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: 1129
Моделирование динамики валового регионального продукта
Статья научная
Валовой региональный продукт является ключевым макроэкономическим показателем, который характеризует развитие региональной социально-экономической системы. Моделирование динамики данного показателя как конечного продукта экономической системы предполагает также разработку моделей изменения значений агрегированных факторов затрат, связанных с его производством. Одним из направлений использования разработанных моделей является формирование краткосрочных прогнозов непосредственно значений валового регионального продукта и обуславливающих их значений факторов затрат труда и капитала региональной экономики. Цель исследования: моделирование динамики значения валового продукта региональной экономики Ямало-Ненецкого автономного округа на основе односекторной модели Р. Солоу для формирования краткосрочных прогнозов значения данного показателя. Материалы и методы. Используется односекторная модель экономического роста Р. Солоу, в которой функционирование региональной экономики описывается двухфакторными неоклассическими функциями с постоянной эластичностью замещения факторов затрат производства. Идентификация производственных функций осуществляется на ретроспективных последовательностях индексов валового регионального продукта и факторов затрат региональной экономики. Краткосрочное прогнозирование величины валового продукта региональной экономики осуществляется с использованием производственной функции, обеспечивающей лучшее приближение ретроспективных данных временного интервала, предшествующего году прогнозирования. Результаты. Построены неоклассические двухфакторные производственные функции с постоянной эластичностью замещения факторов затрат региональной экономики Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) для периода с 2001 по 2018 г. Рассчитаны значения валового регионального продукта и среднегодовой численности занятых в экономике ЯНАО для 2017-2019 гг., которые сопоставлялись с соответствующими данными, публикуемыми Росстатом РФ, и прогнозными значениями, публикуемыми региональной администрацией. Заключение. Установлено, что используемые производственные функции дают приемлемые оценки аппроксимации фактических значений валового регионального продукта рассматриваемой региональной экономики на рассмотренном временном интервале. Модификация моделей изменения значений факторов затрат дала возможность повысить точность краткосрочных прогнозов как непосредственно значений валового регионального продукта, так и значений факторов затрат труда и капитала.
Бесплатно
Статья научная
При прецедентном управлении автоматизированными насосными комплексами необходим учет характеристик динамических процессов с целью уменьшения или полного устранения различных нестационарных гидравлических процессов, в том числе кавитации. В статье рассмотрены условия возникновения в насосных комплексах локальных колебаний гидродинамического характера, способствующих возникновению или активизации указанных нежелательных процессов, с построением динамических моделей на основе метода электроаналогии и применением критериев устойчивости теории автоматического управления. Осуществлено построение математической модели локальных динамических процессов, анализ условий устойчивости и степени колебательности, их численное моделирование. Определение данных условий предоставляет дополнительную информацию для обоснованного выбора прецедентов при автоматизированном управлении насосным комплексом. Цель исследования: определение условий устойчивости локальных динамических процессов при прецедентном управлении автоматизированным насосным комплексом с учетом канала байпаса на основе моделирования с использованием метода электроаналогии. Материалы и методы. Для проведения исследования были использованы методы математического моделирования, в частности метод электроаналогии, методы теории автоматического управления с использованием аппарата передаточных функций, методы численного моделирования с применением программного комплекса SimInTech. Результаты. Осуществлено построение динамической модели насосного комплекса с учетом канала байпаса на основе метода электроаналогии. Это позволило провести анализ устойчивости и степени колебательности процесса перекачивания жидкости с использованием методов теории автоматического управления. Полученные в аналитическом виде условия, находящиеся в зависимости от статических и динамических параметров насосного комплекса, определили границы областей на напорно-расходной характеристике с определенной степенью устойчивости и колебательности динамических процессов. Заключение. Результаты исследования позволяют определить условия, при которых в насосных комплексах на основе центробежных насосов, оснащенных каналом байпаса, возникают локальные колебательные процессы, способствующие возникновению или активизации нежелательных гидродинамических процессов. Данные условия позволяют осуществлять формирование и использование базы прецедентов при управлении режимами работы насосных комплексов с учетом фактора колебательности.
