Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника @vestnik-susu-ctcr
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Все статьи: 1119
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
Статья научная
В условиях роста применения технического зрения в навигационных системах подвижных объектов возникает необходимость в исследовании численно-эффективных алгоритмов оптимальной фильтрации, адаптированных для совместной обработки измерений инерциальных датчиков и данных большого числа визуальных источников информации. В статье предложена новая модификация фильтра Калмана (блочный фильтр Калмана), имеющая линейную вычислительную сложность от числа источников измерительной информации; получена численно-устойчивая версия фильтра, использующая LDL-факторизацию матриц ковариаций. Цель исследования: получить алгоритм LDL-факторизованного блочного фильтра Калмана, имеющего линейную вычислительную сложность относительно числа входящих в измерительную систему источников информации; показать возможность применения такого алгоритма в комплексированной инерциальной навигационной системе с техническим зрением.
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
Вихревой метод измерения расхода: модели вихреобразования и современные средства моделирования
Статья научная
Статья посвящена изучению вихревого метода измерения расхода. Вихревые расходомеры получили широкое распространение на практике начиная с 80-х годов прошлого века. С целью улучшения качества измерения стали применяться различные методы исследования таких расходомеров. Методы исследования явления вихреобразования изменялись вместе с развитием технических решений: метод проб и ошибок, анализ измерительного сигнала, исследование поля течения жидкости, визуализация потока, проведение испытаний на испытательном стенде и моделирование. Рассмотрены основные аналитические модели вихреобразования, описанные в зарубежной научной литературе. Развитие вычислительной техники позволило использовать численное моделирование при исследовании вихревого расходомера. Представлены наиболее интересные результаты моделирования процесса вихреобразования, а также сформулированы рекомендации по проведению подобных исследований. Применение программного обеспечения ANSYS CFX при моделировании процесса вихреобразования позволяет учесть все влияющие на точность измерения расхода факторы.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается гидродинамический подвес быстро вращающегося шарового ротора-гироскопа на тонком слое маловязкой жидкости, заполняющей зазор между ротором и каркасом статора. Учитываются геометрические погрешности в виде усечения и сдвига центров сегментов, составляющих каркас статора. На основе численных решений анализируется влияние погрешностей на результирующие гидродинамические силы и моменты, действующие на миниатюрный ротор гироскопа.
Бесплатно
Краткое сообщение
Введение. Показано, что в связи с происходящими в мире финансово-экономическими кризисами, а также резким обострением конкуренции на международных рынках промышленной продукции и целым рядом других факторов вопросы повышения эффективности деятельности промышленных предприятий и корпораций в регионах страны нуждаются в более комплексном и всесторонне продуманном обосновании. Цель исследования. Целесообразно разработать комплекс научных положений и рекомендаций по анализу деятельности промышленных предприятий в регионах, который бы способствовал целенаправленному развитию экономики субъектов РФ в современных условиях ведения бизнеса. Материалы и методы. Используемые материалы и методы очерчены содержанием теоретических разработок и практического опыта, полученных в процессе исследования развития экономики и промышленности регионов Российской Федерации. Результаты. Обоснован перечень научных положений и рекомендаций по повышению эффективности влияния органов государственной власти субъектов Российской Федерации на развитие промышленности и экономики регионов страны. Представлен состав методов государственного регулирования в экономике и промышленности регионов, представлен перечень основных задач промышленно-экономического блока для органов государственной власти субъектов РФ, а также функции и механизмы их реализации. Заключение. Развитие экономики и промышленности регионов России следует осуществлять с использованием научных положений и рекомендаций, представленных в данной статье, что позволит при формировании управленческих решений учесть зачастую неиспользуемые ранее факторы и обоснования.
Бесплатно
Влияние поперечного уклона местности на информационный параметр курсового радиомаяка ILS
Статья научная
Представлено обобщение модели курсового маяка, приведённой в ранее опубликованной статье (Войтович Н.И., Жданов Б.В., Зотов А.В. Моделирование работы двухчастотной системы посадки самолётов, 2013). В упомянутой статье предполагалось, что курсовой радиомаяк (КРМ) расположен на подстилающей поверхности в виде горизонтальной плоскости, безграничной во всех направлениях. Влияние Земли в этом случае учитывается интерференционным множителем Земли. Тогда пространственная диаграмма направленности антенны КРМ представляется произведением двух функций, одна из которых зависит только от азимутального угла, другая - от меридионального угла. Поэтому было удобно рассматривать интересующие величины как функции только от азимутального угла. В данной работе мы предположим, что антенная решётка излучающих элементов антенны КРМ расположена горизонтально, а подстилающая поверхность в области, существенной для отражения радиоволн (в области первой зоны Френеля на подстилающей поверхности), представляет собой участок плоскости с поперечным уклоном по отношению к направлению оси взлётно-посадочной полосы (ВПП). Из-за отсутствия осевой симметрии задачи разделить зависимости интересующих величин от азимутального и меридионального углов не представляется возможным.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается влияние фазовых диаграмм направленности щелевых излучателей на поведение диаграмм направленности (ДН) турникетной щелевой антенны. Приведены амплитудные и фазовые ДН щелевого излучателя и турникетной антенны. Проведено сравнение амплитудных ДН турникетной антенны, вычисленных без учета и с учётом фазовых ДН щелевых излучателей. Показано, что с ростом отношения ширины ленты к длине волны растёт угол разворота максимумов ДН относительно исходного положения, наблюдаемого при стремлении упомянутого отношения к нулю.
