Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Все статьи: 1059
Другой
Бесплатно
Другой
Приведена история создания и развития кафедры «Информационно-измерительная техника» Южно-Уральского государственного университета.
Бесплатно
К вопросу автоматического управления приводом глубинного штангового насоса
Статья научная
Рассматривается задача автоматического управления приводом глубинного штангового насоса. Рассмотрены параметры нефтедобычи, характеризующие ее результаты и ее процесс. Приведены основные формулы моделирования системы «скважина глубинный штанговый насос», отражающие процесс поступления жидкости в скважину в ходе добычи нефти глубинными штанговыми насосами. Рассмотрены результаты моделирования. Приведена структура системы нефтедобычи, состоящая из медленной и быстрой динамических составляющих. Выделены самоорганизующиеся параметры нефтедобычи и составляющие управления и показаны необходимые ограничения при управлении. Сформулирован и на основании обзора существующих подходов обоснован экономический критерий управления нефтедобычей. Дана организационно-информационная структура системы управления нефтедобычей из малодебитных скважин, выделены основные функции каждой составляющей этой структуры и показаны все необходимые организационные и информационные связи.
Бесплатно
К вопросу о технической эффективности инвестиционных проектов
Статья научная
Рассматривается актуальная проблема оценки организационных механизмов реализации и способ распределения ограниченных ресурсов на инвестиционно-строительном этапе проекта. С помощью инструментов управления сетевой моделью производится оптимизация экономических ресурсов. В исследовании обозначен процесс инвестиционного проектирования, определены основные этапы, показан процесс оптимизации крупномасштабного инвестиционного проекта с использованием специального инструментария. Для решения данной задачи предложен метод сетевого планирования. Данная модель соответствует рассматриваемому процессу и позволяет реализовать эффективную для лица, принимающего решения, организацию работ по инвестиционному проектированию крупномасштабного проекта. Полученные в результате исследования выводы доказывают, что использование сетевого моделирования в качестве инструментария для решения проблемы управления процессом инвестирования в крупномасштабный проект способствует повышению эффективности распределения денежных потоков и ведет к снижению расходов в целом. Результаты исследования могут быть использованы государством и частным бизнесом, осуществляющим инвестиционную деятельность и стремящимся оптимизировать свои ресурсы, такие как время и деньги. Расчеты модели демонстрируются на примере крупномасштабного инвестиционного железнодорожного проекта (КИП) «материк - о. Сахалин». Рассматриваются институциональные аспекты оценки КИП и оценка как необходимые элементы системного анализа. Спустя десятилетия данный проект становится все более реальным. Актуальность данного исследования подтверждается словами Владимира Владимировича Путина в ходе прямой трансляции, в которой он сказал об активизации строительства моста на остров Сахалин и выделении средств в размере 1 млрд рублей. Соответственно, необходимо выбрать подходящую модель реализации проекта. Решение по данному вопросу приведено в данной статье.
Бесплатно
Статья научная
Для безопасности и повышения эффективности отработки полетных заданий необходима достоверная информация о высотно-скоростных параметрах воздушного судна (ВС). В связи с этим задача изучения особенностей и совершенствования характеристик существующих измерителей данных параметров является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть особенности определения барометрической высоты ВС механическим указателем и системой воздушных сигналов (СВС). Материалы и методы. Проанализировано существо барометрического метода измерения высоты ВС, установлено, что для построения отчетливой теории метода обязательно нужно знать зависимость температуры атмосферы от высоты T = T(h). При этом известно, что эта температура обычно убывает с ростом высоты. Однако скорость убывания непредсказуемо меняется как в различное время года и суток, так и в разных пунктах и на разных высотах. Более того, в некоторых случаях в определенном диапазоне высот температура может не убывать, а, наоборот, возрастать. В связи с этим существует некоторая проблема с формализацией этой зависимости. При построении теории метода для механических указателей поступают так, что используют зависимость T = T(h) для международной стандартной атмосферы (МСА), в которой температура и давление однозначно связаны. При разработке алгоритмического обеспечения СВС считают, что температура с высотой убывает так же, как и в стандартной атмосфере, но фактическое ее значение на уровне плоскости начала отсчета может быть любым, совсем не связанным с давлением и высотой в МСА. Для этого в СВС предусматривается задатчик температуры на уровне плоскости начала отсчета высоты. Результаты. Получена формула, позволяющая определять различие показаний механического высотомера и СВС. Установлено, что данная разность является функцией давления и температуры на уровне плоскости начала отсчета высоты, а также и фактического давления на высоте полета. Проведены численные исследования, позволяющие оценить расхождение показаний. Установлено, что относительная разность показаний может достигать в эксплуатационных условиях порядка 10 %, причем она практически не зависит от высоты ЛА и является, по существу, константой для указанных начальных значений давления и температуры (на уровне плоскости начала отсчета высоты). Заключение. Разработанные алгоритмы могут быть использованы при совершенствовании алгоритмического обеспечения СВС.
