Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Все статьи: 1048
Статья научная
В современной горнодобывающей промышленности актуальной технической задачей является внедрение автоматических систем, обеспечивающих ориентирование и позиционирование горно-выемочных машин при отработке промышленных пластов. Существует несколько основных технологий, применяемых для позиционирования комбайнов под землей, однако сфера их применения ограничена различными горно-геологическими и технологическими факторами. В условиях отработки промышленных пластов ВКМКС подавляющее большинство из них не подходит. Цель работы: разработать новый подход к задаче одометрического позиционирования горно-выемочной машины под землей, а также создать имитационную модель, позволяющую с необходимой степенью точности определять текущее и прогнозируемое удаление комбайна от начала выработки в условиях зашумленности измерений. Материалы и методы. В качестве технического решения поставленной задачи предлагается применение технологии BLE (Bluetooth Low Energy): iBeacon-маячки будут сбрасываться по ходу движения комбайна, а датчик, прикрепленный сзади бункера-перегружателя, будет считывать расстояния до маячка. Для имитационного моделирования неопределенности при движении комбайна рассматривалась гипотеза о нормальном распределении скорости движения на участках случайной длины. При моделировании сбрасывания маячка использовалась гипотеза о том, что величина рассеяния маячка при падении является двумерной нормально распределенной случайной величиной. Зашумленные измерения генерировались стохастическим процессом с возрастающими границами разброса при удалении датчика от маячка. В качестве инструмента, обрабатывающего зашумления измерения, применялся фильтр Калмана. Результаты. Создана модель, имитирующая случайные скорости движения комбайна на участках случайной длины, а также смоделирован случайный разброс при скидывании Bluetooth-маячков. Для генерации измерений датчика разработан алгоритм, позволяющий учитывать увеличение зашумленности показаний при удалении от ближайшего сброшенного маячка. Для обработки моделируемых измерений и правильного определения дистанции маячок-датчик использован алгоритм Калмановской фильтрации. Заключение. Предлагаемый подход и созданная имитационная модель позволяют с заданной степенью точности определять и прогнозировать расстояние до удаляющегося комбайна при отработке промышленных пластов.
Бесплатно
Решение задачи распределения ресурсов дискретного типа методами линейного программирования
Статья научная
Введение. При планировании проектов, комплексов работ часто приходится решать задачи распределительного типа, связанные с оптимальным распределением ресурсов. Существующие методы решения подобных задач предполагают наличие аналитической зависимости непрерывного типа между объемами распределяемого ресурса и показателями эффективности. Однако оптимизационные задачи становятся не применимыми, когда ресурс дискретный и зависимости задаются табличными способами. Цель исследования. Разработать математическую модель решения задачи оптимального распределения ресурсов дискретного типа с таблично заданными критериями оптимальности методами линейного программирования. Описать методику численного решения задачи с использованием вычислительной техники. Материалы и методы. Решить поставленную задачу удается путем формирования аналитической зависимости кусочно-непрерывного типа между объемом распределенного ресурса и критерием оптимальности. Это позволяет сформулировать оптимизационную задачу, решаемую методами математического программирования. Построить аналитическую целевую функцию удается с помощью введения дополнительных параметров и ограничений. Численное решение задачи можно получить как с помощью математических пакетов прикладных программ, таких как, например, Mathcad, так и с использованием систем программирования. В работе описана методика решения задачи в среде MS Excel с использованием надстройки «Поиск решений». Результаты. Разработана математическая модель решения дискретной распределительной задачи для критерия оптимальности, заданного таблично, методами целочисленного линейного программирования. Описана методика численного решения в среде MS Excel. Заключение. Ранее подобные задачи решались методами динамического программирования, что более затруднительно в вычислительном плане. Проведенные вычислительные эксперименты показали высокую точность вычислений по модели и устойчивость к изменению исходных данных.
