Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Известия Самарского научного центра Российской академии наук
Статья научная
Во многих сложных технических задачах количество доступных для анализа параметров исчисляется тысячами. При этом в зависимости от специфики решаемой задачи обычно количество ключевых параметров, то есть параметров, оказывающих существенное влияние на процессы, связанные с целевой задачей, не превышает нескольких десятков. Однако определение подмножества этих параметров из доступных само по себе является сложной задачей, которое в большинстве случаев решается с привлечением экспертов соответствующей предметной области. В данной работе предлагается метод параметрической оптимизации, который может использоваться для широких нейронных сетей, то есть нейронных сетей с большим количеством нейронов в слое. Указанный метод использует эволюционные методы оптимизации, а именно генетические алгоритмы, совместно с методом инвариантного представления данных в широких нейронных сетях, использующим алгебру гиперразмерных двоичных векторов, благодаря которому при изменении количества параметров нейросетевой модели в ходе оптимизации не меняется ее топология. При этом, чем больше параметров включается в модель, тем менее точно передаются их значения, таким образом, в ходе оптимизации достигается баланс между составом, количеством и точностью параметров целевой задачи. Предлагаемый метод не требует участия эксперта, соответствующей предметной области, позволяя полностью автоматизировать процесс параметрической оптимизации.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается новый метод, позволяющий определять частоту периодических сигналов за долю периода сигнала. Метод обеспечивает исключение частотной погрешности и погрешности по модулю фазосдвигающих блоков, используемых для формирования дополнительных сигналов. Реализация метода обеспечивает сокращение времени и увеличение точности измерения. Приводятся результаты анализа погрешности измерения частоты из-за отклонения реального сигнала от гармонической модели и угловой погрешности фазосдвигающих блоков. Полученные результаты позволяют выбирать оптимальный угол сдвига фазы фазосдвигающих блоков и соотношение между образцовым интервалом времени и периодом сигнала исходя из требований по точности и времени измерения.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается алгоритм улучшения, основанный на локальных аппроксимациях множества достижимости дискретной по времени задачи оптимального управления. Получены условия, обеспечивающее релаксационность алгоритма и связь с необходимыми условиями оптимальности.
Бесплатно
Метод преобразования космических снимков, полученных при сканирующих оптико-электронных съемках
Статья научная
Представляется метод преобразования космических снимков, полученных при распределенных сканирующих съемках, к единому масштабу для последующего формирования стереоизображений или для получения составного снимка из фрагментов.
Бесплатно
Метод синтеза системы зонального сетецентрического управления транспортными процессами
Статья научная
В статье описывается метод решения задачи синтеза системы, обеспечивающий мониторинг, сетецентрическое (зональное) управление, оптимизацию, анализ транспортных объектов, процессов и явлений.
Бесплатно
Методика автоматизированного проектирования сборочно-склеечной технологической оснастки
Статья научная
При производстве современной авиационной техники особое значение уделяют снижению массы её узлов и агрегатов. Чтобы добиться снижения массы самолета без снижения прочности и повышения экономической эффективности зачастую применяют различные композиционные материалы. Изготовление узлов и агрегатов из таких материалов влечет за собой проектирование и применение специального сборочно-склеечного оснащения, которое обеспечивает необходимую точность и жесткость для получения требуемой геометрической формы авиационной конструкции. Данная статья посвящена процессу автоматизированного проектирования сборочно-склеечной технологической оснастки (ССО) для изготовления сотовых металлических панелей самолетов из полимерных композиционных материалов (ПКМ), с использованием CAD-системы Siemens NX.
Бесплатно
Статья научная
В статье приводятся результаты расчетов оптимальных конструктивных параметров оптических разъемных соединителей Постановка задачи формулируется следующим образом: необходимо найти такие значения конструктивных параметров, при которых обеспечивается компромисс между стоимостью изготовления устройства и потерями, вносимыми отдельными конструктивными факторами. В качестве критерия оптимизации в данном исследовании рассматривался минимум стоимостного функционала. Анализ результатов оптимизации показал, возможность определения оптимальных конструктивных параметры оптической схемы, при которых уровень потерь не превышает допустимый.
