Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Все статьи: 1059
Анализ экономической устойчивости динамической системы на основе метода собственных состояний
Статья научная
Рассматривается задача создания механизма саморегуляции для поддержания устойчивости компании. В статье предлагается использовать метод собственных состояний для построения модели устойчивого развития предприятия. Приводятся формулы для вычисления коэффициента устойчивости предприятия. Возможности новой методологии демонстрируются при примере анализа устойчивости крупной торговой компании.
Бесплатно
Анализ эффективности процессов в социально-экономических системах методом собственных состояний
Статья научная
Рассматривается задача анализа эффективности процессов в социально-экономических системах. Анализ эффективности процессов базируется на построении «совершенного образа» их поведения. Для выделения состояний, которые соответствуют «совершенному образу» поведения, предлагается использовать метод собственных состояний, который является развитием анализа главных компонент. Эффективность метода собственных состояний демонстрируется на примере анализа устойчивости развития региональных социально-экономических систем. Работа демонстрирует возможности метода не только в определении связей между процессами, но и в количественном их измерении.
Бесплатно
Анализатор частотных характеристик АЧХИ-102
Статья научная
Описан отечественный анализатор частотных характеристик АЧХИ-102, позволяющий экспериментально определять амплитудно-фазовые частотные характеристики технических объектов, в том числе автоматизированных электро- и гидроприводов и других систем автоматического управления и их элементов, а также двухполюсников. Управление измерительно-вычислительным блоком, прием данных, вывод результатов на принтер и монитор с возможностью сохранения результатов измерений осуществляется в специализированном программном обеспечении, разработанном специально для указанного анализатора.
Бесплатно
Аналитическое решение первой задачи динамики манипуляторов
Статья научная
Целью исследования является решение проблемы вывода явного аналитического вида и громоздкости уравнений динамики систем тел. Методы исследования относятся к механике систем тел и системному анализу. Результаты исследования позволяют для систем тел с одной открытой ветвью выписывать формулы вычисления сил и моментов сил в их сочленениях, что продемонстрировано в примерах выписывания аналитических видов уравнений динамики манипуляторов промышленных роботов с тремя и шестью степенями свободы в пространстве. Для них получены по три вида уравнения динамики. Первые уравнения выписаны в скалярно-координатном виде с явно выраженными квазиускорениями и скоростями, роль которых играют проекции абсолютных угловых ускорений и скоростей тел на их связанные оси. Вторые записаны в векторно-матричном виде и получены из первого в процессе замены квазиускорений на относительные линейные и угловые ускорения тел с выделением симметричной матрицы инерционных коэффициентов. Третий вид уравнений динамики получен из второго в процессе замены квазискоростей на относительные линейные и угловые скорости тел. В третьем виде явно выражены центробежные, Кориолисовы и гироскопические инерционные силы. Последние позволяют упростить формулу вычисления потребляемой мощности приводов, а также упростить формулу Тимофеева вычисления движущих сил и моментов сил, обеспечивающих управление программным движением тел манипуляторов с заданным качеством. В примерах демонстрируется методика повторного использования формул для манипуляторов с совпадающими кинематическими схемами их подсистем. В уравнениях динамики явно выражены геометрические, кинематические, статические и инерционные параметры тел. Множители при ускорениях и произведениях скоростей в выписанных уравнениях динамики являются оптимальными в смысле минимума арифметических операций (сложений и умножений), необходимых для их вычислений. Заключение. Все аналитические виды уравнений динамики верифицированы, они занимают несколько строк текста, и их дальнейшее упрощение практически невозможно.
