Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
О непараметрической идентификации частично-параметризованного дискретно-непрерывного процесса
Статья научная
В работе рассматривается новый класс моделей в условиях неполной информации. Речь идет о многомерных дискретно-непрерывных процессах для случая, когда компоненты вектора выходных переменных стохастически зависимы, причем характер этой зависимости априори неизвестен, но по некоторым каналам априорная информация соответствует одновременно как непараметрическому, так и параметрическому типу исходных данных об исследуемом процессе. Подобная ситуация приводит к системе нелинейных уравнений, одни из которых будут неизвестны, а другие известны с точностью до вектора параметров. Главное назначение модели состоит в определении прогноза выходных переменных при известных входных, причем для неявных нелинейных уравнений известно лишь то, что та или иная компонента выхода зависит от других переменных, определяющих состояние объекта. Таким образом, возникает довольно нетривиальная ситуация решения системы неявных нелинейных уравнений в условиях, когда по одним каналам многомерной системы самих уравнений в обычном смысле нет, а по другим они известны с точностью до параметров. Следовательно, модель объекта не может быть построена с помощью методов существующей теории идентификации в результате недостатка априорной информации. Если бы можно было параметризовать систему нелинейных уравнений, то при известном входе следовало бы решить эту систему, поскольку она в данном случае известна, раз этап параметризации преодолен, правда, в этом случае необходимо еще выполнить оценку параметров. Основным содержанием настоящей статьи является решение задачи идентификации при наличии частично-параметризованного дискретно-непрерывного процесса, при этом этап параметризации не может быть преодолен без дополнительной априорной информации об исследуемом процессе. В этой связи схема решения системы нелинейных уравнений может быть представлена в виде некоторой последовательной алгоритмической цепочки. Сначала на основании имеющейся обучающей выборки, включающей наблюдения всех компонент входных и выходных переменных, формируется вектор невязок. А уже после этого оценка выхода объекта при известных значениях входных переменных строится на основании оценок Надарая - Ватсона. Таким образом, при заданных значениях входных переменных такого процесса предлагается осуществить процедуру оценивания прогноза выходных переменных в соответствии с разработанной алгоритмической цепочкой. Многочисленные вычислительные эксперименты по исследованию предлагаемых моделей частично-параметризованных дискретно-непрерывных процессов показали достаточно высокую их эффективность. В статье приводятся результаты вычислительных экспериментов, иллюстрирующих эффективность предлагаемой технологии прогноза значений выходных переменных по известным входным.
Бесплатно
О непараметрическом моделировании безынерционных систем с запаздыванием
Статья научная
Рассмотрено построение нового класса моделей в условиях неполной информации. В данном случае речь пойдет о многомерных безынерционных объектах, когда компоненты вектора выхода стохастически зависи- мы, но при этом характер этой зависимости априори неизвестен. Построение модели многомерного безынерционного объекта, когда векторы входов и выходов нелинейны, приводит к необходимости решения системы неявных функций. Также следует заметить, что вид этих функций с точностью до параметров неизвестен. В этой связи возникает необходимость в использовании Т-моделей, когда прогнозирование выходных переменных осуществляется по известным входным. Таким образом, возникает система нелинейных неявных уравнений, вид которых на начальной стадии постановки задачи идентификации неизвестен, а из- вестно лишь, что та или иная компонента выхода зависит от других переменных, определяющих состояние объекта. Исходя из вышеописанного, возникает довольно нетривиальная ситуация решения системы неявных нели- нейных уравнений в условиях, когда самих уравнений в обычном смысле нет. Следовательно, модель объекта не может быть построена с применением существующей теории идентификации из-за недостатка априор- ной информации. Поэтому решение данной системы может быть представлено в виде некоторой последова- тельной алгоритмической цепочки Т-модели. Главной целью статьи является решение задачи идентификации для многомерных безынерционных объек- тов с запаздыванием при наличии Т-процессов, т. е. построение Т-моделей в условиях непараметрической не- определенности. В этом случае для прогнозирования выходных переменных по известным входным возникает необходимость использования поэтапного решения рассматриваемой задачи. Приведены некоторые расчеты моделирования Т-процесса, которые показывают высокую эффективность предлагаемой технологии прогноза значений выходных переменных по известным входным