Бесплатно
К вопросу получения объемных изображений в рентгеновской компьютерной томографии
Статья научная
Статья посвящена методам получения объемных изображений в рентгеновской компьютерной томографии. Описан метод томографического исследования, начиная со сканирования объекта исследования измерительной системой - томографом, и заканчивая выводом полученной информации на экран. Приведен анализ существующих методов реконструкции (восстановления) изображений по проекционным данным, включая «классическую» реконструкцию в веерном пучке излучения и трехмерную реконструкцию в конусном пучке излучения. В частности, как самые распространённые, рассматриваются метод обратного проецирования с фильтрацией сверткой при веерной схеме сканирования и алгоритм Фельдкампа при конусной схеме сканирования. Дан сравнительный анализ вычислительных затрат для двумерной и трёхмерной реконструкции. Авторы отмечают, что получение непосредственно трехмерного массива данных при трехмерной реконструкции изображений не только ведет к уменьшению необходимого количества вычислений, но и может эффективно использоваться при дальнейшей обработке и объемной визуализации. Рассматриваются различные методы визуализации трехмерных массивов данных, используемые в рентгеновской компьютерной томографии. Приведены достоинства и недостатки каждого метода. Дано подробное описание алгоритма объемной визуализации (объемного рендеринга) как наиболее предпочтительного метода визуализации трехмерных данных.
Бесплатно
Статья научная
Отражены основная задача рентгеновской компьютерной томографии и ее математическое описание. Приведено прямое и обратное преобразование Радона. В статье представлены методы реконструкции изображений в рентгеновской компьютерной томографии. Дана их краткая классификация. Автором рассмотрена классическая задача двумерной компьютерной томографии, основные подходы к ее решению. Основное внимание уделено алгоритму обратного проецирования с фильтрацией сверткой. Приведен вывод алгоритма для параллельной и веерной схем сканирования. Проанализирована задача трехмерной реконструкции изображений. Описаны дополнительные условия, накладываемые на полноту проекционных данных, вычислительную эффективность алгоритмов, качество получаемых изображений. Рассмотрены основные траектории движения источника рентгеновского излучения, обеспечивающие выполнение условия Кириллова - Смита - Туя. Основное внимание уделено спиральной траектории. Приведен анализ существующих методов трехмерной реконструкции с конусной геометрией лучей, их достоинства, недостатки, области применения. Дана их краткая классификация. Приведены алгоритмы, дающие приближенное решение задачи трехмерной реконструкции. Описаны алгоритм Фельдкампа, алгоритм обобщенной обратной проекции, модернизированный алгоритм однослойной перепаковки. Затронут вопрос разработки подходов и методов получения изображений при трехмерной реконструкции в конусе лучей для спиральной компьютерной томографии.
Бесплатно
К динамике намагниченного сферического ротора гироскопического интегратора линейных ускорений
Статья
Бесплатно
Статья научная
Исследованы устойчивость и качество переходных процессов в системах автоматического регулирования, сконструированных методом эталонной передаточной функции замкнутой системы. Объект управления представляется инерционным звеном первого порядка с запаздыванием. Рассматриваются вариации как параметров настройки регулятора, так и параметров объекта управления.