Бесплатно
Аналитическое решение первой задачи динамики манипуляторов с вращательными сочленениями
Статья научная
Решается проблема сложности вывода и громоздкого аналитического вида уравнений математических моделей управляемых систем тел с явно выраженными структурными, кинематическими, статическими и динамическими параметрами. В первую очередь это относится к уравнениям динамики, на которых основаны системы управления. Наш практический опыт и теоретические результаты указывают на то, что пути решения этой проблемы нужно искать в двух направлениях. Во-первых, в направлении классификации систем тел и использования особенностей представителей рассматриваемых классов систем тел в части упрощения формализмов вывода их уравнений динамики, а также уменьшения числа математических операций в аналитическом представлении уравнений динамики. Во-вторых, в направлении выбора параметров состояния тел, в которых записываются аналитические скалярно-координатные виды уравнений динамики. В этой связи следует заметить, что подавляющее большинство (более 90 %) промышленных роботов, а также роботов специального назначения имеют структуру одной открытой ветви, в которой тела образуют друг с другом вращательные кинематические пары пятого класса (вращательные сочленения). Если в таких системах полюса тел выбирать на осях их относительного вращения, то межполюсные расстояния будут постоянными, что значительно упрощает решение указанной проблемы. По поводу выбора параметров состояния, явно входящих в уравнения динамики, следует заметить, что квазискорости, т. е. проекции абсолютных угловых скоростей тел на оси их связанных систем координат, являются наиболее подходящими для этих целей. Дело в том, что в уравнениях кинематики, замыкающих уравнения динамики до полного набора уравнений для решения той или иной задачи, всегда можно выразить квазискорости через любые другие параметры, например, относительные углы поворота тел и их производные по времени, направляющие косинусы и их производные, кватернионы и т. д. Если проекции абсолютных угловых скоростей тел на их оси измеряются, например, гироскопами на телах и решается первая задача динамики, то формулы решения содержат минимальное число операций сложения и умножения. Таким образом, целью исследования является разработка простого метода вывода аналитического вида уравнений динамики манипуляторов с вращательными сочленениями в квазискоростях, в которых явно выражены геометрические, кинематические, статические и инерционные параметры тел. Используемые методы исследования (векторная и аналитическая механика систем тел, векторная алгебра, системный анализ и методы тождественных преобразований) позволили свести вывод уравнений динамики манипуляторов к формальным действиям их выписывания без выполнения сложных математических операций дифференцирования, возведения в степень, вычисления векторных операций и т. д. Результаты исследования содержат доказательство общего векторного вида уравнений динамики манипуляторов в квазискоростях с явно выраженными межполюсными расстояниями и параметрами распределения масс тел. Для выписывания моментов движущих сил в сочленениях получены скалярно-координатные формулы и их простой частный вид для случая параллельности осей вращения соседних сочленений. Как частный случай получены формулы выписывания уравнений динамики манипуляторов на плоскости. Для них процесс выписывания уравнений динамики сводится к конкретизации числа тел, их геометрических и инерционных параметров. Заключение. Эффективность изложенных методов и полученных формул продемонстрирована на примерах выписывания уравнений динамики тела с одной закрепленной точкой, гироскопа в кардановом подвесе и ангулярного манипулятора с тремя и шестью степенями свободы в пространстве. Эти результаты позволяют нам ожидать, что число пользователей предлагаемых методов будет расти. Положительный опыт использования этих методов в учебном процессе в дисциплинах «Основы механики систем тел», «Электромеханические системы» и «Мехатроника» оправдывает наши ожидания.
Бесплатно
Антенны несинусоидальных волн в режиме приема
Краткое сообщение
В статье рассматриваются характеристики антенн несинусоидальных волн (НСВ) в режиме приема. С использованием трех видов теоремы взаимности для импульсных полей показано, что пространственно-временные характеристики антенн в режимах передачи и приема разные, поскольку отличаются распределения токов на антенне в режимах передачи и приема. Предложены два подхода: для определения характеристик антенн НСВ в режиме приема необходимо найти пространственно-временное распределение тока на антенне в режиме приема; не проводить разделения характеристик антенн в режимах приема и передачи, а использовать одну приемно-передающую характеристику в виде соотношения их взаимной свертки.
Бесплатно
Аппаратно-программное моделирование встраиваемых систем
Статья обзорная
В статье обсуждается использование разработанного авторами VHDL-симулятора, предназначенного для HW/SW-проектирования встроенных систем. На простом примере проиллюстрированы возможности симулятора, методологические аспекты разработки VHDL-описаний поведенческих моделей аппаратуры, обсуждена концепция моделирования, приведены результаты верификации модели.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается вариант построения аппаратно-программного комплекса для испытаний системы питания и управления электроракетными плазменными двигателями на базе электронных управляемых нагрузок, источников питания и измерительной крейтовой системы LTR-EU-16-2 фирмы «Л Кард», которая имеет модульную архитектуру из 16 посадочных мест, позволяющую переукомплектовывать систему другими модулями или расширять конфигурацию. В основу программного обеспечения заложен системонезависимый интерфейс управления «клиент - сервер». Предложенное решение использования автоматического комплекса со стандартными электронными нагрузками и средствами сбора данных на основе модулей LTR41, LTR11, LTR210 с гальванической развязкой является предпочтительным, потому как позволит добиться высокой точности и скорости измерения, значительно уменьшит затраты и время на производство проверочного оборудования, а также повысит качество проведения испытаний с различными типами СПУ.
