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: 1119
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 представленной работе рассматривается вариант реализации цифрового двойника системы управления испытательного стенда для цифровых измерительных трансформаторов средствами универсальной SCADA-системы. Основой конструкции испытательного стенда является следящий гидропривод с гидростатическими направляющими. Цифровые измерительные трансформаторы должны иметь срок службы не менее 25 лет, межповерочный интервал - 8 лет и более. Для достижения таких высоких эксплуатационных характеристик необходимо проведение большого количества испытаний для подобных изделий. В частности, для проверки надежности работы этого класса устройств необходимо проведение испытаний на диагностическом вибростенде. Задача создания испытательных стендов на основе следящего гидропривода с гидростатическими направляющими является актуальной научно-технической задачей. Разработана архитектура цифрового двойника системы управления испытательного стенда. Для тестирования функционала приложения выполнено имитационное моделирование работы цифрового двойника системы управления испытательного стенда для цифровых измерительных трансформаторов. Цель исследования: на основе анализа режимов работы испытательного стенда и вариантов реализации цифровых двойников разработать прототип системы управления испытательного стенда для цифровых измерительных трансформаторов средствами универсальной SCADA-системы.
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
Статья научная
Тензорный подход, который использован в статье для математического описания телекоммуникационных сетей (ТКС), позволил сформулировать в аналитическом виде условия обеспечения качества обслуживания одновременно по двум показателям: требуемой скорости передачи трафика и допустимой межконцевой задержке. Описанная модель предназначена для решения задач маршрутизации, но может быть адаптирована и под ряд других задач управления трафиком и проектирования ТКС. Предлагаемое решение является инвариантным относительно анализируемых сетевых структур, дисциплин обслуживания и моделей трафика. Все перечисленные особенности сказываются лишь на размерности и содержании метрических тензоров и матриц координатного преобразования. Основным объектом исследования были выбраны задачи многопутевой маршрутизации. В этой связи, произведено моделирование и сравнительный анализ предлагаемого из ранее известных решений по ключевым показателям качества обслуживания. Результаты численного анализа продемонстрировали преимущества тензорного подхода к моделированию маршрутных задач, что проявлялось в улучшении межконцевой многопутевой задержки, вероятности своевременной доставки пакетов и джиттера.
Бесплатно
Результаты моделирования задачи идентификации погрешностей инерциальной навигационной системы
Статья научная
Изложены результаты численного моделирования процедуры калибровки инерциальной навигационной системы на движущемся объекте, где в качестве критерия точности принята относительная погрешность калибровки платформы и акселерометров, и исследовалось влияние на эту погрешность исходной информации о кинематике объекта, времени калибровки, моментах времени съема сигналов датчиков, расположении на объекте эталонной и калибруемой инерциальных навигационных систем.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты отработки алгоритмов функционирования комбинированного радиолокационного измерителя (КРИ), измеряющего высоту полета и составляющие вектора скорости летательного аппарата. КРИ используется в составе бортового комплекса управления в качестве датчика внешней информации для коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системой, управления движением в вертикальной плоскости и в КЭНС по рельефу местности. Результаты летных испытаний КРИ на борту самолета ЯК-52 подтвердили достижимость требуемых точностных характеристик и показали перспективность применения КРИ для решения указанных задач.
Бесплатно
Рекомендации по оценке эффективности инновационных проектов
Статья научная
Инновационные проекты предполагают большое количество ресурсов и времени, необходимых для реализации и достижения требуемых параметров продукта. Известные методы экономической оценки эффективности проектов могут предоставить точный анализ на первые несколько лет, не учитывая все возможные факторы. Из-за важности как можно более точной постановки оценки эффективности для реализации инновационных проектов независимо от продолжительности используемые на данный момент методы недостаточно проработаны. Объём ресурсов, необходимый для создания инновационного проекта, может достигать таких уровней показателей, что существенным образом будет влиять на финансово-экономические показатели предприятия. Предложенный в статье новый метод, основанный на вычислении социофизического потенциала проекта, учитывает как экономические, так и неэкономические факторы независимо от продолжительности проекта. В отличие от других методик он учитывает параметры создаваемого продукта, что позволяет получить более корректные оценки и обеспечить правильное распределение ресурсов при реализации. Метод использования социофизического потенциала позволяет найти новый и более точный подход к оценке эффективности инновационных проектов. Цель исследования. В работе рассматривается вопрос сравнения оценки эффективности расчётов с использованием социофизических потенциалов и существующих подходов. Констатируется, что оценка эффективности должна учитывать разноплановые факторы качественного и количественного характера. На основании приведенного анализа существующих подходов делается вывод о том, что достоверность оценки является низкой. Невозможность правильной оценки приводит к сверхнормативным затратам, сопровождающим процессы разработки и эксплуатации продукта.
Бесплатно
Статья научная
Сформулированы варианты решения обратной задачи рентгеновской томографии по реконструкции внутренней структуры объектов с применением голографических методов визуализации объемных изображений. Рассматривается вариант решения: томографическая реконструкция внутренней структуры сечений объекта в рентгеновских лучах (показателя поглощения) на основе двумерного преобразования Радона с последующим получением голограмм этих сечений для оптической реконструкции объемного изображения (для макрообъектов исследования). Для решения задачи проведено численное моделирование по получению томограмм (слоев) математического фантома на разработанном программном реконструкторе томографических изображений с последующим получением цифровых голограмм этих слоев и синтезированием из них объемного изображения. Исследования показали возможность получения объемных изображений на основе томографической реконструкции внутренней структуры сечений объекта в рентгеновских лучах (показателя поглощения) с применением двумерного преобразования Радона с последующим получением цифровых голограмм этих сечений.
Бесплатно
Краткое сообщение
Дается систематическое описание ресурсно-временного анализа при автоматизированном управлении сложными системами с учетом потребления ресурсов. Необходимость учета альтернатив по ресурсам в существующих моделях вынуждает отказаться от сетевой постановки задач, что затрудняет использование метода ветвей и границ в случаях, когда требуется выбрать последовательности выполнения работ неделимыми ресурсами. Поэтому требуется преобразование ресурсной модели для упрощения временного анализа и определение наиболее рациональных способов ветвления при назначении ресурсов, обладающих различными свойствами. В основе предлагаемого подхода и построений лежат определяемые ресурсные модели, элементами которых являются обобщенные сетевые модели и более общие временные модели. Ставится задача аппроксимации исходной ресурсной модели более простыми временными при ограничении на их количество. Показано, что ветвление должно рассматриваться в тесном единстве с обратной операцией - агрегированием. Ресурсно-временной анализ представляется в виде гибкого процесса, в ходе которого должен происходить диалог с одной стороны с потребителями - специалистами в области организации, технологии и управления производством работ с целью корректировки ресурсных и сетевых ограничений, с другой - с ЭВМ при проведении ресурсного и временного анализа РМ, ее частей или их преобразований.
Бесплатно