Бесплатно
Моделирование динамограмм с различными дефектами оборудования нефтяной скважины
Статья научная
Рассматривается задача моделирования динамограммы в системе оборудование скважины - станок-качалка. Приведены основные формулы моделирования для различных дефектов скважины и оборудования и результаты моделирования.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время существует множество угроз сетевой безопасности. Это особенно актуально для операторов связи и провайдеров телекоммуникационных услуг, являющихся ключевым звеном инфраструктуры передачи данных для любой компании. Для обеспечения защиты собственной инфраструктуры и облачных сервисов, предоставляемых конечным пользователям, операторам связи приходится применять нетривиальные решения. При этом не последнее место занимает точность определения атак системами безопасности. В рамках настоящего исследования разработан подход и проведено моделирование обнаружения атак на основе анализа цепочек состояний сетевых узлов. Предложенный подход позволяет осуществлять сопоставление событий, происходящих в сети, с событиями, фиксируемыми системами обнаружения вторжений. В нашем исследовании мы решаем проблему формализации типичного профиля атаки в сети провайдеров телекоммуникационных услуг путем построения последовательности переходов состояний узлов сети и времени изменения состояния отдельных исследуемых устройств. Исследование затрагивает наиболее популярные типы атак. Для формализации правил классификации состояний в исследовании используется алгоритм дерева решений для построения цепочки событий безопасности. В экспериментальной части исследования проведена оценка точности классификации известных типов атак, зафиксированных в журналах событий безопасности с использованием ROC-анализа. Полученные результаты позволили оценить эффективность разработанной модели для распознавания сетевых атак в инфраструктуре провайдеров телекоммуникационных услуг. Экспериментальные результаты показывают достаточно высокую точность определения популярного типа атаки. Это позволит в будущем также сократить время реагирования на инциденты безопасности в большой сети за счет более раннего обнаружения нелегитимного поведения.
Бесплатно
Моделирование нестационарной теплопередачи в многослойной биметаллической пластине
Статья научная
При использовании метода активного теплового неразрушающего контроля для выявления скрытых дефектов в изделиях из многослойных биметаллических материалов большое значение имеет адекватный выбор технологических режимов контроля. Одним из важных параметров является оптимальное время наблюдения, при котором обеспечивается достаточная амплитуда температурного сигнала над дефектом. Данная величина зависит от геометрии контролируемого объекта, его теплофизических характеристик, а также выбранных режимов и процедур контроля. Для определения этого параметра используют различные экспериментальные исследования. Для биметаллических пластин подготовка образцов для натурных экспериментов является технологически сложной и дорогостоящей задачей. Поэтому большой объем подготовительных исследований проводят в виде вычислительного эксперимента, в ходе которого с определенными допущениями моделируют процесс изменения теплового состояния объекта контроля. Цель исследования: определение оптимальных параметров процесса теплового контроля трехслойной сталеалюминиевой пластины с дефектом в виде воздушной прослойки между металлами. Для различных вариантов взаимного расположения устройства регистрации температуры и источника теплового потока различной мощности необходимо определить время нагрева, при котором наблюдается температурный сигнал достаточной амплитуды. Материалы и методы. Используются методы математического и компьютерного моделирования. Приведен пример решения задачи методом конечных элементов в программном пакете Agros2D. Результаты. Получены расчетные данные, на основе которых построены распределения температурного сигнала по поверхности многослойной биметаллической пластины со стороны дефекта при различных режимах нагрева, мощности теплового потока, взаимного расположения источника тепловой стимуляции и устройства регистрации температуры, а также определена зависимость температурного сигнала над дефектом от времени нагрева. Заключение. На основе проведенного моделирования определены температурные зависимости, необходимые для интерпретации результатов теплового контроля многослойных биметаллических пластин, а также соотношения параметров процесса нагрева, способствующие получению температурного сигнала достаточной амплитуды. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейших экспериментальных исследований процессов активного теплового контроля изделий из многослойных биметаллических материалов.
