплатно
Отображение функциональной структуры проектируемого изделия в дереве построения его 3D-модели
Статья научная
В работе рассматривается подход к достижению наибольшей информативности электронной 3D-модели на этапе конструкторского проектирования, заключающийся в отображении деревом ее построения информации о функциональной структуре проектируемого изделия. Такой подход основан на биекции между деревом построения 3D-модели и набором функциональных элементов, составляющих структуру изделия, несущих фиксированный и строго заданный смысл в рассматриваемой предметной области.
Бесплатно
Оценка качества паяных соединений электронных узлов
Статья научная
Описаны отказы паяных соединений поверхностного монтажа на многослойных печатных платах. Рассмотрены вопросы усталостной прочности паяных соединений электронных узлов. Проведён анализ моделей качества и надёжности Энгельмайера и математических выражений Уайльда, описывающих усталостные деформации в припоях. Предположена и решена тестовая задача для оценки адекватности моделей надёжности. Получены сравнительные данные результатов расчёта надёжности по программе «Solder-1» с параметрами тестовой задачи.
Бесплатно
Оценка кризисоустойчивости предприятия со слабой динамикой с использованием нечёткой логики
Статья научная
В работе исследована деятельность предприятия со слабой динамикой в кризисный период. Обоснована высокая уязвимость таких предприятий из-за особенностей производственного процесса и указана необходимость оценки их кризисоустойчивости. В работе предложено использование вероятности успешного преодоления кризиса как количественной оценки кризисоустойчивости предприятия со слабой динамикой. Эта оценка осуществляется на основе применения классической экспертной системы. База знаний этой экспертной системы представляет собой набор предикатных правил, содержащих информацию о кризисе 2008-10 гг. В работе используются предикатные правила, которые состоят из двух предпосылок и одного вывода. Первая предпосылка связана с интегральным показателем нединамичности предприятия, являющимся количественной оценкой степени его нединамичности и отражающим все основные аспекты его производственной и экономической деятельности. Вторая предпосылка определяет численность сотрудников предприятия. Вся база знаний трансформируется в нечеткую лингвистическую переменную, соответствующую состояниям переменных входа. Предполагается, что каждая из переменных входа может принимать три различных значения. Таким образом, любое количество предикатных правил будет эквивалентно девяти «усредненным» правилам. В качестве решателя экспертной системы использован широко известный алгоритм Мамдани, позволяющий определить степень истинности каждой предпосылки каждого правила, уровень отсечения каждого правила и применить уровни отсечения к функциям принадлежности переменной выхода, получив с помощью операции суммирования интегральную функцию принадлежности переменной выхода. Эта функция будет соответствовать заданным значениям переменных входа. Далее осуществлен переход к четкости на основе интегральной функции принадлежности переменной выхода. При приведении к чёткости применялся центроидный метод. Полученные в работе результаты могут быть использованы для прогноза кризисоустойчивости предприятий со слабой динамикой с целью выработки стратегии её повышения.
Бесплатно
Статья научная
В статье приводятся результаты научных исследований в области оценки надежности и безопасности работы запатентованного автоматизированного устройства фильтрации и выделения первой гармоники на основе схемы ФАПЧ, интегрированного в состав типовой микропроцессорной системы релейной защиты фидеров контактной сети переменного тока с целью соответствия показателям надежности и безопасности при ее эксплуатации. Работа устройства основана на предварительной фильтрации сигнала с помощью фильтра нижних частот, настроенного на частоту среза третьей гармоники, фиксации нулевых отметок времени, формировании управляющих импульсов, выпрямлении сигнала и последующем инвертировании с получением чистого выходного синусоидального сигнала по частоте, фазе и амплитуде совпадающего с измеренным сигналом, представляющим его первую гармонику. Для выполнения оценки надежности предложенного устройства фильтрации и выделения первой гармоники составлена модель надежности устройства на основе его принципиальной электрической схемы. Найдены значения базовой и эксплуатационной интенсивности отказов всех входящих в принципиальную схему устройства элементов с учетом поправочных коэффициентов эксплуатации, приемки, электрической нагрузки и т.д. Определена вероятность безотказной работы всего устройства за нормируемый период эксплуатации 20 лет, в том числе, с учетом самого неблагоприятного случая - последовательного соединения всех входящих в расчетную модель надежности элементов. Определен уровень безопасности эксплуатации устройства фильтрации и выделения первой гармоники на основе схемы ФАПЧ, предложены варианты повышения данного показателя за счет введения в схему дополнительного схемного контроля и реализации подсистемы электропитания устройства на основе схемы безопасного декодера. Результаты проведенных исследований подтвердили соответствие разработанного устройства требованиям надежности и безопасности, предъявляемым к устройствам железнодорожных микропроцессорных релейных защит, а безопасность работы предлагаемого устройства в составе терминала релейной защиты обеспечена соответствующими схемотехническими решениями.
