Управление в технических системах. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Статья научная
В статье рассматривается проблема повышения качества распознавания параметров пенного слоя в калийных флотационных машинах. Актуальность проблемы в последнее время подчеркивается необходимостью укрепления продовольственной безопасности России, для чего, в частности, требуются калийные удобрения. Бликовый метод распознавания параметров пенного слоя в калийных флотационных машинах позволяет исключить человеческий фактор из управления процессом, повысить качество продукции и снизить количество отходов. Однако он обладает рядом недостатков - большим разбросом результатов, чувствительностью к организации освещения и т. д. Цель исследования: повышение качества распознавания параметров пенного слоя за счет учета не только бликов, но и антибликов пузырьков. Материалы и методы. Антиблики распознаются с использованием двухуровневой адаптивной бинаризации изображения. Проведена обработка десятков видеорядов с шламовых, сильвиновых и пневмоэжекторных флотомашин двух калийных предприятий. Исследована возможность линейной аппроксимации не только верхнего, но и нижнего уровня бинаризации. Построены профили бинаризации для совместного распознавания бликов и антибликов. Результаты. Показана возможность использования антибликов пузырьков для улучшения их распознавания в среднем на 3,6 %. Наибольший рост качества достигается на пневмоэжекторных флотационных машинах. Оценка среднего отклонения позволяет предположить, что точность сигнализации отклонений из-за уменьшения шума улучшится на 1,4-4,8 %. Характер профилей антибликов показывает, что малое смещение адаптивного уровня бинаризации позволяет дополнительно улучшить распознавание в пределах 0,6-1,5 %. Выявлены характерные особенности метода, например, его превосходство над исходным бликовым методом в смысле меньшей чувствительности к ошибке вычисления уровня бинаризации. Двукратный рост времени распознавания является недостатком метода, но не препятствует его использованию, в том числе с применением многокадровой фильтрации шума. Заключение. Проведенное исследование позволяет утверждать, что учет антибликов пузырей при распознавании параметров пен калийных флотомашин позволяет улучшить показатели процесса и может применяться на практике, предпочтительно для пневмоэжекторных машин.
Бесплатно
Формализм выписывания уравнения динамики манипуляторов
Статья научная
Решается проблема громоздкости уравнений динамики манипуляционных систем промышленных роботов (манипуляторов), состоящих из поступательных и вращательных сочленений. Предложен новый формализм выписывания уравнений динамики манипуляторов в направляющих косинусах, из которых легко получить уравнения динамики в других параметрах относительной или абсолютной ориентации тел. Приведены примеры выписывания уравнений динамики манипуляторов в направляющих косинусах, из которых путем применения их свойств получены уравнения динамики в относительных углах поворота тел. Рассмотренные манипуляторы имеют от трех до шести степеней свободы. В их уравнениях динамики явно выражены геометрические, кинематические, статические и инерционные параметры. Множители при ускорениях и произведениях скоростей в выписанных уравнениях динамики являются оптимальными в смысле минимума арифметических операций (сложений и умножений), необходимых для их вычислений. Предложен JS-код и методика верификации уравнений динамики манипуляторов, записанных в аналитическом виде. Проблема в том, что при ручном выписывании уравнений возможны ошибки и описки в промежуточных записях и конечном результате. Поэтому необходимо проверять результаты выписывания на отсутствие ошибок, т. е. выполнять верификацию формул вычисления составляющих уравнений динамики. Для этого можно использовать ПО, предназначенное для вычисления обобщенных движущих сил манипуляторов, т. е. решать первую задачу динамики. В качестве такого ПО здесь предлагается web-приложение, в котором JS-функция используется для верификации уравнений динамики манипуляторов. Разработана методика верификации формул вычисления обобщенных сил тяжести и множителей (коэффициентов) при обобщенных ускорениях и произведениях обобщенных скоростей в уравнениях динамики. Приведен пример верификации уравнений динамики универсального манипулятора с шестью степенями свободы в пространстве. Целью исследования является разработка формализма выписывания аналитического вида уравнений динамики манипуляторов в направляющих косинусах главных осей связанных систем координат тел, коэффициенты которых содержат минимальное количество арифметических операций. Методы исследования относятся к векторной и аналитической механике систем абсолютно твердых тел, к векторной алгебре, а также к системному анализу и программированию на скриптовых языках. Результаты исследования содержат два доказанных утверждения, формулы которых и методика их использования позволили вручную выписать уравнения динамики манипуляторов с тремя и шестью степенями подвижности как в направляющих косинусах, так и в обобщенных координатах. В обоих случаях упростить полученные уравнения невозможно. Заключение. Записанные аналитические виды уравнений динамики занимают несколько строк. По известным классическим формализмам (Лагранжа, Аппеля, Нильсена, Ньютона - Эйлера и т. д.) практически невозможно получить аналогичные результаты из-за большого количества сложных математических операций в их реализации и громоздкости получаемых формул.