Бесплатно
Аппроксимация областей достижимости нелинейных дифференциальных управляемых динамических систем
Статья научная
Рассматривается задача построения и аппроксимации областей достижимости нелинейной дифференциальной управляемой динамической системы. В качестве объекта исследования в работе рассматривается класс систем, динамика которых описывается с помощью векторных нелинейных дифференциальных уравнений. В первой части работы производится последовательное преобразование исследуемой динамической системы, включающее в себя линеаризацию ее относительно наперед заданной опорной фазовой траектории и последующая дискретизация полученного в процессе линеаризации результата. Таким образом, исходной нелинейной модели объекта ставится в соответствие ее некоторая линейная дискретная аппроксимация. В работе предполагается, что в силу естественных причин фазовый вектор рассматриваемой динамической системы и управляющий параметр стеснены геометрическими ограничениями, которые имеют вид выпуклых, замкнутых и ограниченных многогранников с конечным числом вершин. Построение областей достижимости производится с помощью общего рекуррентного алгебраического метода и его модификации. В заключительной части работы эффективность данного алгоритма демонстрируется на примере модели, описывающей динамику относительного движения двух космических аппаратов (система уравнений Клохесси - Уилтшира) и модели, описывающей взаимодействие двух видов типа «хищник - жертва» (модель Лотки - Вольтерры). Для каждого из проведенных экспериментов приведены результаты компьютерного моделирования и сравнительный анализ точности полученной аппроксимации областей достижимости для конкретных нелинейных дифференциальных управляемых динамических систем с помощью областей достижимости соответствующих линейных дискретных управляемых динамических систем, которые были вычислены с помощью общего рекуррентного алгебраического метода построения областей достижимости и его модификации.
Бесплатно
Архитектура тренажерной системы подготовки операторов радиационно стойких манипуляторов
Статья научная
Описана концепция построения, структура и практическая реализация тренажерной системы для подготовки операторов радиационно стойких дистанционно управляемых роботизированных электромеханических манипуляторов, устанавливаемых в герметичных камерах. В настоящее время на предприятиях атомной отрасли широко применяются механические и электромеханические манипуляторы копирующего типа. Современные подходы к построению систем управления и человеко-машинных интерфейсов позволяют уйти от способа прямого копирования кинематических конфигураций задающего и исполнительного органов и реализовывать как автоматизированные, так и автоматические режимы управления. Ключевой особенностью является присутствие человека в контуре управления, что обусловливается большим разнообразием и сложностью выполняемых операций и в ряде случаев недетерминированностью самой рабочей среды. В связи с этим вне зависимости от типа применяемых органов управления необходимо формирование устойчивых навыков выполнения операций, в том числе с использованием систем обучения и тренажерных систем. Задачами тренажерных систем для оборудования подобного типа являются: теоретическая подготовка операторов, поэтапная подготовка операторов к выполнению практических функций управления манипуляторами, реализация периодического контроля квалификации оператора, выполнение функций мониторинга управляющих воздействий на всех этапах выполнения технологических операций, регистрация и анализ предаварийных и аварийных состояний как манипулятора, так и его системы управления. Использование в составе системы дополнительной рабочей станции инструктора позволяет строить процесс подготовки в режиме непосредственного взаимодействия и совместного управления «оператор - инструктор». В работе приведены архитектура программной части тренажерной системы, интерфейсы взаимодействия с системой управления, структура базы данных регистрируемой информации.
Бесплатно
Статья научная
Актуальность исследования обусловлена расширением спектра задач обслуживания информационной инфраструктуры предприятий и повышения требований как к качеству, так и к экономичности их решений. В связи с этим данная статья направлена на формирование системных решений в построении функциональной структуры информационной системы управления информационной инфраструктурой и ее информационного фонда. Ведущими подходами к исследованию проблемы являются системоаналитический, функционально-структурный анализ и синтез технических систем, методы построения систем представления знаний, методы обобщения знаний, методы анализа текстов и речи. В статье рассматривается функциональная декомпозиция задачи, представлена структура разрабатываемой системы управления информационной инфраструктурой, приведены решения по формированию интенсиональной части базы данных систем. Материалы статьи представляют практическую ценность для организаций и подразделений, занимающихся обслуживанием и управлением информационных инфраструктур предприятий.
Бесплатно
Безредукторные мехатронные преобразователи
Статья обзорная
Проанализированы характеристики современных безредукторных мехатронных преобразователей. Описаны достоинства их использования в различных сферах деятельности в аспектах универсальности, надежности, энергосбережения.