Бесплатно
Статья научная
В рамках настоящего исследования построена структурная модель архитектуры производственной кибер-физической системы, использующей облачные вычисления в качестве базовой платформы. Представленная модель детализирует кибер-физическую систему на четырех уровнях абстракции, объединяя все элементы на основе мультиагентного подхода. Предложенный подход на основе методов интеллектуального анализа данных системы мониторинга позволяет осуществлять поиск и выявлять уязвимые с точки зрения надежности элементы сетевой инфраструктуры кибер-физической системы, расположенной на базе облачной платформы. Для проведения консолидированной оценки текущего состояния элементов сети в исследовании разработана модель обеспечения надежности функционирования объектов сетевой инфраструктуры, представленная в виде взвешенного мультиграфа, формирующего план сбора, анализа и верификации получаемых от системы мониторинга данных. При этом в качестве вершин графа выбраны параметры обеспечения надежности для отельных компонентов и узлов, как инфраструктуры кибер-физической системы, так и облачной платформы. В качестве дуг графа представлены связи между установленными критериям надежности, отражающие взаимосвязь между состоянием и параметрами работы связанных узлов инфраструктуры кибер-физической системы с учетом текущих параметров циркулирующих потоков данных. Это позволит определять сегменты системы, требующие реконфигурации, что сократит накладные расходы, необходимые для внесения изменений. При этом для прогнозирования бесперебойной инфраструктуры кибер-физической системы задействован нейросетевой подход. Использование предлагаемого гибридного подхода позволило предсказывать поведение инфраструктуры с течением времени и предупреждать о возможных сбоях в работе отдельных компонентов и критически важных узлов.
Бесплатно
Моделирование погрешности определения навигационных параметров инерциальной навигационной системы
Статья
Бесплатно
Моделирование показателя развития человеческого потенциала в Германии
Статья научная
Введение. В статье рассматривается новая модель зависимости индекса человеческого ресурса государства от набора факторов. Индекс человеческого ресурса не имеет общемировой методики оценки, однако весьма важен для управления государством. Одним из методов формального оценивания характеристики большой социально-экономической системы является обоснованное ранжирование частных критериев. Цель работы. С использованием только формальных методов математического моделирования разработать рекомендации по повышению показателей индекса человеческого развития на государственном уровне. Материалы и методы. Выбраны частные критерии, описывающие индекс человеческого развития. Определена их ранжировка, обеспечивающая наибольшую гладкость годового тренда. Построен набор математических моделей, которые оценивались как по аппроксимации исходных данных, так и по качеству постпрогноза. В качестве рабочей выбрана регрессионно-дифференциальная модель второго порядка, показаны ее преимущества и недостатки по сравнению с линейной многофакторной моделью. Исследовано влияние изменений управляемых и неуправляемых факторов на показатели индекса человеческого развития. Показаны возможности по управлению системой. Заключение. На основании краткосрочных прогнозов сформулированы рекомендации по улучшению показателей индекса человеческого развития.