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается вопрос о возможности восстановления информации о группе по ее нижнему слою, т. е. по множеству её элементов простых порядков. Вопрос является классическим для математического моделирования: восстановление недостающей информации об объекте по части сохранившихся данных. Группа называется распознаваемой по нижнему слою при дополнительных условиях, если она однозначно восстанавливается по нижнему слою при этих условиях. Группа G называется почти распознаваемой по нижнему слою при дополнительных условиях, если существует конечное число попарно неизоморфных групп, удовлетворяющих этим условиям, с одинаковым нижним слоем таким же, как у группы G. Группа G называется нераспознаваемой по нижнему слою при дополнительных условиях, если существует бесконечное число попарно неизоморфных групп, удовлетворяющих этим условиям, с одинаковым нижним слоем таким же, как у группы G. Приводятся результаты по распознаваемости групп по нижнему слою в различных классах групп. Понятие распознаваемости по нижнему слою введено по аналогии с активно исследуемой распознаваемостью по спектру, т. е. по множеству порядков элементов группы. В работе рассматриваются группы, без единичного элемента совпадающие со своим нижним слоем. Приводятся примеры групп с этими условиями в классах абелевых и неабелевых групп. Устанавливаются свойства таких групп. Полученные результаты могут быть полезны при кодировании информации в сеансах космической связи.
Бесплатно
О построении линий разрыва напряжений для двумерной пластической области
Статья научная
В статье рассматриваются уравнения пластичности в двумерном случае и строятся линии разрыва напряжений. Построение линий разрыва напряжений основывается на факте: они находятся в точке пересечения линий одного семейства (характеристик) и направлены по биссектрисе угла образованными этими характеристиками. Поэтому для нахождения этих линий построены характеристики. Подобная задача проще решается в случае пластического кручения, тогда характеристика только одна и она направлена по нормали к внешнему контуру, и найти линии скольжения и их точки пересечения достаточно просто. Поэтому большинство работ, посвященных построению линий разрыва напряжений, решает задачу именно пластического кручения для изотропных и анизотропных сред. Для задач плоской деформации пластического материала этот метод не достаточно развит. Это объясняется сложностью построения линий скольжения для таких задач и наличием двух семейств линий скольжения. В данной работе построена гомотопия двух известных точных решений: Прандтля и Надаи, т. е. непрерывная трансформация одного решения в другое. При этом можно наблюдать эволюцию характеристик, которые зависят от группового параметра а: при a = 1 получаются характеристики решения Прандтля; при a = 0 - характеристики решения Надаи, при a = 0,5 характеристики одного семейства начинают пересекаться и возникают линии разрыва напряжений. Эти линии построены в данной работе.
Бесплатно
О распределении космических аппаратов по заданному числу орбит
Статья научная
Космические аппараты - дорогостоящий продукт. Например, только вывод такого аппарата на орбиту обходится минимум в сто миллионов долларов плюс стоимость самого спутника и научной аппаратуры, которую он несет. Однако современное состояние человеческой цивилизации уже не позволяет обходиться без наличия космических аппаратов на орбите. В международной базе данных на март 2019 г. числилось 2062 действующих спутника. По сравнению с 2018 г. рост числа новых аппаратов составил 15 %. Эксперты предупреждают, что в ближайшие годы мир ожидает «спутниковый бум» с прогнозируемым приростом количества аппаратов порядка 15-30 % ежегодно. Все эти космические аппараты сильно отличаются друг от друга. В настоящее время используется несколько орбит для размещения на них спутников в зависимости от решаемых ими задач. Геостационарная орбита используется для прямого телевещания. Низкие спутниковые орбиты используются для связи между спутниковыми телефонами. Свои орбиты существуют для спутников систем навигации (GPS, Navstar, ГЛОНАСС), военных спутников, спутников для различных научных исследований. Естественно, в этих условиях возникает задача распределения космических аппаратов по заданному числу орбит при некоторых ограничениях на нахождении космического аппарата на некоторых орбитах в зависимости от назначения космического аппарата. Рассматривается решение данной задачи при условии, что число космических аппаратов совпадает с числом возможных орбит, на которых эти космические аппараты могут находиться при некоторых дополнительных ограничениях на возможность расположения спутника на орбите. Получено несколько решений этой задачи, позволяющих вычислить число возможных комбинаций для таких распределений космических аппаратов по заданному числу орбит. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
