Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Известия Самарского научного центра Российской академии наук
Статья научная
Рассматривается математическая модель объемной напряженной магнитоанизотропной структуры (НМАС) устройства телеметрии силового воздействия. При этом обобщенная физическая модель НМАС представлена в виде четверти ферромагнитного кольцевого чувствительного элемента (ЧЭ) в электромагнитном поле при силовом воздействии, которая описывается системой дифференциальных уравнений теорий электромагнитного поля, ферромагнетизма и упругости в сферических полярных координатах. Магнитная цепь НМАС описывается системой алгебраических уравнений. Совместное решение системы дифференциальных и алгебраических уравнений позволяет определить электрические и магнитные параметры ЧЭ и всего устройства, а также построить его выходную статическую характеристику.
Бесплатно
Математическая модель процесса функционирования системы "оператор - тренажер"
Статья научная
Статья посвящена актуальному вопросу, связанному с оптимизацией системы управления учебно-тренировочных средств. Целью исследовательской работы является изучение поведения сложных объектов, таких как учебно-тренировочные средства и системы управления ими, для разработки математической модели процесса функционирования системы управления учебно-тренировочными средствами, ориентированными на использование в рамках имитационных моделей. Методы и материалы. Авторами разработана математическая модель, описывающая процесс выполнения операции обучаемым при функционировании учебно-тренировочного средства, применение которой позволит реализовать современные подходы при проектировании систем управления для данного типа тренажеров. По результатам выполненных исследований представлена система линейных уравнений с переменными коэффициентами, которая является основой для разработки имитационной модели программируемой в среде Matlab/Simulink, что позволит осуществить анализ поведения системы с учетом факторов, влияющих на имитируемую систему, с целью последующей оптимизации проектных решений. Установлено, что применение современных подходов, в частности оптимизации, к проектированию системы управления учебно-тренировочного средства позволяет улучшить показатели осваиваемости военной техники.
Бесплатно
Математическая модель синхронного детектора для мостового вихретокового преобразователя
Статья научная
В статье рассмотрена математическая модель синхронного (ключевого) детектора для выделения полезного сигнала, формируемого мостовыми схемами переменного тока, в частности мостовым вихретоковым преобразователем (ВТП). В тексте получены выражения связывающие выходное напряжение детектора с амплитудой и фазой входного напряжения.
Бесплатно
Статья научная
Математическая модель, лежащая в основе интеллектуальной транспортной геоинформационной системы «ITSGIS», построена по принципам объектно-ориентированного проектирования, описания семантики физических объектов различной природы с их геолокацией и взаимодействий между ними. При наличии нескольких подразделений и рабочих мест - пользователей ITSGIS, использование локальной сети и распределенный характер системы практически неизбежны, остальные же моменты определяются в зависимости от территориальной организации предприятия и интенсивности обмена информацией между территориально распределенными подразделениями. В среде ITSGIS решена проблема взаимодействия пользователя с различными типами баз данных введением в ITSGIS третьего слоя - правил бизнес-логики. Вынесение правил бизнеса в отдельный слой позволило отделить от конкретных реализаций логическую структуру данных - правила допустимости операций в ITSGIS. Логический контроль - это и ссылочная целостность - отслеживание действий с пространственно-координированными данными при изменении или удалении записи в основных данных, и синхронизированность географических и семантических данных, контроль семантической корректности вводимых данных с контролем визуализации и дислокации геообъектов на электронной карте. Введение слоя правил бизнеса решает проблему информационного взаимодействия распределенных пользователей ITSGIS. Трехслойная архитектура ITSGIS обеспечивает логическую целостность системы, объединяющей несколько баз данных и несколько приложений. Функционирование сервера приложений регламентируется стандартом визуализации и дислокации геообъектов на соответствующих тематических слоях электронной карты ITSGIS. Основными документами, регламентирующими процесс сертификации визуализации и дислокации геообъектов, являются Стандарты ITSGIS, разработанные на основе ГОСТов РФ, руководства по сертификации и надзору за визуализацией многотипных геообъектов, применяемые независимой инспекцией при оценке и контроле качества функционирования ITSGIS. В документах собраны типовые протоколы оценки функций системы качества, применяемые при обследовании серийного производства электронных карт с тематическими слоями. Каждый из Стандартов ITSGIS описывает сложноорганизованную предикатную функцию, выполнение которой определяется комплексом условий различного характера. Построены модели Стандартов геообъектов ITSGIS, Стандарта ITSGIS по качеству функционала и комплексной дислокации геообъектов, модели плагина интеллектуального контроля качества производства тематических слоев электронной карты ITSGIS.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрено математическое моделирование динамического поведения дизельгенераторной установки (ДГУ) с двухкаскадной системой подвески, включающей резиновые амортизационные опоры. Конструкция ДГУ моделируется в виде двухмассовой механической системы с упругими связями. Получены уравнения динамики в виде системы дифференциальных уравнений. Разработан алгоритм расчета динамических перемещений агрегата и рамы, а также программный комплекс, реализующий данный алгоритм. Представлены результаты численного исследования существующей конструкции ДГУ.
Бесплатно
Математическое моделирование многокомпонентных перемещений и оптический метод их измерения
Статья научная
В статье даны основы оптических измерений информативных составляющих сложных перемещений подвижных объектов на основе метода многомерных тестовых объектов. Дана концепция векторной многокомпонентной физической величины, которая представляет собой новый взгляд на векторные величины в целом и на величины, характеризующие перемещения и деформации механических систем и других механических объектов, в частности. Приведенный в работе аппарат формального построения моделей многокомпонентных перемещений позволяет автоматически включить встраивание в них информативных составляющих многокомпонентных многомерных тестов, что делает процедуру реализации метода измерения логически завершенной.