Бесплатно
Внедрение Lean-инструментов как способ повышения операционной эффективности строительного проекта
Статья научная
В настоящее время строительные технологии активно развиваются. Проекты становятся более сложными, возрастают требования к срокам и качеству строительных проектов. Простои и исправление ошибок становятся все более дорогостоящими. В этой связи необходимо применение новых управленческих методик, методов и инструментов, учитывающих современные потребности. Материалы и методы. В работе проведен анализ литературных источников и статистических данных по вопросам применения инструментов бережливого производства. Синтезированы основные аспекты инструментов бережливого производства, являющиеся важными для строительных проектов. С помощью метода анализа иерархий осуществляется выбор методики бережливого производства, в наибольшей степени соответствующей требованиям и характеристикам строительного проекта. Цель исследования состоит в определении оптимального Lean-инструмента, направленного на повышение операционной эффективности строительного проекта. Результаты. Представлены ключевые факторы снижения операционной эффективности строительного проекта. Согласно имеющимся статистическим данным порядка 70–80 % всех потерь приходится на проектные ошибки и слабую коммуникацию в проектах, что подчёркивает необходимость и важность внедрения цифровых технологий, методик бережливого производства и современных инструментов взаимодействия стейкхолдеров. Рассмотрены ключевые Lean-инструменты, такие как Poka-Yoke, 5S, Visual Management и КПСЦ. Выделены их основные аспекты, направления применения, потенциальные эффекты при внедрении в строительстве. Предcтавлена методика выбора наиболее подходящего Lean-инструмента для строительного проекта. Проведённый анализ показал, что наибольший потенциал для повышения операционной эффективности строительного проекта имеет методика 5S. Заключение. В целом же исследования показывают, что Lean-инструменты позволяют системно устранить неэффективности, такие как затраты на исправление брака и простои, что ведёт к значительному повышению общей производительности труда и сокращению времени строительства. Ключевым фактором успеха является комплексный подход, включающий обучение участников проекта, внедрение механизмов непрерывного совершенствования и создание среды для эффективной совместной работы.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена вопросам повышения производительности труда и качества продуктов и услуг путем внедрения корпоративных информационных систем (КИС). Проанализированы цели внедрения КИС и взаимосвязь автоматизации с достижением стратегических целей нефтегазодобывающих предприятий. Выявлена и обоснована необходимость разработки системы ключевых показателей эффективности (КПЭ) в разрезе бизнес-процессов предприятия для определения низкоэффективных процессов. Также обоснована идея проведения анализа лучших практик для оценки эффективности процессной модели предприятия AS IS. Целевая модель TO BE деятельности предприятия должна базироваться, с одной стороны, на анализе лучших практик, а с другой - на анализе КПЭ, рассчитанных в ходе функционально-стоимостного анализа (ФСА или АВС-анализ) бизнес-процессов. На основе проведенного исследования авторами предлагается выделить 10 этапов подготовки к выбору и внедрению информационных систем для достижения стратегических показателей предприятия. Под успешным внедрением КИС понимается состояние предприятия, при котором оно стабильно достигает поставленных стратегических целей. В статье представлены результаты практического применения данных этапов на примере ведущей нефтегазодобывающей компании Российской Федерации. Каждый этап вносит свой собственный вклад в итоговый успех внедрения информационных систем. Как показали результаты проведенного исследования, исключение или ненадлежащее выполнение этапов может привести к провалам при внедрении КИС. В статье также рассмотрена взаимосвязь неуспешного внедрения КИС и управления людьми, а также представлен общий подход к управлению человеческим капиталом при реализации проектов автоматизации. Подчеркнута важность создания линий двухстороннего общения с руководителями и рядовыми пользователями системы при планировании проекта по внедрению КИС, а также после ввода системы в практическую эксплуатацию. Согласие и искренняя поддержка людей проектов автоматизации является ключевым фактором успешного внедрения изменений.
Бесплатно