Бесплатно
Статья научная
Применение импульсного магнитного поля для управляемого отделения наноспутников - новый способ, защищенный патентами. В печатных работах показана лишь его работоспособность, но не были рассмотрены параметры движения наноспутника после воздействия на него импульсным магнитным полем. Известно, что при отделении спутников с помощью применяемых сегодня пружинных адаптеров начальная угловая скорость может достигать 10 град/с. Для ее компенсации применяют, например, систему демпфирования на основе гистерезисных стержней. При начальной угловой скорости 0,5 град/с время демпфирования достигает 1,7 суток, в течение которых спутник не сможет выполнять свою миссию в полной мере. Приведены результаты моделирования процесса отделения наноспутника CubeSat типоразмера 1U с несмещенным центром тяжести с применением импульсного магнитного поля для расчетной начальной скорости спутника 1 м/с. Моделирование проведено в программном комплексе LS-DYNA. Полученное значение угловой скорости составляет 20,98 град/с. Рассмотрены составляющие вектора угловой скорости и сделано предположение, что угловая скорость обусловлена неравномерным давлением на проводящую пластину со стороны магнитного поля вдоль одной из осей связанной со спутником системы координат. Получены выражения для распределения нормальной и тангенциальной составляющих напряженности магнитного поля вдоль рассмотренной оси для произвольного расстояния от плоскости индуктора в отсутствие проводящей пластины. Построены относительные распределения нормальной и тангенциальной составляющих. Установлено, что распределения симметричны, однако ось симметрии не совпадает с началом системы координат, а сдвинута относительно нее на величину, равную четверти шага намотки спирали. Показано, что совмещение на одной прямой центра тяжести спутника и оси симметрии составляющих поля ведет к снижению начальной угловой скорости спутника. Результаты моделирования показывают, что начальная угловая скорость снизилась в 11,8 раз и составила 1,78 град/с. Также приведены угловые скорости для расчетных скоростей спутника 0,5, 1,5 и 2 м/с.
Бесплатно
Оценка погрешностей определения параметров движения по информации инерциального измерительного блока
Статья научная
Приводятся результаты математического и полунатурного моделирования работы алгоритмов фильтрации сигналов микромеханических гироскопов и акселерометров инерциального измерительного блока. Сопоставляются спектры и погрешности оценивания параметров движения для нескольких вариантов алгоритмов с учётом математических моделей датчиков в условиях воздействия стационарных и нестационарных возмущений.
Бесплатно
Статья научная
В работе погрешность полученных результатов оценивалась с помощью фильтрации численных данных, вычисленных при разных числах узлов сетки. Для проверки возможности наличия ошибок программирования и других дополнительных погрешностей использовалось сравнение интервалов неопределенности, полученных разными численными методами. В качестве примера рассматривалось решение задачи о солитоне Стокса. Краевые условия задавались в дифференциальном виде. Решение задачи новым методом с большей точностью позволило установить факт о недостоверности некоторых оценок, полученных ранее другими авторами и о достоверности оценок, полученных с помощью методов фильтрации.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается новый метод измерения параметров гармонических сигналов по их мгновенным значениям и реализующая его информационно-измерительная система. Метод основан на формировании и сравнении ортогональных составляющих напряжения. Приводятся результаты анализа погрешностей определения параметров, возникающих при реализации метода: погрешности по модулю и угловой погрешности фазосдвигающего блока, осуществляющего формирование дополнительного сигнала. Полученные результаты позволяют оценить предельные погрешности измерения и определить возможные области его использования.
Бесплатно