О функции распределения времени безотказной работы сложной вычислительной системы
Статья научная
Любой космический вычислительный комплекс представляет собой сложную систему. Под сложной системой понимают совокупность функционально связанных разнородных устройств, предназначенных для выполнения определенных функций и решения стоящих перед системой задач. Одной из важных характеристик работы системы является время ее безотказной работы. Часто эту характеристику считают случайной величиной. Но такая математическая модель является довольно ограниченной, так как время безотказной работы зависит от многих характеристик (параметров), описывающих систему. Поэтому можно предположить, что время безотказной работы есть непрерывное случайное поле (то есть случайная функция многих переменных). Именно такой подход применяется в данной работе. При наличии определенных ограничений на время безотказной работы вычислительной системы найдены верхние оценки для распределений случайного числа отказов системы. Поэтому возникает вопрос оценки распределения гауссовского поля в гильбертовом пространстве. В работе доказаны две теоремы, которые позволяют вычислить вероятность попадания гауссовского вектора в шар заданного радиуса. Данная работа посвящена надежности работы вычислительной системы. Одной из характеристик надежности вычислительной системы является случайное число ее отказов v(r). Распределение v(r) есть распределение суммы случайных времен безотказной работы вычислительной системы. Записать распределение v(r) в явном виде невозможно. Поэтому приходится искать оценку этих распределений сверху. В предположении, что время безотказной работы вычислительной системы есть сумма многих переменных, в данной работе получены следующие результаты: показано, что задачу оценки распределений случайного числа отказов системы можно рассматривать как задачу оценки скорости сходимости в центральной предельной теореме в банаховых пространствах; при наличии определенных ограничений на время безотказной работы вычислительной системы найдены верхние оценки для распределений случайного числа отказов системы. Полученные оценки могут быть использованы для дальнейших исследований в теории надежности вычислительных систем. Зная эти верхние оценки, можно прогнозировать уровень средних затрат на восстановление вычислительных систем, а также для разработки специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, для задач управления, принятия решений и обработки информации.
Бесплатно
Об одном алгоритме маршрутизации на графах Кэли, порожденных группами подстановок
Статья научная
Целью настоящей работы является создание эффективного алгоритма маршрутизации на графах Кэли групп подстановок, превосходящего по своим характеристикам алгоритм, использующий автоматическую структуру группы. В первом разделе статьи описан вспомогательный алгоритм А-1, который позволяет нумеровать элементы заданной группы подстановок. Во втором разделе представлен алгоритм A-2 для вычисления таблицы маршрутизации на графе Кэли и алгоритм А-3, который позволяет определить оптимальный маршрут между двумя произвольными вершинами графа. Для данных алгоритмов также получены оценки временной и пространственной сложности. В третьем разделе описан алгоритм А-4, при помощи которого можно вычислить минимальное слово элемента группы. Доказано, что вычислительная сложность алгоритма будет пропорциональна длине входящего слова. В четвертом разделе приведены результаты компьютерных экспериментов для некоторых групп подстановок, в которых сравнивается время вычисления минимальных слов по алгоритму А-4 и алгоритму, основанному на построении автоматической групповой структуры. Показано, что А-4 значительно быстрее своего конкурента. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Об управлении группой объектов как о задаче системного анализа
Статья научная
В настоящей работе рассматривается общая постановка задачи идентификации и управления группой объектов. Под группой понимается несколько объектов, объединенных для изготовления того или иного продукта. Главной особенностью является то, что при управлении подобными системами необходимо изменять задающие воздействия для каждого объекта. Сегодня технологический регламент во многих случаях оказывается более широким, чем следовало бы для качественного управления. А это есть следствие того, что нынешняя культура производства (это, в частности, показал опыт обработки данных технологического процесса производства транзисторов на «Светлане») довольно невысока. Это приводит к некоторым организационным проблемам. Следовательно, необходимо иметь те или иные модели объектов, которые естественно отличаются друг от друга и могут быть рассмотрены в условиях как параметрической, так и непараметрической