Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Все статьи: 1059
Статья научная
В представленной работе рассматривается программный комплекс для обеспечения мониторинга состояния следящего гидропривода с гидростатическими направляющими в составе диагностического вибростенда для цифровых трансформаторов. Срок службы цифровых измерительных трансформаторов составляет 25 лет, а межповерочный интервал - 8 лет. Для достижения таких высоких эксплуатационных характеристик необходимо проведение большого количества испытаний для подобных изделий. Одним из таких испытаний является испытание на вибростенде. Уникальность применяемого в диагностическом вибростенде гидропривода заключается в его длительном ресурсе работоспособности в эксплуатационных нагрузках (до 100 млн циклов). Такая надежность достигается за счет применения в конструкции гидропривода специальных гидростатических направляющих и требует наличия специального программного обеспечения. Создана архитектура программного комплекса для вибростенда. Для тестирования функционала пакета выполнено имитационное моделирование работы компонентов программного комплекса. Цель исследования: на основе анализа функционирования технологического оборудования и вариантов реализации управляющего программного обеспечения разработать архитектуру программного комплекса для реализации системы мониторинга состояния следящего гидропривода с гидростатическими направляющими в составе диагностического вибростенда для цифровых трансформаторов.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается технико-экономический механизм модернизации систем наружного освещения на основе возвратно-целевого усиления бюджетного финансирования. Исследовано влияние повышения функционального резерва светодиодных источников света на период окупаемости проектов модернизации систем освещения.
Бесплатно
Разработка системы автоматического регулирования флегмового числа ректификационной колонны
Статья научная
Введение. В статье приведен обзор способов управления установками первичной переработки нефти. Для улучшения эффективности разделения предложено стабилизировать флегмовые числа в ректификационной колонне. Цель работы. Разработать систему автоматического регулирования флегмового числа секции дизельного топлива атмосферной колонны нефтеперерабатывающей установки. Исследовать режимы работы атмосферной колонны с участием полученной системы автоматического регулирования. Материалы и методы. Рассмотрены особенности процесса ректификации нефти атмосферного блока нефтеперерабатывающей установки малой мощности. Отмечены особенности отвода тепла с промежуточным циркуляционным орошением по сравнению с крупнотоннажной установкой. Выполнен выбор параметров объекта с разделением на группы. Для достижения поставленной в работе цели составлена динамическая модель секции кожухотрубных теплообменных аппаратов для нагрева нефти дизельным топливом на нефтеперерабатывающей установке малой мощности в виде системы дифференциальных уравнений теплового баланса. Для нахождения расхода обессоленной нефти и расхода соленой воды составлено уравнение материального баланса электродегидратора. Получена зависимость флегмового числа секции дизельного топлива атмосферной колонны от температур на входе и выходе циркуляционного орошения атмосферной колонны, расходов острого орошения, циркуляционного орошения и отбора нефтяных фракций. Результирующая модель состоит из двух частей: линейной части секции электродегидратора и теплообменников, определяющей температуры теплоносителей, и нелинейной выходной части, определяющей флегмовое число в зависимости от технологических параметров. Предлагаемая модель позволяет исследовать влияние возмущающих воздействий на управляемые параметры. Инструментом реализации полученной модели выбран программный продукт MATLAB/Simulink. С участием разработанной модели объекта исследования построена система автоматического регулирования флегмового числа в MATLAB/Simulink. Заключение. Получены результаты моделирования системы автоматического регулирования флегмового числа секции дизельного топлива атмосферной колонны нефтеперерабатывающей установки малой мощности с учетом особенностей процесса в условиях воздействия возмущений.
