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
Статья научная
Обрывы в короткозамкнутой обмотке ротора асинхронного электродвигателя являются одной из причин преждевременного выхода из строя промышленного оборудования. Обрыв стержня ротора приводит к перегреву электродвигателя, повышению его вибрации и снижению эффективности работы. Классические методы диагностики дефектов ротора, основанные на обнаружении частотных составляющих около гармоники питания двигателя в спектрах тока, часто оказываются недостаточно точными из-за влияния различных маскирующих факторов, таких как присутствие шумов в сигналах тока, особенности конструкции ротора и изменение рабочих условий. Цель исследования: применить метод матричных пучков к сигналам тока электродвигателя для получения значений амплитуд и частот высших гармоник дефекта ротора в районе 5-й и 7-й гармоник питания. Высшие гармоники дефекта ротора менее подвержены влиянию маскирующих эффектов и являются более надёжными индикаторами неисправности ротора по сравнению с составляющими в районе основной гармоники питания.
Бесплатно
Обобщение комбинированного метода «факторный анализ + таксономия»
Краткое сообщение
Рассматривается обобщенный метод анализа данных наблюдений, необходимый для обнаружения закономерностей, оценки важности признаков объектов и нахождения скрытых факторов. Предлагаемый метод основан на использовании дискриминантного анализа, таксономии и оценки информативности подсистем признаков. Анализ данных предполагает не только поиск глубинных факторов, но и обнаружение скрытых закономерностей. Предложена модель задачи обнаружения закономерностей, заключающаяся в ее сведении к дискриминантному анализу - задаче разделения множеств. При этом оказалось достаточным рассмотрение случая разбиения на два класса. При отсутствии аналитического описания этого разбиения работать с объектами можно только по их взаимодействию с приборами и экспертизами. Тогда восстановление классов производится по соответствующим прецедентным множествам. Конкретные приложения полученных результатов - задачи поиска закономерностей в неформализованных задачах математической экономики, математической биологии и медицины. В статье показано, что теория алгоритмов позволяет анализировать не только неформализованные задачи, но и в принципе неформализуемые.
Бесплатно
Обоснование численного метода, использующего дополнительную априорную информацию о решении
Статья научная
Во многих обратных задачах математической физики имеется дополнительная априорная информация о точном решении, которую необходимо использовать для качественного улучшения приближенного решения. В настоящей работе предлагается один из возможных методов решения данного класса задач, позволяющий учесть дополнительную априорную информацию в виде данного конуса и принадлежности решения данному конусу.
Бесплатно
Обработка дискретных составных частотно-модулированных сигналов посредством нейросетевого анализа
Краткое сообщение
Описывается алгоритм обработки составных частотно-модулированных сигналов с использованием нейронных сетей. В качестве исследовательской задачи определена попытка оценить характеристики нейросети, при которых бы обеспечивалось максимальное качество обнаружения сигнала. Также описывается алгоритм пошагового построения нейронной сети, выполняющей задачу «сжатия» сигнала. Работа имеет междисциплинарный характер на стыке радиолокации и статистической радиотехники. Стоит отметить, что такой алгоритм сжатия имеет схожую аналоговую модель, реализованную в виде согласованного фильтра. Достоинствами нашего цифрового алгоритма являются быстродействие и более высокая точность. Отметим, что динамические нейронные сети способны обрабатывать многомерные наборы распределенных во времени последовательностей радиоимпульсных сигналов. Они позволяют распознавать нестационарные многомерные образы, приходящие на входы сети. Приведены результаты работы программно реализованной динамической нейронной сети для обработки дискретных составных частотно-модулированных широкополосных сигналов, иллюстрации работы алгоритма, структурная схема динамической нейронной сети и схема узла нейросети, осуществляющая временную задержку. Планируется реализация данного алгоритма на программируемых логических интегральных схемах.