Бесплатно
Безэховая камера, встраиваемая в помещения промышленного назначения
Статья научная
Рассматриваются вопросы проектирования безэховых камер для антенных измерений определенного типа - встраиваемых в помещения промышленного назначения. Достоинством таких камер является положительный экономический эффект, связанный как со снижением издержек на строительные работы, так и с возможностью совместного использования вспомогательных систем помещения в процессе эксплуатации. Известные подходы к проектированию камер для антенных измерений основываются либо на обеспечении минимального уровня безэховости, либо минимальных габаритных размеров. В данном случае необходимо обеспечить компромисс между параметрами безэховости и габаритными размерами при обеспечении технологической доступности всей полезной площади помещения. Целью работы является обоснование формы и геометрических размеров камеры. Методы исследования. В процессе исследования использовались методы геометрической оптики. При обосновании формы камеры учитывались практические аспекты, а именно: распространенная форма помещений промышленного назначения и цехов, а также возможность эффективного использования распространенных радиопоглощающих материалов для покрытия камеры изнутри. В процессе нахождения оптимальных действующих геометрических размеров функционалами качества были приняты параметры безэховости и габариты. Результаты. Камера в форме прямоугольной трапеции является оптимальной для встраивания в помещения промышленного назначения. Найдены выражения для геометрических размеров камеры, обеспечивающей отсутствие отражений первого и второго порядка в рабочей зоне. Найдено оптимальное значение угла отклонения задней стенки безэховой камеры. Заключение. На основании вышеприведенной методики была реализована безэховая камера компактного полигона для антенных измерений.
Бесплатно
Бесконтактная защита от побочных излучений устройств ввода СВЧ-энергии в почву
Статья научная
Показано, что введение в конструкцию торцевого экрана рупорного излучателя СВЧ-энергии, работающего на почву через воздушный промежуток, полого четвертьволнового выступа обеспечивает десятикратное уменьшение плотности потока мощности побочного излучения в широких диапазонах изменения влажности почвы, высоты подвеса излучателя над ней и длины электромагнитной волны.
Бесплатно
Блочно-модульный принцип конструирования бесплатформенных инерциальных блоков
Статья научная
Рассматриваются различные варианты построения бесплатформенных инерциальных блоков на основе блочно-модульного подхода к конструированию приборов и их составных частей - блоков чувствительных элементов, модулей сервисной электроники, модулей обмена и управления. Разрабатываются базовые блоки чувствительных элементов (БЧЭ), каждый из которых содержит три волоконно-оптических гироскопа (ВОГ) и три маятниковых акселерометра. При этом каждый вариант базового БЧЭ строится на ВОГ определённой точности (0,3; 0,05 или 0,01 °/ч). Предлагаются варианты структурирования трёхканальных и шестиканальных приборов на основе одного или двух базовых БЧЭ соответственно. Прорабатывается конструктивный облик этих приборов в моноблочном и двухблочном исполнениях, оцениваются их основные технические характеристики.
Бесплатно
Быстрые многопараметрические преобразования Уолша, Крестенсона - Виленкина и Хаара
Краткое сообщение
Представлен новый класс многопараметрических и дробных преобразований Уолша, Крестенсона - Виленкина и Хаара для адаптивного спектрального анализа сигналов, и разработаны быстрые алгоритмы для этих преобразований. Частным случаем этих многопараметрических преобразований являются дробные однопараметрические преобразования. Представлен систематический метод синтеза многопараметрических симметричных и несимметричных преобразований. При плавном изменении параметров многопараметрические преобразования плавно меняют свою форму от тождественных преобразований до классических, что позволяет ввести элементы адаптации в спектральный анализ сигналов. Базисные функции преобразований Уолша и Хаара могут быть использованы в качестве поднесущих в обобщенных OFDM- и CDMA-системах.