Бесплатно
Статья научная
Разработана методика определения весовых характеристик крыла большого удлинения с использованием интегрального весового критерия - коэффициента силового фактора и численного математического моделирования в областях аэродинамики и механики твёрдых тел. Для поиска рационального положения лонжеронов в крыле при выборе его конструктивно-силовой схемы в работе рассмотрено применение метода многокритериальной оптимизации на основе генетических алгоритмов. Расчёт распределения воздушной нагрузки в рамках предлагаемой методики выполнен на основе математического моделирования течений методом дискретных вихрей. Вычисление коэффициента силового фактора конструкции проведено на основе напряжённого состояния конструкции крыла, полученного методом конечных элементов. Работоспособность методики показана на примере решения демонстрационной задачи по оценке влияния ряда геометрических параметров крыла на распределение воздушной нагрузки и его весовые характеристики.
Бесплатно
Статья научная
Приведена методика применения кластерного анализа для классификации экспериментальной базы и повышения качества и надёжности радиоэлектронной аппаратуры. Для проведения кластерного анализа использован метод К-средних. Исследования проведены на выборке микросхем 765ЛН2. Было использовано центрирование исходных данных, в качестве которых выступали информативные параметры. С помощью иерархической классификации получена вертикальная дендрограмма кластерного анализа. Проведен дисперсионный анализ результатов, который позволил определить значимость различий между кластерами. Установлено, что кластерный анализ эффективен в том случае, когда классы экземпляров хорошо разделяются.
Бесплатно
Методика проектирования сети-на-кристалле с парированием сбоев и отказов
Статья научная
Возможность парирования (mitigation) сбоев и отказов становится одним из основных требований как для сети-на-кристаллах (СенК) аэрокосмического применения, так и для встраиваемых систем изготавливаемых с использованием малых проектных норм. Наряду с данным требованием для этих классов систем, как правило, существуют достаточно жесткие требования по площади, энергопотреблению. В статье рассматриваются существующие подходы к структурному проектированию СенК с парированием отказов, их ограничения. Предлагается методика проектирования структуры реконфигурируемой СенК с возможностью парирования сбоев и отказов, которая позволяет учесть особенности технологии производства и условий эксплуатации при реализации конкретного проекта.
Бесплатно
Методика расчета нагрузок на трубопровод от динамических воздействий во время полета ракеты-носителя
Статья научная
В данной статье содержатся методические рекомендации по решению задачи динамического нагружения трубопровода [1], необходимых для подачи жидких компонентов в двигатель ракеты-носителя, от динамических воздействий двигательной установки. Даны рекомендации по расчету нагрузок на трубопровод от вибрационных воздействий и гидроудара. Выведено её уравнение движения на составляющие и проведён расчёт нагрузок при гармонических колебаниях ракеты-носителя. В качестве исходных данных для динамического расчёта нагрузок были заданы ускорения узлов крепления двигательной установки и трубопровода, полученные из решения общей динамической задачи для оценки гидродинамической силы для ракеты-носителя. На данном этапе была рассчитана нагрузка на трубопровод с учётом гидроудара массы жидкости для случая начала полета ракеты-носителя, как одного из самых нагруженных для данной системы. При расчёте нагрузок на трубопровод использовался линейный динамический анализ [3]. В результате расчёта были получены усилия в узлах крепления рассматриваемой конструкции, а также усилия, распределённые по длине трубопровода. Описана методика расчёта динамического нагружения трубопровода. Нагрузки на трубопроводы складываются из квазистатических составляющих, в которые обычно включают траекторные перегрузки и низкочастотные динамические составляющие [4] от переходных процессов типа старта, а также дополнительных нагрузок от вибрационных и акустических воздействий. Квазистатические и низкочастотные динамические составляющие в нагрузках [5] обычно имеют достаточно высокую степень определенности и, как правило, оцениваются расчетным путем с использованием соответствующих моделей РКН и навесного оборудования. Получаемые таким образом нагрузки охватывают низкочастотную часть спектра до 20-30 Гц. Для трубопроводов обычно используются балочные модели [6] с упругими опорами и кинематическими связями с днищами баков и двигательной установкой. При расчете силовых факторов в сечениях трубопроводов (продольной и перерезывающих сил, изгибающих и крутящего моментов, усилий в узлах опирания) топливо допускается считать замороженным (без учета скорости движения). Скорость движения жидкости должна учитываться при оценке давления гидроударов в трубопроводах для расчета напряженно-деформированного состояния трубопроводов от внутреннего давления.