Бесплатно
Статья научная
На основе существующих алгоритмов обработки радиолокационных сигналов с использованием методов решения некорректных задач проведен анализ и сделано предположение, что задача редукции в определении регуляризированного решения является перспективным направлением и позволит получить повышение в точности (разрешения), помехоустойчивости как минимум в два раза по сравнению с существующими методами обработки. Рассмотрены три варианта постановки обратной некорректной задачи и методы ее регуляризации (такие как методы регуляризации Тихонова, фильтр Калмана и так далее) применительно к радиолокации. Разобран и исследован пример использования регуляризированного решения для преобразования Фурье, на основе которого построено решение интегрального управления Фредгольма первого рода типа свертки, которое применяется для математической обработки сигналов в радиолокации, радионавигации и других областях.
Бесплатно
Образовательная, научная и прикладная составляющие мехатроники
Статья научная
Показано формирование мехатроники в качестве фундаментальной технической науки, представляющей компьютерную парадигму технической кибернетики. Рассмотрены образовательная, научная и прикладная составляющие мехатроники. Предложены логотипы, раскрывающие структуру электромехатронного преобразователя (ЭМТП) и мехатронной системы (МС). Приведен пример МС, в котором используются передовые технологии управления.
Бесплатно
Объективные факторы и их смыслы
Статья научная
Рассматривается метод построения факторов и новый метод вычисления их смыслов. Предложенный подход к теории факторного анализа тесно связан с комитетными конструкциями, такими как совместные подсистемы неравенств, а также с математической лингвистикой. Рассматривается комитет как коллективное решение. Фактор - латентный источник динамики взаимозависимых признаков объектов и явлений. В одном из популярных методов факторного анализа исследуется структура матриц ковариаций и корреляций. В ниже изложенном подходе используются семантические окрестности признаков. Также в данной статье приводятся элементы математической статистики и распознавания образов. Рассматривается проблема имён и значений факторов как функций имён и значений признаков.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена задаче как классификации противоречивости условий в проблемах управления в медицинских учреждениях, так и их решению при помощи метода комитетов. В проведенных ранее исследованиях было установлено, что медицинская проблематика требует использования метода «мягкого моделирования», который часто сводится к решению систем линейных уравнений и неравенств из-за своей трудноформализуемости. Здесь и возникают ограничения разного рода. Цель работы. Целью данной работы является изучение противоречий при решении задач управления медицинскими учреждениями, возможность их устранения с помощью метода комитета, а также подхода построения максимально совместных подсистем. Материалы и методы. Предлагается использовать метод максимально совместных подсистем, модифицированный под конструкции задачи, обусловленный вероятностью модели, то есть когда вектор состояния считается некоторым случайным вектором (случайной величиной). Здесь же возникает ситуация, связанная с принципом неопределенности, которая хорошо решается с помощью p-комитета. Рассмотренные методы показывают результативность, так как приближенное решение несовместной системы оказывается достаточно близко к истинному. Однако классификация противоречий раскрывает новые проблемы, связанные с размерностью и числом членов минимального комитета. Результаты исследования. В ходе формулирования видов противоречий становится понятно, что задача о количестве членов комитета сводится к уже решенной проблеме о построении максимально совместных подсистем, что, с одной стороны, полностью обосновывает рассматриваемый авторами подход, а с другой - делает его достаточно простым в условиях современной цифровизации, так как решение систем линейных неравенств не является трудоёмким для современных компьютерных программ. Обсуждение и заключение. Полученные результаты позволяют утверждать, что использование «мягкого моделирования» в задачах управления медицинскими учреждениями является более простым, так как сводится к понятным и простым системам неравенств, пусть и несовместным, но эта проблема решается при помощи метода комитетов. Однако стоит отметить, что в конечном итоге задача имеет простые решения при использовании выпуклых функций и остаётся открытым вопрос в общем случае.
Бесплатно
Одна задача импульсного преследования при ограниченной скорости убегающего
Статья научная
Преследователь управляет реактивной силой точки переменной массы. Убегающий управляет ограниченной по величине скоростью. Найдены оптимальное время преследования и оптимальные управления игроков.