неопределенности. Более того, могут быть случаи, когда объект рассматривается одновременно в условиях как параметрической, так и непараметрической неопределенности по различным каналам. Измерение некоторых переменных осуществляется в значительно больший интервал времени, чем постоянная объекта, поэтому необходимо отличать время измерения технологических переменных и, собственно, запаздывание, присущее самому технологическому процессу с учетом отличия каналов. Это приводит к тому, что динамические процессы по существу вынуждены рассматриваться как безынерционные с запаздыванием. Другой существенной особенностью является то, что компоненты выходных переменных стохастически зависимы заранее неизвестным образом. Использование в этом случае корреляционных или дисперсионных отношений не приводит к успеху. Необходим специальный анализ Т-процессов и умение моделировать подобные процессы. В частности, это является одной из задач настоящей статьи. В ней приведены: Т-процессы, Т-модели и соответствующие разнотипные алгоритмы управления. Рассмотрен процесс гидродепарафинизации дизельного топлива по имеющимся данным, о которых априори можно сказать, что они неполные, т. е. не отражают комплексное поведение технологического процесса. Отсюда становится ясно, что эти данные требуют пополнения, которое сегодня по разным причинам не осуществляется. Таким образом, процесс гидродепарафинизации может быть отнесен к Т-процессу. Моделирование многомерной системы по реальным данным показало, что в этой задаче задающее воздействие для различных объектов должно быть различным. Исключение составляют только задающие воздействия для всего комплекса или группы объектов. Моделирование осуществлялось на основании рассмотренных в статье Т-моделей. Уже отмечалось, что эти модели не следует воспринимать как завершенные, дающие представление о действительности. При дальнейших исследованиях они будут подлежать алгоритмическому уточнению. Решение об этом, естественно, принимает исследователь. Именно на этом этапе дается оценка, что в создавшихся условиях полученные модели и алгоритмы управления могут быть приняты для использования в производственных условиях. Попытка использования существующей теории идентификации и управления для процесса гидродепарафинизации неизбежно приведет к значительному ухудшению и увеличению стоимости компьютерной системы управления качеством данного процесса. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Обнаружение информационного взаимодействия объектов информационной системы с DGA доменами
Статья научная
В настоящее время разработчики вредоносного программного обеспечения активно применяют технику генерации доменных имен DGA для установления информационного взаимодействия между вредоносным программным обеспечением и их командными центрами управления. Генерация доменных имен в соответствии с заданным алгоритмом позволяет вредоносному программному обеспечению обходить блокировки средств защиты информации, делая их малоэффективными и устанавливать канал связи для получения команд управления и их параметров, а также для передачи информации из информационной системы на внешние ресурсы, контролируемые злоумышленниками. Таким образом, необходимо разрабатывать новые подходы к решению задачи обнаружения сгенерированных с помощью DGA доменных имен в DNS трафике информационной системы. В рамках проведенного исследования авторами разработано решение для обнаружения информационного взаимодействия объектов информационной системы с DGA доменами, основанное на применении машинного обучения. Обнаружение информационного взаимодействия происходит в два этапа. На первом этапе методами машинного обучения решается задача классификации для каждого DNS имени из общего потока DNS запросов информационной системы. На втором этапе для каждого DNS имени, классифицированного как DGA, осуществляется обогащение данными из внешних источников и принятие окончательного решения о вредоносном характере запроса на разрешение данного DNS имени с последующим оперативным уведомлением администратора безопасности по каналам электронной почты. В работе приведено описание процесса разработки классификатора на основе машинного обучения, определены входные характеристические данные DNS имени, необходимые для классификации, представлены результаты обучения классификатора на представительном множестве тестовых данных. Обоснована логика принятия решения о вредоносном характере DNS запросов. Разработанное решение было апробировано в рамках экспериментального стенда. Предложены рекомендации по поддержке корректной работы классификатора на основе машинного обучения. Применение разработанного решения сделает возможным апостериорное обнаружение информационного взаимодействия вредоносного программного обеспечения со скомпрометированных объектов информационной системы с серверами командных центров управления злоумышленников.