Бесплатно
Векторный и скалярный виды уравнений для решения задач динамики платформы Стюарта
Статья научная
Рассмотрена платформа Стюарта на неподвижном корпусе, состоящая из корпуса, жестко связанного с землей, платформы и шести одинаковых устройств подвеса платформы к корпусу. Каждое устройство подвеса состоит из трех тел: основания, направляющей и штанги. Вывод уравнений динамики и формул вычисления динамических реакций подвеса рассмотрен в ранних статьях авторов. Здесь эти формулы повторно используются при выводе искомых уравнений платформы Стюарта. В первом утверждении доказана формула разложения на связанные оси направляющих сил динамических реакций в шаровых шарнирах, связывающих платформу с концами штанг. Во втором утверждении доказаны формулы вычисления движущих сил штанг. В третьем утверждении доказаны формулы вычисления динамических реакций в сочленениях подвесов. Все полученные расчетные формулы явно содержат геометрические, кинематические и инерционные параметры подвижных тел, позволяющие решать задачи синтеза этих параметров для достижения желаемых динамических свойств платформы Стюарта. Явный векторный и скалярный виды системы дифференциально-алгебраических уравнений для решения второй задачи динамики подготовлены для их повторного использования в математических моделях платформы Стюарта на подвижном (несущем) корпусе, которые необходимы в исследованиях влияний управляемых движений несомого тела на динамику несущего тела. С целью проверки на отсутствие описок и ошибок в полученных расчетных формулах рассмотрены три примера, в которых анализируются частные случаи движения тел рассматриваемой системы. Для движения платформы на трех подвесах в вертикальной плоскости из доказанных формул, как их частный случай, получены ожидаемые формулы для вычисления движущих сил и очевидные уравнения геометрических связей. Во втором примере из этих формул, как частный случай, получены уравнения динамики двух подвесов, связанных в концах штанг вращательным шарниром, и соответствующие очевидные уравнения геометрических связей. В третьем примере для движения штанг вдоль горизонтальной прямой из уравнений второго примера получено очевидное уравнение, следующее из второго закона Ньютона.
Бесплатно
Верификация математической модели виброакустического датчика
Статья научная
Приведена математическая модель виброакустического датчика, разработанная на основе структурной теории распределенных систем. В вычислительной среде Matlab выполнена имитационная модель датчика. Приведены результаты численного эксперимента, которые верифицированы в вычислительной среде системы SolidWorks, и, кроме того, корректность численных расчетов подтверждена данными натурного эксперимента.
Бесплатно
Краткое сообщение
Цель исследования: оценка защищенности ИС в процессе идентификации пользователя по клавиатурному почерку. Материалы и методы. Изучение и анализ научных публикаций по проблеме оценки защищенности информационных систем позволили выявить наиболее эффективный подход к оценке защищенности информационной системы, основанный на моделировании атак. Метод, рассмотренный в статье, представляет собой комбинацию графического и вероятностного подходов к анализу возможных сценариев реализации угроз в информационных системах для случая идентификации пользователя. Графическое представление в виде деревьев атак мы использовали для моделирования возможных путей атакующих действий нарушителя, связанных между собой в соответствии с тем, в какой последовательности их может выполнять нарушитель. Вероятностный подход в случае идентификации пользователя был использован нами для оценки вероятности успешности атаки на актив по пути, указанному в соответствующем дереве атак, и эффективности предлагаемых контрмер. Результаты. Обозначена совокупность наиболее информативных параметров клавиатурного почерка, к которой мы отнесли время нажатия клавиши, паузы между нажатиями клавиш и скорость набора. Для этой совокупности определены возможные сценарии развития событий в процессе идентификации пользователя, а также случаи, когда необходимо принять контрмеры: совпадают все три значения параметра клавиатурного почерка, контрмеры не предусмотрены; совпадают любые два из трех значений параметра клавиатурного почерка, требуется предусмотреть контрмеры; не совпадают два из трех или все три значения параметра клавиатурного почерка, требуется предусмотреть контрмеры. С помощью дерева атак смоделированы возможные варианты путей атак и возможные сценарии развития событий в процессе идентификации пользователя. С использованием вероятностного подхода рассчитаны вероятность успешной атаки на актив по пути, указанному в дереве атак, и степень эффективности предлагаемых контрмер. Заключение. Представленный в статье расчет уровня защищенности информационной системы будет полезен разработчикам и исследователям в их практической и научной деятельности.
Бесплатно
Вихревой метод измерения расхода: история вопроса и направления исследований
Статья научная
Статья посвящена вихревому методу измерения расхода. Расходомеры, основанные на использовании явления вихреобразования за телом обтекания, играют важную роль в мировом бизнесе измерения расхода. Представлена информация об истории возникновения вихревого метода измерения расхода, начиная с наблюдений Леонардо да Винчи в XV в., до момента создания первого коммерческого вихревого расходомера в 1967 г. Описаны физические основы явления вихреобразования и принцип работы вихревого расходомера на примере расходомера с ультразвуковым датчиком. На основе анализа научной литературы были систематизированы задачи, с которыми сталкивались исследователи в процессе конструирования расходомеров. Авторами дана оценка результатов исследований в данной области, а также рассмотрена возможность применения этих результатов для улучшения метрологических характеристик вихреакустических расходомеров. В качестве перспективных направлений были отмечены исследования по применению статистических и алгоритмических методов обработки информации в расходометрии.
Бесплатно