Бесплатно
Робастные методы обработки космических радиолокационных сигналов и изображений
Статья научная
Рассматриваются робастные методы обработки космических радиолокационных сигналов и изображений, позволяющие повысить помехоустойчивость радиотехнических систем на фоне мощных аддитивных помех. Приводится численное математическое моделирование нелинейного робастного обнаружителя, синтезированного с помощью построения отдельных парциальных каналов, а также представлены его рабочие характеристики. Анализируются полученные результаты, основывающиеся на явлении стохастической накачки и характеризующиеся более высокой информативностью по сравнению с известными оптимальными байесовскими линейными методами. Отмечается более высокая помехоустойчивость по сравнению с согласованной фильтрацией.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены российские торговые автоматы (ТА) продуктов питания. Предложены схемы построения роботизированных технических комплексов для автоматической продажи товаров и принципы их действия. Обоснован выбор манипуляторов, осуществляющих доставку оплаченного товара со склада в зону выдачи покупателю. Приведены примеры X3D-моделей складов и полок, на которых размещается товар. Разработана SVG-модель ручной и автоматической анимации программных движений манипулятора в процессах доставки товара от склада к покупателю. Предложен алгоритм автоматической генерации программных последовательностей для электроприводов с системой команд, задающих абсолютные и относительные положения валов электродвигателей, максимальные и маршевые скорости, а также ускорения разгона и торможения. Приведены примеры сгенерированных программных последовательностей для линейных приводов фирмы FAULHABER. Предложены схемы компоновки приводов манипулятора, при которых его уравнения динамики являются линейными с постоянными коэффициентами, то есть позволяют элементарно решать задачи оптимального управления манипулятором в смысле быстродействия. Описана трехуровневая система управления ТА, в которой на нижнем уровне используются контроллеры или драйверы электроприводов, средний уровень реализован на платформе Arduino, на верхнем уровне используется планшетный персональный компьютер. Описаны возможные программно-аппаратные средства общения ТА с покупателем, учета продаж и остатков товара на складе, приема платежей от покупателей и взаимодействия ТА с информационными системами его владельца. Рассмотрены варианты интеграции Arduino с мобильными приложениями и информационными системами на платформе 1Сv8. Приведен и описан код SVG-моделей ТА, позволяющий размещать оборудование, подбирать геометрические размеры складов, полок, корзин, выбирать типы кинематических пар и длины звеньев манипуляторов, строить программные движения манипуляторов и решать другие задачи в процессе проектирования ТА.
Бесплатно
Статья научная
Отражены результаты кафедры технологии машиностроения по разработке и применению инновационных технологий обучения в образовательном процессе специалистов в области метрологии, стандартизации и сертификации. Показана необходимость радикальных изменений содержания и методов обучения для формирования базовых, ключевых компетенций. Приведены результаты анализа и выбор различных типов инновационных подходов к образовательным технологиям: радикальных, комбинированных, модифицирующих. Разработана инновационная модель обучения, связанная с несколькими видами деятельности: поиски по линии репродуктивного обучения; поиски по линии исследовательского, инновационного обучения, в рамках которого учебный процесс строится как поиск познавательно-прикладных практических сведений; использование модели учебной дискуссии; организация обучающей деятельности на основе игровой модели. Созданная обобщенная модель обучения с применением инновационных технологий предусматривает: активное участие студентов в процессе обучения; возможности прикладного использования знаний в реальных условиях; представление концепций и знаний в самых разнообразных формах (а не только в текстовых); подход к обучению как к коллективной, а не индивидуальной деятельности; акцент на процесс осмысливания, а не на запоминание информации и др. Описаны инновационные технологии, используемые на кафедре, основанные на концепции развивающего обучения. Показан опыт методических инноваций кафедры, связанный с внедрением интерактивных форм обучения. Отражены традиции кафедры по проведению производственных и преддипломных практик студентов. Приведены результаты оценки удовлетворенности студентов адекватными условиями обучения и самостоятельной работы студентов. Внедрение современных методов и технологий в образовательный процесс кафедры позволяет повысить объём и доступность предоставляемой информации, способствует эффективному усвоению информации, активизирует познавательную деятельность студентов, развивает навыки творческой работы в процессе углубленного изучения научной информации по проблеме, позволяющей студентам развить их творческий потенциал, продемонстрировать свои способности и талант и, соответственно, повышает заинтересованность студентов и позволяет им почувствовать востребованность получаемых знаний при освоении будущей специальности и способствует в конечном счете повышению качества подготовки студентов.