Бесплатно
Обобщенные эквивалентные условия прочности в расчетах композитных тел
Статья научная
Конструкции с неоднородной регулярной структурой (пластины, балки, оболочки) широко применяются в технике, особенно, в авиационной и ракетно-космической. В расчетах на прочность упругих композитных конструкций с помощью метода конечных элементов (МКЭ) важно знать погрешность решения. Для анализа погрешности решения необходимо использовать последовательность приближенных решений, построенных по МКЭ с применением процедуры измельчения для базовых дискретных моделей, которые учитывают в рамках микроподхода неоднородную, микронеоднородную структуру конструкций (тел). Реализация процедуры измельчения для базовых моделей требует больших ресурсов ЭВМ. В данной работе кратко изложен метод эквивалентных условий прочности (МЭУП) для расчета на статическую прочность упругих тел с неоднородной регулярной структурой, для которых заданы множества различных нагружений. Согласно МЭУП, расчет на прочность композитного тела, для которого задано нагружение, сводится к расчету на прочность изотропного однородного тела (имеющего такое же нагружение, как композитное тело) с применением эквивалентных условий прочности. При численной реализации МЭУП используются скорректированные эквивалентные условия прочности, которые учитывают погрешность приближенных решений. Здесь МЭУП реализуется на основе МКЭ. Если для композитного тела задано множество различных нагружений, то в этом случае применяются обобщенные эквивалентные условия прочности. Показана процедура построения обобщенных эквивалентных условий прочности. Расчет на прочность композитных тел по МЭУП с использованием многосеточных конечных элементов требует в 103 ÷ 106 раз меньше объема памяти ЭВМ, чем аналогичный расчет с применением измельченных базовых моделей композитных тел. Приведенный пример расчета на прочность композитной балки, для которой задано множество нагружений, с помощью МЭУП с применением обобщенных эквивалентных условий прочности показывает его высокую эффективность.
Бесплатно
Статья научная
Целью данной работы является разработать и обосновать способ объемного контроля температуры полимерного и композиционного материала при автоматизированной высокочастотной обработке. Разработанный способ реализуется путем внедрения термопар в тело образца по форме призмы или куба по определенной схеме их расположения по всему объему. Данная методика проста в реализации и экономически выгодна по сравнению со стоимостью дорогого и специализированного оборудования со сложной конструкцией и самих термопар, имеющих простую конструкцию. Методами достижения поставленной цели исследований контактного способа объемного контроля температуры полимерного или композиционного образца являются разработка и построение схемы расположения термопар по всему объему так, чтобы выявить наиболее точно температурный спектр полимерного или композиционного образца при автоматизированной высокочастотной обработке. Разработана схема расположения термопар. Следующим методом для достижения поставленной цели стал метод выяснения влияния на точность измерений температуры нагрева образца в зависимости от внедрения в него термопар за счет выполнения в нем отверстий для их установки. Для этого выполнен конечно-разностный математический расчет зависимости температуры образца от количества отверстий под термопары в нем в программном комплексе MSC Patran Sinda. Результаты расчета сведены и представлены на графических данных. Далее был выполнен общий математический расчет по формулам расчета процесса тепло- и массопроводности. Итогами данного расчета стали таблица и графические данные. По окончании конечно-разностного и общего математического расчета произведен сравнительный анализ полученной погрешности измерения температуры от внедрения термопар в тело образца. Исходя из этого анализа, можно сказать, что разработанная методика применима для дальнейшего исследования автоматизированной высокочастотной обработки полимерных и композиционных материалов, так как полученные погрешности не превышают допустимых 3 %. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Определение коэффициентов энергетической связи балок, соединенных под углом
Статья научная