Бесплатно
Онтологический инжиниринг в управлении ресурсом оборудования наукоемкого производства
Статья научная
Современные наукоемкие производства требуют высокой точности, надежности и эффективности работы оборудования. Отказ критически важных узлов может привести к значительным финансовым потерям, нарушению технологических процессов, а также угрозе безопасности. В этой связи управление оборудованием и прогнозирование остаточного ресурса становятся ключевыми задачами для обеспечения бесперебойной работы предприятий. В данной работе произведен анализ влияния технологических параметров и химического состава стали на остаточный ресурс кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок. Разработана комплексная онтологическая модель, интегрирующая данные о температуре стали, механических нагрузках, содержании легирующих элементов и геометрических характеристиках оборудования. Цель: разработка онтологической модели для семантической интеграции разнородных данных и повышения точности прогнозирования остаточного ресурса оборудования с помощью гибридного подхода онтологического инжиниринга и методов машинного обучения. Материалы и методы. Разработана OWL-онтология, включающая классы «Кристаллизатор», «Химический состав», «Технологические параметры». Реализованы SPARQL-запросы для выявления зависимостей между параметрами работы и остаточного ресурса кристаллизатора. Интегрированы методы машинного обучения для прогнозирования и обнаружения аномалий. Результаты. Выявлены ключевые факторы влияния: температура стали, содержание меди, геометрия заготовки. Достигнута точность прогнозирования R2 = 0,85, превышающая традиционные статистические методы. Разработаны правила логического вывода для автоматического определения критических состояний оборудования. Заключение. Проведенное исследование продемонстрировало эффективность комплексного подхода к прогнозированию остаточного ресурса кристаллизаторов машины непрерывного литья заготовок, объединяющего анализ технологических параметров, химического состава стали и геометрических характеристик оборудования. Внедрение методов машинного обучения и онтологического инжиниринга в управление оборудованием наукоемких производств позволяет перейти от реактивного к прогнозному обслуживанию, снижая затраты и повышая надежность. Это особенно важно в отраслях, где стоимость простоя крайне высока, а требования к безопасности и точности критичны. Дальнейшее развитие этих технологий, включая интеграцию с цифровыми двойниками и когнитивными системами, открывает новые возможности для Индустрии 4.0 и «умных» производств.
Бесплатно
Оперативное регулирование экономичности горения в энергетических котлах
Статья научная
Рассматривается способ автоматической оптимизации процесса горения в топке энергетического котла на основе прогнозного значения КПД котла, позволяющего понизить инерционность автоматической системы регулирования экономичности процесса горения. Приводятся временные характеристики поиска оптимального значения КПД.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается подход к оперативному управлению потоками энергетических ресурсов в производственных сетях с учетом динамики их аккумулирования на основе использования математической модели. Приводится пример реализации предложенного подхода к управлению для системы пароснабжения крупного металлургического предприятия.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются модели и методы оперативного управления технологическими процессами (ТП) с прогнозом текущих значений показателей энергетической эффективности, предложена схема системы оперативного управления ТП с контуром оптимального управления по показателям энергетической эффективности, имеющая достаточно общий характер, позволяющая оптимизировать режимы ТП широкого класса.
Бесплатно
Оперативное управление экономичностью водяных тепловых сетей на основе макромоделирования
Статья научная
В работе рассматривается актуальная задача разработки методов оперативного анализа экономичности систем теплоснабжения, основанных на построении упрощенных макромоделей тепловых сетей по данным эксплуатации, позволяющих производить расчеты с достаточной для практического использования точностью в режиме реального времени.
Бесплатно
Операционализация технического качества мобильных операционных систем и встроенных приложений
Статья научная
Проводится анализ технического значения качества мобильных операционных систем. Целью статьи является операционализация данного понятия, а также формирование параметров качества, которые его формируют. Ранее в научной литературе данное понятие никак не формализовалось и не определялось. Производители мобильных операционных систем используют концепцию всеобщего менеджмента качества - TQM. В связи с этим список параметров качества был сформирован на основе проведенных ранее исследований, а также архивов создателей мобильных операционных систем, Apple и Google, а также авторитетных аналитических ресурсов. Для достижения поставленной цели в статье использовался логистический регрессионный анализ, методика Альфа Кронбаха, t-статистика и кластерный анализ. В результате проведенного исследования было выявлено, что все ключевые параметры качества мобильных операционных систем являются внутренне несогласованными на всем горизонте существования. Было сформировано 5 кластеров мобильных операционных систем, параметры качества которых обладают внутренней согласованностью. Сформированные кластеры представляют собой различные версии мобильных информационных систем, фактически существовавшие в разное время. В результате понятие технического качества мобильной операционной системы нельзя считать итоговым определением, формализованном в каком-либо виде. Существует динамика развития самого понятия, соответствие которому отражает фактическое качество мобильной операционной системы в каждый момент времени. В каждый момент времени понятие качества максимально близко к удачной инновационной версии мобильной операционной системы. Развитие данного понятия опирается на фактически существующие в разное время наиболее удачные версии мобильных операционных систем.