Бесплатно
Моделирование полосно-пропускающих фильтров на основе многослойной технологии
Статья научная
Одной из неотъемлемых составных частей современных радиопередающих устройств являются полосно-пропускающие фильтры, выполняющие функцию ограничения внеполосного и побочного спектра электромагнитного излучения, что является необходимым в рамках плотного распределения полос радиочастот между радиослужбами. Аналогичные функции полосно-пропускающие фильтры выполняют в составе радиоприемных устройств и устанавливаются на входе. При этом они также выполняют функцию согласующего устройства между радиоприемным устройством и антенно-фидерным трактом. В настоящее время известны методы разработки полосно-пропускающих фильтров на основе микрополосковой технологии, обладающей такими достоинствами, как: широкая теоретическая база, технологичность изготовления, широкий выбор диэлектрических оснований, возможность моделирования без использования дорогостоящего программного обеспечения. При этом недостатком микрополосковой технологии является необходимость расширения площади диэлектрических оснований при увеличении числа частотно-селективных звеньев. В настоящее время перспективным направлением реализации полосно-пропускающих фильтров является их конструирование на основе многослойной технологии, позволяющей увеличивать число частотно-селективных звеньев без расширения площади диэлектрических оснований. Цель исследования. Целью настоящей работы является исследование частотно-селективных свойств вариантов конструкции полосно-пропускающего фильтра на основе многослойной технологии, базовым элементом которой является микрополосковый переход. Материалы и методы. Для рассмотренных конструкций полосно-пропускающего фильтра проведено численное электродинамическое моделирование в программе ANSYS HFSS с оценкой зависимости S-параметров в диапазоне частот 0,2-4 ГГц и получено графическое распределение электромагнитного поля в микрополосковом переходе. Результаты. Из результатов проведенного моделирования следует, что рассматриваемые конструкции полосно-пропускающего фильтра характеризуются хорошим согласованием с волновым сопротивлением 50 Ом (КСВН не более 1,5 в широком диапазоне частот), малым затуханием на центральной частоте (не более 0,5 дБ), а также значительным подавлением сигнала вне полосы его пропускания (более 30 дБ). Заключение. Результаты моделирования доказывают возможность практического применения полосно-пропускающих фильтров, разработанных на основе многослойной технологии, в составе радиопередающих устройств современных систем радиолокации и радионавигации.
Бесплатно
Статья научная
Предложена математическая модель процесса отражения зондирующего радиосигнала от стенок резервуара и поверхности содержащейся в нем жидкости. Разработанная математическая модель позволяет решать задачи определения влияния различных факторов на характеристики отраженного радиосигнала.
Бесплатно
Моделирование процессов бифуркации режимов стабилизатора тока светоизлучающих диодов
Статья научная
Статья посвящена разработке алгоритмов моделирования процессов бифуркации режимов стабилизатора тока светодиодных осветительных приборов. Приведен алгоритм расчета бифуркационной диаграммы, иллюстрирующей характер усложнения колебаний при изменении параметров. Выявлен новый тип С-бифуркации, приводящей к мягкому переходу от двухчастотных колебаний к устойчивому периодическому режиму. Описана математическая модель данной схемы. Алгоритмы реализованы в виде программного обеспечения. Даны результаты выполнения программы, написанной на языке программирования C++.
Бесплатно
Моделирование процессов регулирования в системах теплоснабжения
Краткое сообщение
Широкое применение в современных системах теплоснабжения нашли автоматические регуляторы температуры теплоносителя. Чаще всего такие системы реализуют колебательные процессы регулирования. Изменения параметров регуляторов в соответствии с инструкциями практически ничего не меняют, а сами инструкции не содержат методик идентификации зданий как объектов регулирования. Попытки существенных (в десятки раз) изменений параметров регулятора в реальных тепловых системах очень опасны. Для того чтобы получить качественные представления о влиянии выбираемых параметров регуляторов на процессы в системах, целесообразно использовать математическую модель тепловой системы, адекватную реальным тепловым системам. Представлена разработанная авторами модель системы теплоснабжения с привязкой к промышленно выпускаемым регуляторам температуры теплоносителя для систем отопления и горячего водоснабжения. Показана адекватность модели реальной системе теплоснабжения.