Бесплатно
Статья научная
На текущий момент существует множество программных продуктов или пакетов с открытым исходным кодом, и их количество с каждым днем увеличивается. Из этого можно сделать вывод о том, что публикация исходного кода становится все более и более популярным веянием в мире разработки программного обеспечения. Особое внимание при публикации исходного кода программного решения или пакета для его использования в сообществе разработчиков следует уделить типу лицензии - от этого зависит то, какие сценарии будут доступны для использования с применением опубликованного пакета или программного решения. Также необходимо составить полную и подробную документацию и определиться со способами продвижения публикуемого пакета в среде разработчиков. Цель исследования. Обосновать целесообразность и необходимость публикации программных продуктов, пакетов и библиотек для использования их другими разработчиками для построения собственных систем и сервисов. Привести описание основных типов лицензий открытого программного обеспечения, выявить их особенности и отличия, а также описать те ситуации, для которых тот или иной тип лицензии подходит в большей или меньшей степени. Обосновать необходимость написания документации. Описать способы продвижения и популяризации в сообществе разработчиков публикуемых программных продуктов, пакетов и библиотек. Материалы и методы. Рассматриваются официальные документы лицензий с описанием условий использования, воспроизведения и распространения. Анализируются основные пути и способы продвижения программных продуктов с открытым исходным кодом. Результаты. В статье автором обосновывается актуальность публикации и использования исходного кода разработанного программного продукта, пакета или библиотеки. Описываются основные положения наиболее распространенных типов лицензий. Также приводятся советы по выбору типа лицензии при публикации исходного кода для свободного использования. Обосновывается необходимость написания документации по публикуемому программному продукту. Описываются некоторые способы для продвижения опубликованных пакетов, например, такие как грамотный выбор имени, выступление на конференциях или публикация статьей с примерами использования.
Бесплатно
Краткое сообщение
При проектировании авиационных комплексов для получения заданного уровня эффективной поверхности рассеяния радиопоглощающих материалов и покрытий имеют строго заданные параметры: переменную по профилю толщину, сложную структуру с меняющимися значениями комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей. Реализовать в полной мере свойства современных покрытий возможно только при строгом соблюдении технологических режимов и допусков при их нанесении. Такие же жесткие ограничения накладываются и на допуск по значениям диэлектрической и магнитной проницаемостей радиопоглощающих покрытий. Задача обеспечения надежной адгезии радиопоглощающих покрытий к обшивкам самолета, выполненным из различных материалов и подвергнутых разнообразной поверхностной обработке, достаточно сложна. При недостаточной адгезии высокие внутренние напряжения приводят к отслоению, а при высокой адгезии - к растрескиванию радиопоглощающих покрытий. В ходе эксплуатации образцов авиационных комплексов, особенно в сложных условиях и при предельных механических и температурных нагрузках, неизбежны ситуации, когда в радиопоглощающих покрытиях будут возникать различные дефекты в виде отслоений, растрескиваний, сколов, царапин и т. п., что приведет к увеличению эффективной поверхности рассеяния и снижению боевых возможностей. Разработан СВЧ-способ обнаружения неоднородностей диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на металле и оценки их относительной величины, заключающийся в создании над поверхностью диэлектрического или магнитодиэлектрического покрытия поля поверхностной медленной волны СВЧ-диапазона, измерении напряженности поля по всей поверхности материала в нормальной относительно направления распространения волны плоскости, определении по величине затухания поля электрофизических параметров, а по степени отклонения коэффициента затухания поля от среднего значения - границы отслоения покрытия и величину его отслоения от подложки.