Бесплатно
Методика расчёта антенн на основе уравнений Ампера и Фарадея
Статья научная
Представлен анализ уравнений электромагнитного поля, принятых за основу современной теории антенн. Анализ показал, что уравнения Ампера - Фарадея со сторонними силами и уравнения Максвелла для свободного поля соответствуют всем законам теории поля и закону сохранения энергии, и могут быть использованы для решения антенных задач. Рассмотрены свойства и особенности этих уравнений с этой точки зрения, в частности высказано предположение, что токи через активные сопротивления и проводимости не создают волнового поля. Анализ также показал, что уравнения Максвелла со сторонней силой (током) только в одном уравнении применительно к антеннам нарушают законы теории поля и основной закон природы - закон сохранения энергии, и, следовательно, их нельзя использовать для решения антенных задач. Кроме того, при решении этих уравнений интегрирование ведётся не по поверхности, а по объёму, что также противоречит исходным уравнениям. Предложена новая методика, которая строится на основе двух групп уравнений: Ампера - Фарадея и уравнений Максвелла без сторонних сил в интегральной форме. Антенна считается проводным или волноводным устройством и представляется не только своим объёмом, но имеет также форму и поверхность излучения. В объёме антенны действуют сторонние силы не только по законам Ампера - Фарадея, но и по законам проводной и волноводной техники. На поверхности излучения и в остальном пространстве действуют законы свободного поля (законы Ампера - Фарадея, закон связи векторов поля через волновое сопротивление) и основанные на них уравнения Максвелла для свободного поля. Задача определения параметров поля по заданным параметрам (ток и напряжение) генератора решается в два этапа. На первом этапе определяется распределение поля на поверхности излучения, а на втором - поле в дальней зоне. На втором этапе антенна представляется элементарным источником электромагнитного поля, заданным либо двумя векторами излучения, либо вектором и циркуляцией вектора. Определение поля таких источников известно. Представлены примеры применения предложенной методики по определению полей и входных параметров антенн простейшей формы - плоских (щелевых) и цилиндрических. Проведены расчёты нерезонансных проводных антенн типа ёмкость, индуктивность и отрезок прямого провода (соединение активного сопротивления и индуктивности). Результаты расчётов показали работоспособность предложенной методики. В частности также показано, что на высоких частотах прямой провод практически является индуктивностью.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается методология синтеза нелинейных систем управления воздушным судном (ВС) на траекторном уровне на основе метода обратных задач динамики (ОЗД) и возможности совмещения его с решением прямых задач динамики на пилотажном уровне. Разработана структурная схема контура управления воздушным судном. В сопоставлении с результатами работы [1] показано, что применение концепций обратных задач динамики в сочетании с организацией контуров управления по принципу симметрии (содержание обратной и прямой задачи динамики обратимо относительно синтезируемых управлений по силовым и моментным характеристикам) позволяет научно обосновано решить важную техническую проблему построения нелинейных САУ ВС.
Бесплатно
Статья научная
Исходя из необходимости повышения качества выполнения задач, поставленных перед научными и образовательными учреждениями МЧС России, разработаны предложения по их объединению в модель корпоративного университета. Обозначены проблемы текущей образовательной модели подготовки кадров в учебных заведениях МЧС России, а также важность инновационных подходов в научной деятельности специалистов МЧС. С учетом результатов математического моделирования сформулированы предложения по построению и внедрению системы самостоятельного присуждения ученых степеней, рационализации научной деятельности с учетом актуальных трендов, увеличения источников финансирования научных учреждений МЧС России. Дана предварительная оценка результатов внедрения данных предложений в деятельность научно-образовательных учреждений МЧС России, в соответствии с которой ожидается повышение эффективности их функционирования.
Бесплатно
Статья научная
В статье приведены результаты анализа и исследования современных проектов биомеханических систем и ортопедических конструкций с точки зрения их планирования, а также надёжности функционирования. Показана методика математического моделирования на базе технологий CAD - CAM цифровых моделей указанных систем и их исследований по условиям постановки и решения задач протезирования пациентов. Особенностью моделирования и исследования комплексного трёхмерного биомеханического объекта является возможность обеспечения единства геометрических, физико - механических и биологических параметров с индивидуальными особенностями пациента. Показано, что при разработке модели биомеханической системы необходимо окружающие биологические ткани рассматривать дискретно по строению и физико - механическим свойствам - эпителий, зоны кортикальной и губчатой кости. Предложена методика анализа моделей биомеханических ортопедических конструкций, позволяющая однозначно устанавливать взаимосвязь величин и направлений функциональных нагрузок в них и внутренних напряжений и деформаций. Показано, что существенное различие в величине сил, действующих на имплантаты, и, соответственно, на кость и прилегающие ткани в зоне контакта с ними, а также на всю височно - нижнечелюстную систему от рабочих нагрузок обусловлено индивидуальными особенностями жевательного аппарата. Проведено исследование трёхмерной математической модели указанной системы и установлен характер взаимосвязи между изменением направления исходных нагрузок и перераспределением величин растягивающих, сжимающих и поперечно - сдвигающих сил, воздействующих на имплантаты. Это позволяет при создании проекта биомеханической системы обосновать наиболее благоприятную схему передачи сил на кортикальную и губчатую кости по условиям, когда прилегающая к имплантату ткань наиболее устойчива в прогнозируемом периоде к сжимающим силам, на 32% менее устойчива к растягивающим и на 68% к силам поперечного сдвига, а изменение угла наклона имплантата по отношению к вектору воздействующих на него сил приводит к значительному росту напряжений в зоне контакта кость - имплантат.