Бесплатно
Моделирование работы двухчастотной системы посадки самолетов
Статья научная
Получены точные и приближенные (на основе разложения функции в ряд Маклорена) соотношения для вычисления разности глубин модуляции (РГМ) сигналов, излучаемых двухчастотным радиомаяком инструментальной системы посадки самолетов. Проведено сравнение результатов вычисления РГМ по приближенной и по точной формулам. При этом рассмотрен общий случай, когда сигнал «несущая плюс боковые частоты» и сигнал «боковые частоты» сдвинуты между собой по фазе. Представлены закономерности в поведении РГМ в зоне действия курсового радиомаяка. Статья представляет интерес для разработчиков радиомаячных систем посадки, для специалистов, выполняющих ввод в эксплуатацию курсовых и глиссадных радиомаяков, для специалистов радиотехнических служб аэропортов, для преподавателей и студентов вузов соответствующих специальностей.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрена возможность определения механического момента с погрешностью 0,5-3 % путем разработки и использования оптимальных алгоритмов учета энергетических преобразований в электрической машине, реализация которых возможна при использовании аналого-цифровой и вычислительной техники.
Бесплатно
Статья научная
При разработке любой информационной системы крайне важным этапом ее жизненного цикла является этап проектирования или моделирования. Среди существующих подходов к проектированию информационных систем, например, такого как «классическая» разработка UML-диаграмм с помощью унифицированного языка моделирования, все большую популярность получает подход модельно-ориентированного системного инжиниринга, ориентированный на построение моделей. Цель исследования. Рассмотреть моделирование системы мониторинга и анализа информации электронных СМИ методами модельно-ориентированного системного инжиниринга. Методы и инструментарий исследования. Предложено использование инструментария методологии системно-ориентированного проектирования, сфокусированной на создании и использовании моделей разной степени деталировки на различных стадиях проектирования. Представлено применение моделей иерархических декомпозиций сущностей на примере типовых сущностных характеристик искусственных систем: требования к системе, функции системы, компоненты системы (подсистемы), работы по созданию системы. Описан регулярный метод построения и последовательного расширения архитектурных моделей продуктов, на основе которого построены модели иерархической таксономии функциональных требований к системе, ключевых функций, компонент ядра системы. На основе моделей иерархической таксономии построена модель соответствия требований и функций и модель соответствия функций и компонент системы. Результаты. Разработанные модели наглядно показывают взаимосвязь компонент системы, требований, функций и модулей друг с другом. Применяемый подход позволяет детализировать представление системы на основе ее декомпозиции на подсистемы и на основе учета сущностных характеристик. Все это дает возможность упорядочить последовательности этапов создания системы и декомпозировать их на отдельные этапы работ. Заключение. Результаты, полученные в ходе проведенного исследования, позволяют перейти к следующему этапу жизненного цикла разрабатываемой информационной системы - ее программной разработке.
Бесплатно
Моделирование стабилизатора тока светоизлучающих диодов в пакете VisSim
Краткое сообщение
Рассматриваются принципы моделирования стабилизатора тока светодиодных осветительных приборов в пакете VisSim. Приведена блок-схема модели стабилизатора тока. Предложена синхронизация двухканального стабилизатора тока светоизлучающих диодов в противофазном режиме. Предложена модель двухканального стабилизатора в операционной среде VisSim с целью исследования влияния разбросов параметров на стабилизирование тока. Показаны результаты выполнения моделирования стабилизатора в пакете VisSim.
Бесплатно
Моделирование статических упругих взаимодействии в лепестковом радиальном подшипнике
Статья научная
Описаны модели радиального лепесткового газодинамического подшипника, построенные в двух различных вычислительных программах: специализированной авторской и в Ansys. Проведен сравнительный анализ решений в этих программах статической задачи упругости для лепесткового подшипника.