Бесплатно
Формализм решения первой задачи динамики шагающих и колесно-шагающих машин
Статья научная
Целью исследования является решение первой задачи динамики машин, перемещающих свой корпус при помощи ног, т. е. вычисление управляющих воздействий приводов ног, обеспечивающих заданную динамику абсолютного движения корпуса и удовлетворяющих ограничениям, при выполнении которых отсутствует скольжение опорных ног относительно опорной поверхности. Методы исследования относятся к системному анализу, механике систем тел и робототехнике. Рассматриваются шагающие и колесно-шагающие машины, к корпусу которых подвешены ноги, у которых последняя кинематическая пара является поступательной, управляемая стопа отсутствует и нога с опорной поверхностью взаимодействуют в одной точке. Результаты исследования содержат аналитические формулы для вычисления динамических реакций в точках контакта ног с опорной поверхностью, а также движущие силы и моменты сил в приводах опорных и переносных ног, обеспечивающих заданное движение корпуса относительно опорной поверхности, а также ему соответствующие относительные движения тел опорных ног. Описывается формализм решения таких задач, основанный на обратных векторных рекуррентных формулах вычисления сил и моментов сил динамических реакций в кинематических парах древовидных систем тел с замыканием последнего тела ветви на опорную поверхность. Этот формализм распространяется на колесные, колесно-шагающие и шагающие машины, что продемонстрировано на соответствующих примерах. Записываются аналитические условия реализации шага без проскальзывания опорных ног относительно опорной поверхности. Предложены две простые колесно-шагающие машины, состоящие из линейного электропривода и ведомой (пассивной) колесной пары, которые предназначены для экспериментального определения значений коэффициентов трения скольжения и качения. В аналитических видах выведенных расчетных формул (уравнений и неравенств) явно выражены структурные, геометрические, инерционные и кинематические параметры исследуемых машин. Предложенный формализм демонстрируется на решениях четырех задач от простого к сложному через повторное использование формул.
Бесплатно
Экспертная система диагностики причин образования опасных микродефектов в кабельной изоляции
Статья научная
Введение. Рассмотрена проблема диагностики причин образования опасных микродефектов в кабельной изоляции. Данный вопрос является весьма актуальным, так как качество электрической изоляции оказывает непосредственное влияние на надежность и безопасность всего изделия. Для определения и устранения причин появления опасных микродефектов на предприятиях внедрены системы управления качеством, чья работа основана на циклических механизмах и сопряжена с экономическими издержками, вызванными проведением технологических экспериментов. При этом также большое значение имеют опыт и квалификация персонала, анализирующего поступающую информацию. Сложность проводимого анализа заключается в отсутствии однозначной взаимосвязи между значениями показателей качества и причинами микродефектов, в результате чего формируются ошибки при регулировании технологического процесса. Цель исследования. Разработка экспертной системы для оказания поддержки в принятии решений по диагностике причин образования опасных микродефектов в кабельной изоляции. Материалы и методы. Задача диагностики причин микродефектов может быть представлена как задача нечеткой классификации или распознавания образов. Для ее решения нами была разработана экспертная система, аккумулирующая опыт специалистов высокого уровня ведущих предприятий отрасли. Основными компонентами системы являются машина нечеткого логического вывода и продукционная база знаний. Механизм вывода основан на алгоритме Мамдани с включением дополнительных элементов, отвечающих специфике задачи. База знаний и функции принадлежности разработаны для силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение от 6 до 35 кВ включительно. Выходом экспертной системы является нечеткий образ возможных причин образования опасных микродефектов. Результаты. По результатам тестирования при использовании разработанной нами системы издержки на проведение экспериментов сократились на 24 %. Заключение. Таким образом, создание системы позволило уменьшить число ошибок при диагностике причин образования опасных микродефектов в кабельной изоляции, повысить степень автоматизации технологического процесса и увеличить эффективность системы управления качеством.
Бесплатно