Бесплатно
Описание и анализ квазистационарных стохастических систем на основе обратных частотных характеристик
Статья
Бесплатно
Определение вероятности устойчивости систем импульсного регулирования по методу Г. С. Черноруцкого
Статья научная
Предложено развитие метода Г.С. Черноруцкого для определения вероятности устойчивости стохастических нелинейных систем импульсного регулирования (СИР). Рассмотрены два случая определения выполнения условий устойчивости мехатронных систем (МС), когда число параметров, имеющих «большие» вариации, не превышает двух. Произведена квадратичная суммарная оценка качества системы в плоскости ее случайных параметров. Приведены области устойчивости для ряда простейших СИР.
Бесплатно
Определение границ участков динамограммы при ее обработке
Статья научная
Рассматривается задача определения границ участков динамограммы на основе обработки вейвлетных преобразований сигналов. Проводится анализ различных вариантов базисных функций и их пригодность для локализации границ участков динамограмм. Сформулированы принципы нового метода определения границ характерных участков динамограммы.
Бесплатно
Определение дефектов оборудования нефтяной скважины по динамограмме
Статья научная
Рассматривается задача анализа динамограммы с целью обнаружения дефектов скважинного оборудования. Приведен обзор разных методов диагностики скважинного оборудования по динамограмме. Дан простой алгоритм, позволяющий определять различные дефекты с возможностью реализации его в контроллере системы управления привода насосной установки.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Существуют различные практические способы реализации магнитной левитации как метода удержания или подъема объекта с помощью одного только магнитного поля. В работе рассматривается следующий принцип создания равновесия тела. Небольшой цилиндрический неодимовый магнит удерживается при электромагнитном взаимодействии с пульсирующим током, протекающим через катушку. Для возникновения парящего эффекта при приближении магнита к катушке ток через нее отключается электронным ключом, срабатывающим от цифрового датчика Холла, расположенного на оси катушки. Вызывает практический интерес разработка простых рекомендаций, позволяющих прогнозировать факт удержания тела при данной конструкции катушки, токе через нее, размерах и свойствах постоянного магнита. Мало инженерных методик, позволяющих определять положение тела, его устойчивость и характер движения во взвешенном состоянии. Целью исследования является теоретическое и экспериментальное исследование динамических параметров постоянного магнита при его удержании в импульсном магнитном поле и создание упрощенной расчетно-экспериментальной методики для определения характеристик поведения тела во взвешенном состоянии. Материалы и методы. При выполнении работы применялись методы математического и компьютерного моделирования, а также экспериментального исследования. Созданное программное обеспечение с использованием средств разработки пакета Mathcad основывалось на известных методах численного интегрирования системы дифференциальных уравнений. Результаты. Предложена упрощенная расчетно-экспериментальная методика по определению магнитных моментов для постоянного цилиндрического магнита и катушки с током, а также примерного значения координаты положения тела во взвешенном состоянии. Разработана математическая модель одномерного движения магнита под действием силы тяжести и электромагнитной силы взаимодействия с импульсным магнитным полем при известном расстоянии, на котором происходит выключение тока. Заключение. Экспериментально и посредством компьютерного моделирования установлено, что чем выше частота пульсаций, тем при удержании тела наблюдается его меньшая амплитуда пульсаций и устанавливается более устойчивое равновесие. Частота пульсаций уменьшается с увеличением массы постоянного магнита, причем есть критическая масса, которая уже не удерживается в электромагнитном поле. При увеличении напряжения, подаваемого на коммутатор катушки, возрастает частота пульсаций тела и потребляемая электрическая мощность, при этом коэффициент заполнения импульсов тока снижается.
Бесплатно