Бесплатно
Разработка системы автоматического управления флотационным процессом хлористого калия
Статья научная
В статье рассмотрены создание алгоритма и синтез двухконтурной системы автоматического управления уровнем и плотностью вместо действующей одноконтурной. Цель исследования. Стабилизация плотности и стабилизация питания флотационной машины с помощью создания двухконтурной системы автоматического управления уровнем и плотностью с целью улучшения качества конечного продукта. Материалы и методы. Поскольку в системе нет чистого запаздывания, то настройка регулятора производится по методу параметрической оптимизации, а именно: по критериям модульного оптимума (МО) или симметричного оптимума (СО). Для настройки контура применяется также критерий МО/СО. Все системы автоматического управления реализованы в программном пакете MATLAB Simulink. После синтеза локальных и комбинированных систем автоматического регулирования (САР) рассчитываются основные показатели качества, чтобы узнать, какая из САР является наиболее приемлемой. Качество управления определяется по такими показателям, как время переходного процесса, перерегулирование и ошибка системы. Первые два показателя показывают динамику процесса, а последний показатель показывает точность системы. Заключение. Готовая двухконтурная система автоматического управления, разработанная в программном пакете MATLAB Simulink, согласно анализу полученных показателей регулирования процесса обеспечивает стабилизацию плотности и уровня в агитационном чане для флотации.
Бесплатно
Статья научная
Известно, что компании стараются сократить свои затраты на производство. Одним из эффективных способов сокращения затрат является автоматизация процессов. Например, замещение сотрудников различными роботами или информационными системами. Зачастую при строительстве или другом масштабном производстве требуется мониторинг работы сотрудников. В самом простом варианте мониторинг может осуществляться с помощью видеокамер и сотрудников, которые просматривают записи с этих камер. Это влечет за собой затраты на оплату труда сотрудников, налоги и другие отчисления. Изменить такой процесс мониторинга можно с помощью систем слежения за перемещением рабочих. Внедрив такую информационную систему в производство, можно сократить расходы, которые были описаны выше. На сегодняшний день алгоритмы машинного обучения и компьютерного зрения довольно сильно развились и позволяют реализовывать такие системы слежения. Существуют уже готовые варианты систем слежения на базе алгоритмов компьютерного зрения, но они имеют высокую стоимость, что подходит только для крупных производств. Другим вариантом является разработка собственной системы слежения, которая будет учитывать специфику организации, в которой планируется ее внедрение. Цель исследования: рассмотреть технологии, с помощью которых можно построить систему слежения, и предложить реализацию системы слежения за рабочими с применением алгоритмов машинного обучения и нейронных сетей. Материалы и методы. Рассматриваются существующие решения систем мониторинга на базе технологий RFID, компьютерного зрения, GPS и датчиков движения. Приводятся их плюсы и минусы. Рассматриваются существующие способы для детекции движения с использованием компьютерного зрения. Приводится обзор существующих алгоритмов для обнаружения рабочего в специализированном костюме. Рассматривается алгоритм YOLOv5, который состоит из backbone, neck и head. Результаты. В статье авторами приводится описание рассматриваемых алгоритмов машинного обучения, компьютерного зрения и нейронных сетей. Предлагается реализация системы мониторинга за рабочими. Дается описание модулей, из которых состоит система слежения, приводится схема взаимодействия модулей. Описывается разработка алгоритма детекции движения и алгоритма определения рабочего в специальной форме.
Бесплатно
Разработка системы поддержки принятия решений для повышения продуктивности молочного животноводства
Статья научная
Введение. Важнейшей тенденцией современного глобального развития является переход к новым, умным технологиям, основанным на оперативной обработке большого количества данных при помощи современных математических методов, осуществляемый с применением новейших средств коммуникации и информационных технологий. Подобная тенденция прослеживается в большинстве сфер человеческой деятельности, в том числе и в молочном производстве - важнейшей отрасли сельского хозяйства. Цель работы - разработка системы поддержки принятия решений для повышения продуктивности молочного животноводства. Материалы и методы. В качестве базы исследования использованы труды различных авторов по вопросам исследования критериев, оказывающих ключевое влияние на продуктивность животноводства, на основе чего определена взаимозависимость между факторами, обеспечивающими продуктивность молочного животноводства, а также исследована возможность управления продуктивностью молочного животноводства посредством изменения кормового рациона животных. Важное место отведено оценке микроэлементного статуса животных, которая является индикатором продуктивности животноводства. Результаты. В рамках исследования построены модели зависимости продуктивности молочного животноводства от кормовой базы, которая, в свою очередь, зависит от урожайности кормовых культур. Построенные модели позволили выявить возможности управляющего воздействия на урожайность кормовых культур посредством внесения удобрений и общую производительность молочного животноводства посредством регулирования рациона кормовыми добавками. При этом в работе в качестве индикатора состояния системы использован микроэлементный статус, который может быть измерен как у кормовой базы, так и у животных. Отслеживание изменений в элементном статусе позволяет оперативно реагировать на изменение условий и корректировать кормовую базу для оптимизации молочного производства. Заключение. Выявленные зависимости позволили разработать систему поддержки принятия решения для повышения продуктивности молочного животноводства, включающую в себя модули оценки урожайности и производительности, а также алгоритмы их корректировки.
