Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Известия Самарского научного центра Российской академии наук
Математическое моделирование процесса сушки древесных отходов
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы математического моделирования процесса влагоудаления, как при постоянном подводе тепла к высушиваемому материалу, так и при осциллирующем подводе теплоты. Приводится зависимость термоградиентного коэффициента от влажности и температуры.
Бесплатно
Математическое моделирование процессов фотосинтеза в объектах облучения
Статья научная
Статья посвящена разработке математической модели эффективности облучательных установок, которая позволит оптимизировать затраты электроэнергии на досвечивание растений в теплицах, без экономических потерь. В ходе написания статьи были проанализированы работы ряда учёных, ведущих исследования в области изучения хлорофилла, фотосинтеза и процессов, происходящих в зелёном листе растения. На их основе была создана схематичная структура работы фотосинтезирующего аппарата растений, и составлены кинетические дифференциальные уравнения, описывающие структуру и функционирование фотосинтезирующего хлорофиллового аппарата зелёных растений. В результате работы были получены математические выражения, описывающие изменение концентраций основных веществ, участвующих в образовании структуры фотосинтезирующего аппарата и накоплении продуктов фотосинтеза. Решив эти уравнения совместно, будут получены характеристики фотосинтезирующих объектов в динамическом режиме. Полученная система является первоначальной математической моделью, описывающей процессы утилизации лучистой энергии в зелёном листе и настройку фотосинтезирующего аппарата. Её оптимальное решение будет использовано при экспериментальном определении режима облучения, позволяющего максимально использовать лучистую энергию при искусственном досвечивании растений в теплицах.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлена постановка задачи оптимизации геометрической формы поперечного сечения ствола автоматической пушки на основе взаимосвязанных математических моделей внутренней баллистики и напряженно-деформированного состояния ствола в процессе стрельбы очередями. Исследуются стволы автоматической пушки с классическим поперечным кольцевым сечением и с ребрами жесткости двух типов. Целевая функция задачи оптимизации - минимизация амплитуды поперечных колебаний ствола. Ограничениями в задаче оптимизации являются максимальная масса ствола и минимально допустимая толщина стенок канала ствола, определяемая в соответствии с теорией наибольших деформаций. Управляемыми переменными для ствола с классическим кольцевым сечением являлись внешние диаметры ствола, а для стволов с ребрами жесткости - их геометрические характеристики. Динамка распределения давления внутри ствола определялась из решения задачи внутренней баллистики. Колебания дульного среза определялись на основе решения задачи напряженно-деформированного состояния ствола в одномерной постановке. Поиск оптимальной геометрической формы ствола осуществлялся методом Нелдера-Мида, ограничения учитывались с помощью метода штрафной функции. Показана возможность уменьшения амплитуды колебаний ствола и повышения кучности стрельбе более чем в 2 раза.
Бесплатно
Метод калибровки мультиспектральных снимков беспилотных летательных аппаратов
Статья научная
Рассматривается проблема необходимости калибровки мультиспектральных снимков беспилотных летательных аппаратов. Предложен метод калибровки, позволяющий учесть влияние условий съемки на отражательные способности поверхностей. Приведены результаты расчета вегетационного индекса для снимка, откалиброванного с использованием описанного метода и без него.
Бесплатно
Метод конверсационного анализа для оценки активности и тональности сообществ в социальных сетях
Статья научная
В данной работе предлагается использовать метод конверсационного анализа для анализа активности и тональности сообществ. Данные для исследования были собраны из социальных сетей. Апробированная технология анализа активности сетевых групп по предвыборной тематике была использована на практике для определения активности и тональности сообществ. Полученные результаты показывают, что в активных группах существует сильная взаимосвязь между новостью и тематическими комментариями, связанными с ней.
Бесплатно
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