Бесплатно
Методы контроля эксплуатационного состояния зубчатых колес редукторных систем
Статья научная
Рассмотрены применяемые в настоящее время способы оценки рабочего состояния зубчатых колес, приведены их недостатки. Предложен бесконтактный эксплуатационный способ контроля, основанный на обработке СВЧ сигнала, отраженного от контролируемых зубцов колеса. Объяснена актуальность разрабатываемого бесконтактного метода контроля. Описано влияние видов износа зубцов на характерные информационные параметры способа. Приведена структурная схема устройства для контроля информационных параметров, описаны ее основные узлы.
Бесплатно
Методы слабого улучшения на плавающей сети операторов в задаче оптимального управления
Статья научная
В работе предлагаются методы слабого улучшения первого и второго порядка для задач оптимального управления на плавающей сети операторов. Техника вывода алгоритмов основана на теории В.Ф. Кротова. Приводятся условия неулучшаемости управления, тесно связанные с необходимыми и достаточными условиями слабого локального минимума.
Бесплатно
Микрополосковый триплексер, реализованный на прямоугольных спиральных резонаторах
Статья научная
Исследована миниатюрная конструкция микрополоскового триплексера, представляющая собой планарную микрополосковую структуру, содержащую сочленение микрополосковых линий типа звезда и трех полосно-пропускающих фильтров, каждый из которых настроен на свою рабочую частоту. Формирование полосы пропускания в каждом из каналов обеспечивает прямоугольный спиральный резонатор, длина которого равняется длине волны в линии. Также приводятся результаты численного моделирования фильтров, настроенных на частоту 1; 1,125 и 1,25 ГГц соответственно. В качестве материала подложки выступает FR-4 с диэлектрической проницаемостью ε=4,4 и толщиной 1,5 мм. Предлагаемая конструкция имеет небольшие габариты, малые вносимые потери и низкую стоимость изготовления.
Бесплатно
Миниатюрные конструкции микрополосковых мостовых устройств
Статья научная
Статья посвящена исследованию возможности реализации миниатюрных конструкций мостовых устройств на основе простой замены четвертьволного отрезка микрополосковой линии передачи на последовательность высоко- и низкоомных отрезков, представляющий собой фильтр нижних частот. Проведено сравнение данного способа уменьшения габаритов с одним из самых простых методов на основе простого изгиба микрополосковой линии передачи в виде меандра. Проведено моделирование предложенных конструкций мостов с рабочей частотой 1000 МГц и получены их частотные характеристики, сопоставимые с традиционными топологиями в заданной полосе частот. В качестве материала подложки выступает FR4 с диэлектрической проницаемостью 4.4 и толщиной 1 мм. Предлагаемый автором способ миниатюризации позволил уменьшить площадь устройств 72,4 и 66,2% двухшлейфного и трехшлейфного мостов соответственно, по сравнению со стандартными конструкциями.
Бесплатно
Многокритериальная модель планирования водно-энергетических режимов Новосибирской ГЭС
Статья научная
В статье предложена многокритериальная оптимизационная модель, разработанная для решения задачи планирования водно-энергетического режима Новосибирской ГЭС в соответствии с заданными критериями оптимальности (максимизация суммарного напора и минимизация суммарного расхода за период планирования) при выполнении комплекса ограничений (водно-энергетических, морфометрических, режимных, управленческих, ограничений со стороны водопользователей). Математическая модель формализована и решена как задача линейного программирования. Проведены экспериментальные исследования модели по данным 2017 г. и решена задача подекадного планирования на период с апреля по июль (всего 12 декад). По результатам проведенного исследования сделан вывод о перспективности использования разработанной модели для планирования водно-энергетических режимов Новосибирской ГЭС.
Бесплатно