Бесплатно
Разработка управляемого робота «ХТР-М»
Краткое сообщение
В настоящее время рынок робототехники интенсивно развивается, регулярно появляются новые разработки и всё говорит о том, что этот процесс будет продолжаться. Целью исследования является разработка робота-разведчика, способного выполнять функции независимой передвижной станции, имеющего систему безопасности от столкновений, собственные световые огни и способного работать автономно максимально возможное количество времени. Подобные модели роботов могут быть использованы в различных сферах: спасательные работы, помощь людям с ограниченными возможностями, доставка грузов в удалённые и труднодоступные районы и т. д. В связи с поставленной задачей, было проведено аналитическое исследование подобных роботов-разведчиков. В статье представлено описание реализации данного робота.
Бесплатно
Статья научная
Организационные системы управления являются распределенными, при этом некоторые контуры управления в них организуются в явном виде, другие существуют в неявном виде. При управлении производственным предприятием всегда существует модель объекта производства (производимой продукции), модель производственной среды и модель жизненного цикла. АИС представляет собой модель реальной производственной системы. Разработан комплекс моделей классификаторов производственного предприятия. Построены модели производственных процессов при внедрении информационных систем, которые являются естественным отображением модели организации и управления производством на верхнем уровне. Базовой технологией реализации информационных потоков в производственной системе является производственный документооборот. Для получения модели производственного документооборота необходимо рассмотреть производственную систему в аспекте взаимосвязи и движения документов. Предложена модель производственного документооборота, позволяющая однозначно классифицировать производственные процессы. При моделировании учитывались знания из менеджмента, теории принятия решений, системного моделирования, программирования.
Бесплатно
Статья научная
В статье приводится результат эксперимента по применению трансферного обучения с помощью сверточной нейронной сети Visual Geometry Group with 16 layers (VGG-16) применительно к задаче распознавания пыльцевых зерен на изображениях. Анализ информационно-теоретической базы по применению алгоритмов машинного обучения к задаче классификации пыльцевых зерен за последние несколько лет показал необходимость разработки (применения) нового метода к распознаванию изображений пыльцевых зерен, полученных с помощью оптического микроскопа. В настоящее время автоматическая классификация для идентификации пыльцы становится очень активной областью исследований. В статье обоснована задача автоматизации классификации пыльцевых зерен. Целью исследования является анализ эффективности и точности классификации микроскопических изображений пыльцевых зерен с помощью трансферного обучения сверточной нейронной сети VGG-16. Трансферное обучение было выполнено с помощью нейронной сети VGG-16, имеющей 13 сверточных слоев, группируемых в 5 блоков с пулингом и 3 сглаживающих слоя на выходе. Поскольку применяется трансферное обучение, то количество эпох обучения можно выбрать небольшим. У данной сети меняются только сглаживающие выходные слои, а извлечение признаков осуществляется с весами классической модели. Поэтому было выбрано использовать 10 эпох обучения. Другие гиперпараметры - регуляризация Drop Out с вероятностью 50 %, метод оптимизации - ADAM, функция активации - sigmoid, функция потерь - кросс-энтропия, размер батча - 32 изображения. В результате за счет настройки гиперпараметров модели и использования аугментаций удалось достичь доли верных распознаваний порядка 80 %. При этом в связи с разным количеством обучающих примеров частные характеристики по классам несколько отличаются. Так, максимальные точность и полнота достигают 94 и 83 % соответственно для типа Одуванчик. В будущем планируются исследования для применения аугментации в качестве предобработки для создания сбалансированной выборки. За счет применения сверточной нейронной сети VGG-16 к задаче распознаваний изображений пыльцевых зерен были достигнуты высокие показатели точности и эффективности метода.