Бесплатно
К задаче оценивания ошибок измерений в системах управления при неполной информации
Статья научная
Работа посвящена задаче повышения точности оценивания состояния линейных динамических систем в условиях неполноты информации. Указанная задача связана с особенностью методов гарантированного оценивания, проявляющейся в том, что на коротком интервале наблюдений допустимые множества значений возмущений, действующих на систему, и ошибок измерений в информационно-измерительном канале могут оказаться лишь грубыми оценками сверху. В частности, для единственной короткой реализации измерений вероятность реализации возмущений и ошибок измерений наихудшим образом меньше единицы. Представлен подход к построению адаптивного алгоритма гарантированного оценивания. Подход основан на обработке значений обновляемой последовательности фильтра Калмана, при этом реализация фильтра Калмана осуществляется для предварительной обработки результатов измерений. Обновляемая последовательность фильтра рассматривается как временной ряд, для обработки которого используются методы статистического и гарантированного оценивания. Результаты обработки значений обновляемой последовательности фильтра Калмана используются для построения множественных оценок ошибок измерений, используемых в уравнениях алгоритма гарантированного оценивания. При таком подходе осуществляется информационное доопределение неизвестных помех в информационно-измерительном канале. Основной особенностью задачи, исследуемой в данной статье, является малое число доступных измерений, по результатам которых осуществляется поиск наилучшей оценки вектора состояния. Поэтому реализация измерений рассматривается как короткий временной ряд. Для уменьшения вычислительных затрат на реализацию алгоритма гарантированного оценивания в реальном времени предложены методы декомпозиции задачи оценивания. Эффективность предлагаемого подхода демонстрируется на примере модели, описывающей угловое движение космического аппарата. Приведены результаты имитационного моделирования и сравнительный анализ точности полученных оценок вектора состояния.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к точности определения высотно-скоростных параметров летательных аппаратов задача настройки алгоритмического обеспечения их систем воздушных сигналов (СВС) по реальным полетным данным является вполне актуальной. Цель исследования. Рассмотреть задачу оценки реального значения градиента температуры по высоте атмосферы для целей оперативной подстройки штатного алгоритмического обеспечения СВС. Материалы и методы. Традиционный подход заключается в использовании численного значения градиента температуры, принятого для международной стандартной атмосферы (МСА). Особенность предлагаемого подхода заключается в том, что градиент температуры по высоте определяется по текущим измерениям атмосферного давления и температуры, а не высоты и температуры. Результаты. Разработаны адаптивный и неадаптивный алгоритмы параметрической идентификации. Предложен усовершенствованный вариант адаптивного алгоритма, обеспечивающий должную настройку его фильтрующих свойств на конкретную статистическую обстановку. Проведена апробация алгоритмов как по характеристикам МСА с применением компьютерного генерирования случайных помех, так и по известным в литературе результатам реальных измерений, полученным с помощью метеорологической ракеты. Выполнено сравнение свойств адаптивного и неадаптивного алгоритмов. Показано, что многократная «прогонка» одних и тех же экспериментальных данных через адаптивный алгоритм приводит практически к одинаковой точности оценки градиента, что и при использовании неадаптивного алгоритма. Заключение. Реализация алгоритмов способствует повышению точности определения барометрической высоты воздушного судна (ВС), не требует какой-либо модернизации аппаратной части СВС, необходимо только некоторое дополнение алгоритмического обеспечения системы. Адаптивный алгоритм рекомендуется к применению в случае существенного дрейфа характеристик атмосферы для оперативной подстройки системы.
Бесплатно
К обоснованию метода структурно-параметрического синтеза автоматических регуляторов
Статья научная
Обосновывается вид эталонной передаточной функции замкнутой системы автоматического регулирования. Решается задача структурно-параметрического синтеза автоматических регуляторов для типовых промышленных объектов управления. Анализируется качество выбора структур и настроек регуляторов.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются численные решения задачи определения оптимальных параметров дифференциальных уравнений объектов управления как по экспериментальным кривым разгона, так и по переходным функциям замкнутых систем. Анализируются особенности предложенного метода структурно-параметрического синтеза автоматических регуляторов по эталонной передаточной функции замкнутой системы. Для случая экспертного метода выбора структуры регулятора из ПИД-семейства разработаны процедуры численной оптимизации его настроек.