Бесплатно
Статья научная
В этой статье предлагается модифицированный полулагражевый численный метод предыдущей опубликованной работы автора и рассматривается его применение к задачам поглощения более сильной ударной волной более слабой ударной волны. Известно, что одним из недостатков методов типа Эйлера с высоким разрешением для точного разрешения масштабов плавного потока и одновременным выявлением разрывов является численная вязкость на ударных волнах. При проходе ударной волны параметры потока резко изменяются на расстоянии, равном длине свободного пробега молекулы газа, что значительно меньше размера ячейки расчетной сетки. Из-за численной вязкости вышеупомянутые методы типа Эйлера растягивают изменение параметров ударной волны на несколько ячеек сетки. Поэтому в предыдущих работах автора был предложен полулагранжев метод Годунова без численной вязкости для ударных волн. В этом методе решаются одномерные уравнения Эйлера, но они разбиваются на части, описывающие конвекцию и акустические процессы отдельно с соответствующими разными шагами по времени. При этом дополнительно используется итерационный точный решатель Годунова, поскольку инварианты Римана не сохраняются для умеренных и сильных скачков в идеальном газе. Данный итерационный решатель определяет точность предлагаемого метода для разрывов потока. В расчетах использовалось условие завершения итераций при достижении разницы давлений между текущей и предыдущей итерациями менее 10-5. Предлагаемый здесь метод относится к группе методов частиц в ячейке - particle-in-cell (PIC). Насколько известно автору, на момент выхода его первой статьи в 2011 г., посвященной данному методу, подобных численных схем PIC, использующих итерационный точный решатель Годунова, не существовало. В ударных волнах для предложенного метода свойства течения изменяются мгновенно (с точностью, зависящей от размера ячейки сетки). В предыдущей работе автора от 2024 г. была предложена единая формула распределения плотности для волны разрежения, в то время, как в статье автора 2022 г. использовался линейный закон распределения параметров течения при моделировании задачи Шу и Ошера с целью снижения паразитных колебаний и нелинейный закон, полученный из инвариантов Римана, для остальных тестовых задач. В данной работе предлагается дальнейшее развитие численной схемы метода, описанного в предыдущей статье автора 2024 г., а именно очередная модификация метода для моделирования сильных ударных волн и его применение для задачи поглощения более сильной ударной волной более слабой ударной волны. Результаты численного анализа для двух тестовых задач сравниваются с данными статьи автора от 2022 г. и с результатами схемы Total Variation Deminishing (TVD), предложенной Хартеном. К сожалению, получение точных решений для рассмотренных задач затруднительно.
Бесплатно
Статья научная
Строится дискретная динамическая математическая модель процесса снабжения предприятия, включающая процесс закупки, складирования и передачи в производство сырья, материалов и комплектующих. Модель строится на основе структуры бухгалтерского учета, что позволяет легко идентифицировать параметры модели и интерпретировать результаты моделирования. Приводится иллюстративный пример.
Бесплатно
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
Одним из наиболее важных и сложных эффектов при моделировании течения сжимаемой жидкости является механизм распознавания ударных волн. Было предложено множество методов типа Эйлера с высоким разрешением для точного разрешения масштабов плавного потока и одновременного выявления разрывов. Одним из недостатков этих методов является численная вязкость на ударных волнах. При проходе ударной волны параметры потока резко изменяются на расстоянии, равном длине свободного пробега молекулы газа, что значительно меньше размера ячейки расчетной сетки. Из-за численной вязкости вышеупомянутые методы типа Эйлера растягивают изменение параметров ударной волны на несколько ячеек сетки. В данной работе предлагается полулагранжев метод Годунова без численной вязкости для ударных волн. Другой хорошо известный подход - это метод характеристик, который не имеет числовой вязкости и использует инварианты Римана или решатели для моделирования явления гидроудара, но в его формулировке обычно пренебрегают конвективными членами. Здесь используется аналогичный подход для решения одномерных уравнений Эйлера, но уравнения разбиваются на части, описывающие конвекцию и акустические процессы отдельно, с соответствующими разными шагами по времени. При этом дополнительно используется итерационный точный решатель Годунова, поскольку инварианты Римана не сохраняются для умеренных и сильных скачков в идеальном газе. Предлагаемый метод относится к группе методов частиц в ячейке - particle-in-cell (PIC). Насколько известно автору, на момент выхода его первой статьи в 2011 г., посвященной данному методу, подобных численных схем PIC, использующих итерационный точный решатель Годунова, не существовало. В ударных волнах для предложенного метода свойства течения изменяются мгновенно (с точностью, зависящей от размера ячейки сетки). В данной статье описано дальнейшее развитие численной схемы предложенного метода, а именно единая математическая формулировка для расширенного набора тестовых задач, рассмотренных во второй статье автора от 2022 г. В то время, как в статье 2022 г. использовался линейный закон распределения параметров течения для волны разрежения при моделировании задачи Шу и Ошера для снижения паразитных колебаний и нелинейный закон, полученный из инвариантов Римана, для остальных тестовых задач. Полученные результаты численного анализа для данных случаев (например, стандартная задача Сода об ударной трубе, задача Лакса в формулировке Римана, задача Шу и Ошера об ударной трубе) сравниваются с точным решением и данными статьи от 2022 г. Итерационный точный решатель Годунова определяет точность предлагаемого метода для разрывов потока. В расчетах использовалось условие завершения итерации менее 10-5 для нахождения разницы давлений между текущей и предыдущей итерациями.
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