Бесплатно
Распределение ресурсов типа мощности на основе обобщения задачи о "редакторе"
Статья научная
Постановка задачи. Менеджмент строительных организаций предполагает осуществление подготовительных мероприятий, предшествующих возведению объекта. Причем такая подготовка носит двоякий характер: с одной стороны, требуется подготовиться к возведению достаточно сложного в инженерном смысле объекта, с другой - необходимо подготовить конкретные строительные организации к участию в возведении данного объекта в заданное время и определенном месте. То есть необходимо определить, в какие сроки, какими силами и с помощью каких предприятий будут выполняться работы, предусмотренные сметой на строительство объекта. Результаты. Рассматривается задача формирования производственной программы строительного предприятия при различных вариантах выбора организационно-технологических решений, обеспечивающих соблюдение договорных сроков выполнения данной программы. В том случае, когда это не удается, часть объектов или же отдельных работ передается сторонним организациям, что сопровождается дополнительными затратами. Предлагается алгоритм на базе обобщения классической задачи «редактора», позволяющий определить варианты, обеспечивающие минимум таких затрат. Выводы. Получены алгоритмы решения задач оптимизации объемов работ с несколькими видами ресурсов как аналог классической задачи обработки деталей на станках, и для их решения предлагается модификация метода динамического программирования (обобщение на случай нескольких ограничений).
Бесплатно
Статья обзорная
В статье рассматривается автоматизированное управление сложной системой технологического пароснабжения крупного промышленного предприятия на примере промплощадки ККЦ ОАО «ММК». Приводятся общая характеристика, анализ режимов пароснабжения промплощадки ККЦ, структурная схема разработанной распределенной автоматизированной системы управления пароснабжением промплощадки, результаты математического моделирования.
Бесплатно
Распределенное имитационное моделирование системы теплоснабжения зданий в среде VisSim
Статья научная
В статье рассматривается подход к построению распределенной имитационной модели централизованной системы теплоснабжения зданий с использованием ЭВМ в среде имитационного моделирования VisSim. Представленный подход основан на разделении модели на взаимосвязанные подсистемы, моделирование которых может производиться на узлах вычислительной сети одновременно. Предложены способы синхронизации подсистем, полученных в результате разделения исходной модели. Описаны преимущества и недостатки предложенных способов синхронизации. Представленные результаты моделирования систем теплоснабжения с различным числом потребителей подтверждают, что скорость расчета модели с большим количеством элементарных вычислительных блоков и нелинейных уравнений увеличивается при разделении ее на взаимосвязанные подсистемы.
Бесплатно
Расчет и оптимизация параметров измерительных узлов автоматизированных систем контроля
Статья научная
Рассматриваются методы контроля и схемотехнические решения измерительных устройств в автоматизированных системах контроля различных объектов, для которых характерны измерения в области сверхмалых токов и напряжений. Предлагаются графоаналитические методы поиска оптимальных значений параметров измерительных узлов на основе уравнений чувствительности с возможностью обработки результатов измерений на микроконтроллере, позволяющие повысить точность и параметрическую устойчивость измерителей. Приводится сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.
Бесплатно
Расчет параметров робастного ПИД-регулятора на основе метода локализации
Краткое сообщение
Рассмотрена задача управления объектом второго порядка с нестационарными параметрами и действующими возмущениями с помощью типового регулятора. Предложена процедура расчета параметров робастного ПИД-регулятора, основанная на методе локализации. Полученная система обладает требуемым качеством переходных процессов и обеспечивает достаточно быструю отработку возмущающего воздействия. Приведены математические соотношения, описывающие предлагаемый метод, алгоритм синтеза ПИД-регулятора и результаты моделирования, демонстрирующие полученные результаты.