Использование статистического энергетического метода для анализа динамических систем предполагает, что коэффициенты энергетической связи подсистем должны быть известны. Коэффициенты энергетической связи показывают, какая часть энергии переходит из одной подсистемы в другую. Они входят в систему уравнений энергетического баланса и предварительно должны быть определены аналитически, экспериментально или численно. Наиболее перспективным из перечисленных методов является численный. В частности, в данной статье использован метод конечных элементов. Целью настоящего исследования является определение коэффициентов энергетической связи двух подсистем в двух вариантах их относительного положения. За основу принята модель Г-образного соединения двух балок, которая довольно часто встречается в подобных исследованиях. Г-образное соединение частей конструкции часто встречается в строительных сооружениях, однако в других отраслях, таких как разработка космической и авиационной техники, зачастую элементы конструкции соединяются под углом, отличным от прямого. А поскольку энергетические методы могут применяться и для аэрокосмической отрасли, при разработке подходов к анализу конструкций с помощью таких методов будет полезным знание о том, как меняются энергетические параметры системы, в частности коэффициенты энергетической связи, в зависимости от того, под каким углом выполнено сопряжение их составных частей. Рассмотрены две конфигурации системы: в первой - балки соединены под прямым углом, во второй - под углом 45°. Вычислены коэффициенты энергетической связи балок для обеих конфигураций системы. Сделаны выводы о возможности распространения полученного результата на более сложные конструкции, а именно конструкции космической техники.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье будут описаны результаты испытаний, проведённых на заводе-изготовителе холодильных приборов, позволяющие судить о возможности применения новой методики тестирования холодильных приборов на предмет соответствия изделий установленным ГОСТом стандартам, определяющим конкретные теплоэнергетические свойства каждого холодильного прибора в зависимости от его типа (однокамерный или двухкамерный, с одним компрессором или с двумя и т. д.), проходящего приёмо-сдаточные испытания. Будут представлены графики активной мощности прибора при подключении его к сети питания и описана зависимость изменения графика мощности в зависимости от времени, описаны признаки графиков неисправных холодильных приборов с указанием причины неисправности. Авторы указывают параметры, по которым предлагается проводить сравнение полученных графиков мощности с эталонными графиками, полученными при тестировании достоверно исправных холодильных приборов. По результатам сравнения определённых значений параметров, характеризующих прибор, предлагается судить о соответствии стандарту каждого отдельного холодильного прибора. Также предоставлено описание алгоритма, который будет использован для определения соответствия холодильного прибора установленным параметрам теплоэнергетических характеристик, определяющим его работоспособность. Реализация данного алгоритма будет осуществлена посредством написания соответствующей программы для программируемого логического контроллера (ПЛК).
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время активно развивается разработка крупногабаритных космических конструкций и, в частности, трансформируемых рефлекторов. Особенностью данных аппаратов является малый объём при транспортировке и большие размеры в развёрнутом рабочем состоянии. Поэтому важно осуществить надежное и плавное раскрытие, настроить форму активной радиоотражающей поверхности с заданной точностью, регулировать орбитальное положение. В космическом пространстве на систему оказывается постоянное воздействие радиации, возникает большой перепад температур на околоземной орбите, присутствует солнечный ветер, что главным образом влияет на диаграмму направленности. В данной работе рассмотрен процесс разведения спицы рефлектора при наличии возмущений и ошибок измерений. В соответствии с принципом разделения алгоритм включает фильтр Калмана и регулятор для разведения спицы и коррекции интервалов включения измерителей. Задача управления разведением спицы решается при использовании алгоритма оптимального управления по иерархии целевых критериев. Коррекция интервалов наблюдений производится управлением производными от моментов времени включения и отключения измерителей. Представлены результаты численного моделирования.