Бесплатно
Статья научная
Цель. Использование принципиально новых подходов для решения задачи структурного синтеза слабо формализованных объектов - с одной стороны, вызов времени, требующий сокращения времени разработки и получения качественных технических решений, с другой стороны, результат исследований, позволяющих использовать инвариантные переборные алгоритмы для решения задачи структурного синтеза. Решение указанной задачи предлагаемым способом требует создания множества данных и знаний, перебор которого даст искомый результат. Формирование данного множества, поддержание его в корректном и актуальном состоянии - серьезная задача, требующая выработки новых подходов, формализации продиктованных этими подходами процессов и разработки алгоритмов. Методы. Этапами формирования указанного множества являются: сбор данных о существующих технических решениях, их формальное описание, обобщение этих описаний с формированием некоторой структуры, позволяющей однозначно идентифицировать каждый существующий объект и создавать новый путем комбинации имеющихся знаний или путем модернизации известных технических решений. В качестве структуры, обобщающей данные конкретной области знаний, предлагается использовать классификатор, особенностью которого является то, что при его организации реализованы два метода создания: иерархический и фасетный. Создание такого классификатора и поддержание его в корректном состоянии - задача, позволяющая решить проблему формирования информационного обеспечения систем структурного синтеза слабо формализованных объектов средней и высокой степени сложности. Результаты. Процесс создания такого классификатора сталкивается с рядом проблем, выявление которых - первый шаг в направлении разработки качественного информационного обеспечения. Указанные проблемы возникают на каждом из этапов анализа предметной области (анализ существующих вариантов исполнения объектов; обобщение знаний о рассмотренных объектах; дополнение (расширение) классификатора). Причинами их возникновения могут стать нарушение принципа достаточности при анализе и декомпозиции, нарушение иерархичности структуры при обобщении в процессе построения модели предметной области, нарушение признаков обязательности и необязательности при синтезе и расширении модели, основу которой составляет классификатор. Заключение. Выявление указанных проблем и исследования процесса их недопущения и преодоления - важная задача, решение которой позволит максимально формализовать процесс создания классификатора как информационной модели системы структурного синтеза.
Бесплатно
Классификационные факторы процесса структурного синтеза дискретных объектов
Краткое сообщение
Автоматизация проектирования - актуальнейшая задача, от решения которой во многом зависит качество создаваемого объекта, а также эффективность деятельности предприятия, направленная на создание такого объекта. Возможность автоматизации этапов проектирования определяется наличием алгоритмов решения возникающих при этом задач, то есть уровнем формализации. Одним из этапов проектирования объектов является выбор их структуры - структурный синтез, будь то конструкция изделия машиностроения, технологический процесс изготовления изделия, образовательный процесс в вузе по подготовке специалиста или деятельность вуза или промышленного предприятия в целом. Автоматизация этапа структурного синтеза - трудоемкая и сложная задача, поскольку для большинства объектов отсутствует формализованное описание процесса, а значит, немаловажную роль играет уровень квалификации и интуиция проектировщика. На сегодняшний день отсутствует единый универсальный подход к разработке автоматизированной системы, реализующей структурный синтез объектов. Это объясняется, во-первых, различной природой объектов, структурный синтез которых надо автоматизировать, во-вторых, разным объемом знаний, накопленных в каждой конкретной предметной области, и уровнем их формализации, в-третьих, уровнем сложности самого объекта проектирования. Существуют различные подходы к разработке автоматизированных систем структурного синтеза. Как правило, они определяются алгоритмами предметной области и реализуются интуитивно исходя из представления о процессе формирования структуры объекта синтеза у специалиста-предметника. Анализ особенностей объектов проектирования позволил не только предложить классификацию этих объектов, но и сформулировать классификационные факторы процесса структурного синтеза, позволяющие в зависимости от существующей ситуации в предметной области выбрать идеологию автоматизации процесса структурного синтеза.
Бесплатно
Кластерное программное обеспечение автоматизированной информационной системы
Статья научная
Предлагается новый подход к созданию кластерной структуры программного обеспечения, обеспечивающей наибольшую защиту от получения злоумышленником контроля над системой поддержки принятия решений, а также высокую устойчивость к порче и взлому. Рассматривается подход к решению проблемы безопасности программного обеспечения информационных систем путём кластеризации его на модули. Показана возможность формального построения таких структур методами теории множеств и теории категорий. Доказано, что множество модулей удовлетворяет всем постулатам и аксиомам теории категорий, следовательно является категорией. Определены условия фрактального представления автоматизированной информационной системы от уровня структурных модулей системы до уровня микрокоманд с выделением конкретных объектов и морфизмов на уровнях иерархии.
Бесплатно
Кластерный метод формирования учебных модулей
Статья обзорная
В статье рассматривается решение задачи формирования библиотеки модулей вуза. Предложенный алгоритм позволяет сформировать минимальное для конкретного вуза множество модулей, что позволит проектировать основные образовательные программы с минимальными трудозатратами и уменьшить для преподавателей трудоемкость формирования УМК
Бесплатно