Бесплатно
Расширение функциональных возможностей коллиматорного метода антенных измерений
Краткое сообщение
Предложен способ расширения возможностей коллиматорного стенда антенных измерений. Рассматривается структура автоматизированного комплекса коллиматорного метода антенных измерений, позволяющего повысить точность оценки максимального уровня боковых лепестков диаграммы направленности в сечениях, отличных от главного. Разработана методика измерения объемных ДН на компактном полигоне и структура автоматизированного комплекса коллиматорного метода антенных измерений, которая реализует данную методику. В результате исследования было выяснено, что разработанная методика позволяет значительно снизить трудоемкость измерений и время их проведения, исключить влияние человеческого фактора на допускаемые погрешности, а также повысить точность оценки максимального уровня боковых лепестков ДН в сечениях, отличных от главного.
Бесплатно
Реализация виртуального осциллографа на базе микроконтроллера STM32
Статья научная
В статье представлены структурно-функциональная схема виртуального осциллографа, описание макетной платы, описание блока «COM-порт». Представлены режимы работы аналого-цифрового преобразователя и UART в микроконтроллере STM32. Из представленных режимов работы выбраны оптимальные для работы блока виртуального осциллографа. Цель исследования: разработать виртуальный осциллограф на основе микроконтроллера STM32, предложив его структурно-функциональную схему. Материалы и методы. Для разработки структуры виртуального осциллографа необходимо спроектировать схему его взаимодействия с лабораторной установкой, выбрать оптимальный метод для снятия напряжений с точек макетной платы и способ их передачи на компьютер. Также необходимо реализовать блок COM-порта и его взаимодействие с блоком виртуального осциллографа в среде моделирования. Результаты. Разработана структурно-функциональная схема программно-аппаратной реализации работы виртуального осциллографа. Описаны режимы работы аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера STM32. Описаны режимы передачи данных по UART в STM32. Представлен формат передаваемых по UART кадров. Также реализован блок COM-порта и его взаимодействие с блоком виртуального осциллографа в среде моделирования МАРС. Заключение. В результате рассмотрения методов работы с внутренним аналого-цифровым преобразователем микроконтроллера STM32 и методов работы с UART был сделан вывод, что оптимальным режимом работы является работа с использованием технологии прямого доступа к памяти. Использование виртуального осциллографа позволяет сделать более удобным отображение аналоговых сигналов за счёт использования большого монитора компьютера. Также реализация на компьютере позволяет реализовать функционал для сравнения и хранения информации с множества каналов и сделать удобным масштабирование графика отображаемого сигнала. Использование внутренних аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера позволяет значительно сэкономить на покупке реального осциллографа.
Бесплатно
Реализация правовых актов в области безопасности дорожного движения с учетом их стоимости
Краткое сообщение
Проблема разработки методологии законотворчества, в которой рассмотрены вопросы формирования основ процедурных правил и механизмов инициирования, рассмотрения и принятия законодательных и иных нормативных правовых актов в области безопасности дорожного движения является весьма актуальной. Такие задачи относятся к классу задач комплексного оценивания сложных социально-экономических объектов и для их решения широко используется подход, основанный на формировании дерева целей. Основная идея этого метода состоит в том, что каждая вершина дерева целей дезагрегируется на две подвершины, что позволяет проводить агрегирование каждой пары вершин в последующую вершину (верхнего уровня) с помощью логических матриц свертки. В статье предложена многошаговая процедура комплексного оценивания, предусматривающая агрегирование на каждом шаге только по оценкам двух критериев. Это упрощает задачу выбора правил агрегирования, так как соответствует реальным возможностям человека в выдаче непротиворечивой и устойчивой информации. Наиболее полное отражение последовательности этапов сопоставления различных, разнородных характеристик объекта возможно при построении бинарной структуры. Это позволяет более точно смоделировать стратегию лица принимающего решение при большом числе разнородных факторов и условий функционирования. Разработка процедур оценивания на основе предложенной методологии для реальных объектов должна осуществляться с учетом специфики оцениваемых проектов, требований ЛПР, состава экспертов, процедур обработки экспертной информации и механизмов управления, в которых будут использованы полученные комплексные оценки.