Бесплатно
Оптимизация управляющих воздействий при электролитическом способе получения алюминия
Статья научная
Наиболее общим показателем эффективности управления процессом получения алюминия является себестоимость произведенного металла, но это понятие включает в себя много составляющих. Прежде всего это стоимость сырья и электроэнергии в данном регионе, а также стоимость трудозатрат на тонну продукции, расходные коэффициенты сырья и энергии, капитальные затраты на строительство и ремонт, стоимость утилизации отходов, экологические выплаты и т.д. При этом отсутствует единый функционал качества процесса, зависящий от технологических параметров, то есть задача полной и относительно строгой математической оптимизации процесса в целом в настоящее время представляется не решаемой не только из-за ее объемности, а из-за отсутствия полной модели эффективности. В рамках данного исследования рассмотрены частные критерии эффективности, на улучшение которых направлена разработанная авторами оптимизационная модель управляющих воздействий, которые выбраны исходя из возможных рычагов действующей автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) электролиза алюминия. Все испытания проводились на программном обеспечении «Виртуальный электролизер» без передачи на реальный объект управления.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен подход к разработке архитектуры сервис-ориентированной системы обработки информации, моделирования и управления технологическими процессами. Разрабатываемая система представляет собой инструментарий для идентификации, прогнозирования и управления дискретно-непрерывными процессами, математический аппарат которой основан на непараметрических алгоритмах идентификации и управления. Программная архитектура состоит из нескольких основных модулей: модуль обработки данных, моделирования и прогноза выходных переменных процесса, модуль управления технологическим процессом. Первый модуль включает в себя алгоритмы предобработки данных: нормализация, центрирование и анализ выбросов и пропусков. Модуль моделирования представлен алгоритмическим функционалом для исследования и восстановления зависимостей между переменными процесса, идентификации процесса с использованием непараметрической оценки функции регрессии по наблюдениям. Последний модуль - это реализация непараметрических алгоритмов дуального управления. Управляющие устройства, построенные на основании данных алгоритмов, выполняют функции как управления объектом, так и его изучения. В статье обсуждаются вопросы применения архитектурных решений, основанных на двух зарекомендовавших себя в области разработки программного обеспечения подходах - композитном и сервис-ориентированном. Описываются основные принципы композитной архитектуры как набора программных систем с множеством характеристик, которые выполняют определенную задачу, и сервис-ориентированной архитектуры как модульного подхода к разработке программного обеспечения. Показаны преимущества примененной композитной сервис-ориентированной архитектуры перед другими вариантами архитектур программного обеспечения для систем управления, в частности, в работе сравнивается монолитная программная архитектура с композитной сервис-ориентированной архитектурой. Выбранное архитектурное решение предоставляет возможность выстроить систему из набора независимых модулей, каждый из которых реализует отдельную операцию, которая является логически обособленной, повторяющейся задачей, являющейся составной частью производственного процесса предприятия. Использование описанного в работе подхода позволило достичь положительных результатов при интеграции с существующими программными продуктами предприятий, значительно сократить сложность и стоимость разработки новых компонентов, а также поддержки «унаследованных» частей системы.
Бесплатно
Оценка количества апериодических слов
Статья научная
В 1902 г. У. Бернсайд поставил вопрос о локальной конечности групп, все элементы которых имеют конечный порядок. Первый отрицательный ответ на него был получен в 1968 г. в работе П. С. Новикова - С. И. Адяна. Конечность свободной бернсайдовской группы периода n установлена в разное время для n = 2, n = 3 (У. Бернсайд), n = 4 (У. Бернсайд; И. Н. Санов), n = 6 (М. Холл). Доказательство бесконечности этой группы для нечетных показателей n ≥ 4381 было дано в работе П. С. Новикова - С. И. Адяна (1968), а для нечетных n ≥ 665 - в монографии С. И. Адяна (1975). В связи с этими результатами рассматриваем множество m-апериодических слов. Под l-апериодическим словом понимают слово Х, если в нем нет непустых подслов вида Yl. В монографии С. И. Адяна (1975) приведено доказательство С. Е. Аршона (1937) того, что в алфавите из двух букв существует бесконечное множество сколь угодно длинных 3-апериодических слов. В монографии А. Ю. Ольшанского (1989) доказана теорема о бесконечности множества 6-апериодических слов и получена оценка снизу количества таких слов любой данной длины. Наша задача получить оценку для функции f ( n ) количества m-апериодических слов длины n в алфавите из двух букв. Полученные результаты могут быть полезны при кодировании информации в сеансах космосвязи.