Бесплатно
Самокалибрующийся термометр на основе точек плавления. Конструкция и алгоритмы работы
Статья научная
В связи с широким использованием микропроцессоров в средствах измерения возникает задача совершенствования характеристик средств измерения за счёт появившихся вычислительных возможностей. Наиболее перспективным направлением этого развития сегодня считается создание средств измерения с оценкой собственного состояния в процессе работы, в том числе самостоятельная калибровка и градуировка средства измерения. В данной работе предлагаются конструкция и принцип работы самокалибрующегося сенсора температуры на основе точек плавления.
Бесплатно
Статья научная
В условиях роста объема открытого образовательного контента, повышения требований к профессиональному образованию со стороны рынка труда, развития концепции обучения в течение всей жизни (Lifelong Learning) сегодня крайне актуальной является задача регулярного обновления содержания образовательных программ и отдельных дисциплин. В статье рассматривается метод семантического поиска образовательного контента под заданные требования рынка труда, определяемые профессиональными стандартами. В отличие от традиционных подходов сопоставления и анализа содержания образовательных программ, основанных на онтологических моделях и правилах, предлагается использовать подход к распределенному представлению слов (word embeddings) с помощью известных нейросетевых моделей языка word2vec и fastText. В качестве исходных запросов выступают фрагменты профессиональных стандартов - конкретные требования к знаниям, умениям и описания трудовых действий и трудовых функций, а в качестве искомых документов - описания учебных дисциплин и онлайн-курсов, включающие аннотацию, результаты обучения, структуру и содержание основных тем. Приводятся данные экспертной оценки качества ранжирования по метрике NDCG (Normalized Discounted Cumulative Gain) и точности семантического поиска по метрике MAP (Mean Average Precision) на представительном корпусе программ учебных дисциплин вузов по ИТ-направлениям и массовых открытых онлайн-курсов. Лучшие результаты для поиска показывают модели word2vec и fastText, обучаемые без учителя на больших специально подготовленных корпусах текстов программ учебных дисциплин и описаний онлайн-курсов. Для перехода от векторов слов к векторам текстов исследуются разные способы усреднения векторов слов, полученных от нейросетевых моделей, в сочетании с векторной моделью TF-IDF.
Бесплатно
Сенсоры давления и температуры на основе суспензии эпоксидной смолы и углеродных нанотрубок
Статья научная
Разработан и опробован технологический процесс создания функционального нанокомпозита на основе эпоксидной смолы и многостенных углеродных нанотрубок (УНТ) типа «Таунит-МД». Разработана методика изготовления малогабаритных сенсоров на основе упорядоченных структур нанокомпозита с различной массовой долей УНТ. Представлены результаты испытаний изготовленных образцов при изменении температуры (от 27 до 90 °С) и давления (от атмосферного до 30 бар). Получены коэффициенты термо- и барочувствительности для сенсоров с различной ориентацией углеродных нанотрубок, при массовом содержании 1, 2 и 3 %. Данные проведенного исследования показывают перспективность использования УНТ в качестве токопроводящих частиц в высокочувствительных сенсорах давления и температуры.
Бесплатно
Сервисно-ориентированная модель ИТ-службы крупной организации
Статья научная
Рассматривается модель ИТ-службы, обеспечивающей непрерывное развитие и поддержку корпоративной информационной системы (ИС). Предложена модель ИС, описывающая ее как сеть взаимодействующих друг с другом инфраструктурных сервисов, сервисов поддержки бизнес-приложений и бизнес-процессов. Рассмотрен общий процесс согласованного развития всех сервисов, предложены модели процессов инкрементального развития и значительного изменения ИС. Установлено, что в общем случае организация ИТ-службы, ориентированной на предоставление сервисов, может включать следующие структурные единицы: группы развития сервисов, реализующие процессы изменений; группу развития корпоративной информационной платформы (или несколько таких групп, если не удается ограничиться использованием только одной платформы); комитет по стратегическому развитию ИС и ИТ в организации.