Бесплатно
Реализация цифрового двойника в среде моделирования МАРС
Статья научная
В статье рассмотрена методика построения цифрового двойника для имитации процессов старения компонентов электрической схемы и связанных с ними постепенными отказами оборудования. Данный двойник создается посредством плат ввода-вывода, подключаемых к микроконтроллеру STM32. Это позволяет передавать некоторый аналоговый сигнал от объекта и оцифровывать его в микроконтроллере, который далее передается на компьютер с запущенной на нем средой моделирования МАРС. Другой канал реализует те же сигналы, но от компьютерной модели объекта, и далее сигналы с компьютерной модели и с реального объекта сравниваются с помощью компаратора, а затем визуализируются с помощью виртуального осциллографа. Приведена программно-аппаратная реализация цифрового двойника.
Бесплатно
Статья научная
Технологии агрометеорологических прогнозов урожайности (АПУ) зерновых культур, включая регрессионные АПУ, основанные на данных о нормализованном вегетационном индексе (NDVI), являются важным элементом современной аграрной индустрии. Цель исследования: обосновать эвристическую модель урожайности и подходы к разработке моделей регрессионных методов АПУ, включая процедуру выбора предикторов АПУ по данным NDVI спутниковой системы наблюдений Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) и провести экспериментальное прогнозирование. Материалы и методы. Используются данные официальной статистики урожайности орошаемых озимых пшеницы и ячменя иракской провинции Дивания и наблюдения NDVI MODIS за 2001-2019 годы. За основу принята двухкомпонентная эвристическая модель урожайности, содержащая тренд урожайности, обусловленный сравнительно медленным изменением технологии возделывания культур, и климатическую компоненту, связанную с колебаниями биологической продуктивности из-за погодных условий вегетации. Результаты. С помощью эвристической модели развит объектно-ориентированный подход к выбору предикторов регрессионной модели АПУ. Используя зависимость NDVI от проективного покрытия и листового индекса посевов, качественно и количественно определили эволюцию NDVI в отдельных стадиях развития пшеницы и ячменя. Показано, что в АПУ на уровне провинции в качестве исходных предикторов следует выбрать временные ряды NDVI-MODIS за первую и вторую половину февраля в трех зерносеющих районах провинции. Эксперименты показали, что удовлетворительное качество регрессионных АПУ ячменя и пшеницы достигается при различных наборах 2-3 исходных неколлинеарных предикторов и их комбинацией с величиной урожайности прошлого года либо включением линейных или квадратичных зависимостей. Выводы. АПУ пшеницы с относительной ошибкой около 10 % получаются только при подборе интервала обучения моделей и контроле параметров авторегрессионного предиктора. Высокое качество прогнозов регрессионных моделей АПУ ячменя обусловлено тем, что в изменчивости его урожайности преобладает климатическая компонента. Разработанный объектно-ориентированный подход может быть адаптирован к условиям богарного земледелия и прогнозу урожайности других культур.
Бесплатно
Регуляризирующие схемы в задачах восстановления поля излучения антенн по измерениям в ближней зоне
Статья научная
Задача восстановления диаграммы направленности антенной системы в строгой электродинамической постановке сформулирована в виде системы функциональных уравнений I рода. Решение этой системы определяет распределение токов антенной системы, с помощью которых вычисляется асимптотическое представление диаграммы направленности в дальней зоне, при этом поле излучения антенной системы определяется с учетом влияния элементов конструкции (рефлектора) и взаимного влияния излучателей. Предложен метод численного решения системы уравнений по ограниченному множеству результатов измерений амплитудно-фазового распределения поля в ближней зоне. Для совпадения размерностей определяемых распределений токов и результатов измерений предложены эффективные интерполяционные схемы. Применение итеративной регуляризирующей процедуры позволяет получить устойчивые решения некорректной задачи с приемлемой точностью при наличии случайных погрешностей измерений.
Бесплатно