Бесплатно
Повышение надежности программного обеспечения для распределенных систем управления
Статья научная
Рассматривается подход для оценки и улучшения основных параметров эффективности вычислительной сети. Для распределенных систем управления надежность, при обеспечении требуемой производительности, является главным критерием. Для повышения надежности функционирования вычислительной сети вводится как аппаратная, так и программная избыточность. Для обеспечения программной избыточности разрабатываются новые версии для тех модулей программного обеспечения (ПО), в которых возможны программные сбои. Рассматривается применение методов N-версионного программирования и блока восстановления для введения программной избыточности, а также оцениваются затраты на разработку сетевого ПО с учетом мультиверсионности. Для реализации предлагаемого подхода приводится математическая модель оценки надежности ПО, которая учитывает архитектуру программного обеспечения вычислительной сети и затраты на его разработку. На основе данной модели создана программная система для проведения исследования программной надежности вычислительной сети, с помощью которой можно находить зависимость надежности сетевого программного обеспечения (СПО) от количества версий одного из выделенных программных модулей. Сравнение динамики изменения показателей надежности СПО и трудовых затрат специалистов на его разработку указывает на достаточное количество новых версий для тех модулей СПО, программную надежность которых необходимо повысить на этапе проектирования. Делается вывод о значимости как определения параметра трудозатрат на разработку СПО, так и его использования при проектировании вычислительной сети, в которой надежность повышается методом программной избыточности.
Бесплатно
Повышение срока активного использования бортовой электронной аппаратуры космических аппаратов
Статья научная
Для электронной аппаратуры космических систем, и в первую очередь устройств памяти, актуальна задача защиты от воздействия ионизирующего космического излучения и других внешних факторов, искажающих хранимую и обрабатываемую информацию. В данной работе предложен голографический метод кодирования, позволяющий восстанавливать информацию при большом числе ошибок. Метод основан на записи в память вместо исходных данных цифровой голограммы виртуального цифрового объекта, соответствующего блоку данных. Использовано свойство делимости голограммы, позволяющее восстановить записанный блок данных по его фрагменту. Достигаемый уровень помехоустойчивости определяется размером голограммы. Для 8-разрядного блока данных запись 256-разрядной голограммы обеспечивает восстановление информации при потере 75 % записанной голограммы. Разработанный декодер корректирует пакет зависимых (группирующихся) ошибок, искажающих все биты голограммы. Количество случайных независимых ошибок, которые корректирует декодер, может составлять до 40 % записанной информации. Система хранения информации, устойчивая к ионизирующему излучению, представляет собой массив памяти увеличенной емкости с учетом выбранного коэффициента избыточности, и контроллер памяти, осуществляющий голографическое кодирование при записи информации и декодирование с автоматическим исправлением ошибок при чтении информации. Алгоритм работы самого контроллера может быть реализован в виде программируемой логической интегральной схемы, либо хранится в постоянном запоминающем устройстве, не подверженном влиянию ионизирующего излучения.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена модификации автоматизированной информационной системы решения задач мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера с целью повышения эффективности ее функционирования, а именно: повышения скорости выполнения основных операций, снижения вероятности возникновения ошибок. Мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций являются одними из приоритетных направлений в сфере обеспечения защиты населения от ЧС, так как предотвращение и ликвидация их последствий осуществляются на основе решения данных задач. При этом, скорость сбора, обработки и анализа данных во многом определяют эффективность полученных результатов. В статье рассматривается существующая система мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, ее функциональная модель в нотации IDEF0, характерные особенности, достоинства и недостатки. Предлагается совершенствование системы путем автоматизации ряда задач, связанных с обработкой, передачей и хранением больших объемов данных, поступающих, в том числе, и в режиме реального времени, а также с формированием сводных отчетов по результатам мониторинга и прогнозирования для различных объектов. Рассмотрена информационная архитектура предлагаемого решения, соответствующая модель базы данных. Представлена модель решения задач мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций с учетом предлагаемой модификации автоматизированной информационной системы. Проводится сравнительный анализ времени выполнения основных операций на основе исходной и модифицированной АИС при использовании существующего аппаратного обеспечения, подтверждающий эффективность предлагаемого решения. Предлагаемая автоматизация обмена данными и генерации сводных отчетов по множеству объектов мониторинга позволит упростить анализ полученных результатов и выработку на их основе решений, направленных на предотвращение чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также ликвидацию их последствий.
Бесплатно