Бесплатно
Сигнально-ориентированная макромодель гидравлических сетей
Статья научная
Рассматривается решение задач оперативного управления сложными гидравлическими сетями при переменных нагрузках с использованием сигнальноориентированной макромодели сети. Предложенная модель позволяет оперативно решать обратные задачи динамики сетей, возникающие при определении объемов подачи дополнительных ресурсов, необходимых для парирования неконтролируемых изменений нагрузок и стабилизации подачи ресурсов потребителям. Приводится пример решения задачи стабилизации подачи пара от паровой сети на электрическую станцию металлургического предприятия при переменной нагрузке технологического потребителя.
Бесплатно
Синтез закона регулирования привода глубинного штангового насоса в автоматическом режиме
Статья научная
Рассматривается задача синтеза закона регулирования нефтедобывающего оборудования. Приведен краткий анализ возможностей использования различных методов управления. Даны формулы и алгоритмы использования прогнозирующего управления и метода прямой минимизации целевого критерия. Показаны результаты цифрового моделирования приведенных алгоритмов, сделаны выводы по возможности использования данных подходов.
Бесплатно
Статья научная
Предложен математический Е-операторный метод для преобразования системы дифференциальных уравнений в систему разностных уравнений математической модели следящего электропривода. В отличие от традиционно используемых громоздких способов численного интегрирования, например, в пакете Matlab-Simulink, он позволяет синтезировать из передаточных функций следящих электроприводов как последовательные, так и параллельные разностные алгоритмы, работающие в реальном времени на основе как программных, так и аппаратных регистров сдвига. Важно отметить, что эти алгоритмы невозможно реализовать средствами пакета Matlab-Simulink. Параллельный алгоритм обеспечивает большее быстродействие чем последовательный и может быть реализован «конвейерным» способом с помощью нескольких сопроцессоров одновременно. Изложенный метод представляет реальную альтернативу имеющимся средствам в пакете Matlab-Simulink для описания и анализа параметров моделей следящих электроприводов. В первой части статьи описан синтез алгоритма управления с использованием традиционных средств дифференциального исчисления и преобразования Лапласа. Во второй части статьи эта же задача решается с применением предложенного Е-операторного метода. Полученные результаты могут быть использованы в мехатронике, робототехнике, в теории управления и автоматического регулирования, в практике построения следящих электроприводов.
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Система автоматизированного гидротестирования
Статья научная
Разработана функциональная схема системы автоматизированного гидротестирования труб большого диаметра и построена её математическая модель. По результатам моделирования проведено корректирование алгоритма управления реальной испытательной системы.
Бесплатно
Система автоматического регулирования формы сигнала
Статья научная
Описана интеллектуальная система автоматического регулирования формы временной реализации сигнала. Предложена библиотека инструментов виртуального генератора периодических сигналов прямоугольной, синусоидальной, треугольной и пилообразной формы. В отличие от аналогичных генераторов, входящих в стандартную библиотеку среды LabVIEW, уровень нелинейных искажений сигналов в предлагаемом приборе удалось снизить от 5 до 100 раз.
Бесплатно
Система высокоточных измерений параметров электрической энергии
Статья научная
В статье приводится описание системы высокоточных измерений параметров электрической энергии. Представлена структурная схема устройства и описан алгоритм его работы. Проведен выбор основных элементов устройства: аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллера и преобразователя интерфейсов. Также в статье представлен алгоритм работы персонального компьютера и описана производимая в нем цифровая фильтрация данных.
Бесплатно