Бесплатно
Моделирование стратегий управления дизель-поездом с асинхронными тяговыми двигателями
Статья научная
В настоящем исследовании с помощью расширенной модели движения дизель-поезда ДЭЛ-01 (02) с асинхронными тяговыми двигателями получены графики зависимости скорости, расхода энергии, переключения позиций контроллера машиниста от пройденного расстояния и времени на различных профилях пути и при различных стратегиях ведения поезда. Проведен анализ полученных графиков, в результате чего сделан вывод о целесообразности использования следующей стратегии ведения поезда: разгон с кратковременным нахождением на позициях 1, 2 и 3 контроллера машиниста и более длительным нахождением на экономных позициях 4, 5 и особенно 6 с предпочтительным уклонением от 7 и 8 позиций; движение накатом; торможение. Поскольку модель учитывает не только динамику движения поезда, но и влияние систем автоматического регулирования и частотного управления электропередачей тяговых двигателей и другие факторы, данная стратегия позволяет обеспечивать уменьшение расхода топлива и наиболее безопасный режим движения дизель-поезда в аспекте электромагнитной совместимости его систем. Предлагается использование графиков зависимостей, полученных в результате моделирования, для модуля на нейронных сетях, который будет анализировать текущий режим ведения поезда и выдавать рекомендации машинисту по уменьшению расхода топлива, улучшению условий эксплуатации и соблюдению графика движения.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются теоретические вопросы разработки ультразвукового бура для проведения бурения грунта на небесных телах в составе роботизированной платформы и формулируются задачи ее управления. Специфика применения бура предполагает широкий диапазон температур при эксплуатации, малое потребление энергии, эффективный рабочий цикл и требование обеспечения сохранности структуры и состава грунта при воздействии на него инструмента. Одним из перспективных направлений разработки являются устройства с вибрационной развязкой от грунта по ультразвуку за счет трансформации ультразвуковых колебаний в повторяющиеся удары звуковой частоты с помощью специально введенного «свободного» тела между ультразвуковой и ударной частью бура (бит). Это позволяет проводить непрерывное бурение независимо от состояния ударного бита, включая его заклинивание. Цель работы состоит в выборе наиболее эффективной конструкции бура и составлении математической модели, обеспечивающей проведение имитационного моделирования.
Бесплатно
Моделирование электрических систем и систем управления в современных пакетах MATLAB
Статья научная
Введение. Пакеты Simulink и SimPowerSystem большинством исследователей используются отдельно из-за проблем с взаимной передачей данных между функциональными блоками. В частности, вопросы, касающиеся имитационного моделирования и построения динамических моделей различных систем, решаются с помощью пакета Simulink, а моделирование электроэнергетических, электросиловых систем и систем электропривода - c помощью SimPowerSystem. Цель работы: разработать способы их совместного применение как в учебном процессе, так и на производстве для проектирования узлов и исследования поведения отдельных участков электрических цепей с целью их дальнейшего усовершенствования, выявления причин наиболее часто встречающихся неисправностей, определения возможности замены одних узлов на другие и т. д. Материалы и методы. На практике исследования электрических и электронных схем проводятся аналитическими расчетами, на которые затрачивается значительно больше времени, чем на имитационное моделирование. Показана невозможность непосредственной коммутации сигналов пакетов Simulink и SimPowerSystem в среде MATLAB. На конкретных примерах показано, как можно совместно использовать данные пакеты, выходные сигналы, полученные в одном пакете, использовать в качестве входных сигналов в другом пакете и наоборот. Процесс объединения двух схем, смоделированных в различных пакетах, поэтапно описан на следующих примерах: передача значений из Simulink-модели в MATLAB, передача значений из MATLAB в Simulink-модель, передача значений из Simulink в SimPowerSystem. Результаты. Примеры даны в доступной, понятной форме, с соответствующими схемами, графиками, алгоритмом действий, кодом, ожидаемыми результатами, чтобы читатель мог понять их принцип и при необходимости повторить. Описаны возможные проблемы при выполнении примеров и их возможные решения. Заключение. Совместное использование блоков Simulink и SimPowerSystem позволяет моделировать и очень сложные динамические системы, повышая при этом их функциональность и наглядность, особенно при моделировании электротехнических систем.
Бесплатно
