Информационные технологии, моделирование и управление. Рубрика в журнале - Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий
Построение оптимального управления одним классом нелинейных систем по квадратичному критерию
Статья научная
Приведена теорема существования решений общей задачи оптимального управления для одного класса нелинейных систем. Показано, что решение этой задачи дается законом управления с обратной связью. Определена оценка временной границы существования решения.
Бесплатно
Приближенное аналитическое решение внутренней задачи кондуктивно-ламинарной свободной конвекции
Статья научная
Представлено приближенное аналитическое решение задачи о нестационарной свободной конвекции в кондуктивно-ламинарном режиме ньютоновской жидкости в квадратной области при мгновенном изменении температуры боковой стенки и отсутствии тепловых потоков на верхнем и нижнем основаниях. Уравнения естественной конвекции в приближении Обербека-Буссинеска линеаризованы за счет пренебрежения конвективными слагаемыми. Для сокращения числа гидротермических параметров система приводится к безразмерному виду введением масштабов для зависимых и независимых переменных. Переход от классических переменных к переменным «вихрь-функция тока» позволил свести систему к нестационарному уравнению теплопроводности и нестационарному неоднородному бигармоническому уравнению, причем первое не зависимо от второго. Решение в виде функции тока получено применением интегрального синус-преобразования Фурье с конечными пределами к бигармоническому уравнению сначала по переменной x, а затем по переменной y. Функция тока имеет вид двойного ряда Фурье по синусам с коэффициентами в интегральной форме. Коэффициенты ряда представляют собой интегралы от неизвестных функций. На основании гипотезы о специальном виде интегралов коэффициенты вычисляются из системы линейных уравнений, полученной из граничных условий на частные производные функции. Исследована зависимость структуры течения от числа Прандтля. Получены карты линий тока и изолиний компонентов скорости, описывающие развитие течения с момента возникновения до перехода в стационарное состояние. Приведены графики векторного поля скоростей в различное время, иллюстрирующие динамику течения. Достоверность гипотезы о специальном виде интегральных коэффициентов подтверждается адекватностью физическому смыслу и согласованностью полученных результатов с численным решением задачи.
Бесплатно
Приближенный метод построения коллективного выбора
Статья научная
Рассмотрен метод нахождения оценок коэффициентов функции полезности, которая выступает в качестве структуры механизма выбора, порождающего наблюдаемую по результатам групповой экспертизы на ограниченной выборке альтернатив коллективную функцию выбора. Приведен численный пример, иллюстрирующий работу предложенного метода.
Бесплатно
Приложения экспоненциальной аппроксимации по целочисленным сдвигам функций гаусса
Статья научная
В статье рассматриваются аппроксимации функций при помощи целочисленных сдвигов функций Гаусса – квадратичных экспонент. Предложен метод нахождения узловой функции для данной задачи интерполяции, основанный на решениях усечённых систем линейных уравнений. Найдена явная формула для определителя рассматриваемой системы, доказана однозначная разрешимость системы. Проведено сравнение данного метода с известными ранее, кратко намечены приложения полученных результатов в теории сигналов.
Бесплатно
Применение метода PSO при решении задач распознавания образов
Статья научная
В работе рассмотрена задача оценивания нормы расстояния между двумя замкнутыми гладкими кривыми при распознавании образов. Рассмотрены диффеоморфные преобразования кривых на основе модели больших деформаций, при этом преобразование исходных точек области в требуемые формируется на основе зависящего от времени векторного поля скоростей. Рассмотрены действия групп переноса, вращения и масштабирования на замкнутую кривую, инварианты к действию этих групп. Положение кривых нормализуется центрированием, приведением главных осей инерции изображения к осям системы координат и приведением к единице площади замкнутой кривой соответствующим масштабированием. Для оценивания нормы расстояния между двумя замкнутыми кривыми формируется функционал, соответствующий норме расстояния между двумя кривыми, и уравнение эволюции диффеоморфных преобразований. Уравнение эволюции позволяет перемещать объекты вдоль траекторий, которым соответствуют диффеоморфные преобразования. Диффеоморфизмы не изменяют топологию вдоль геодезических траекторий. В задаче неточного сравнения минимизируемый функционал содержит член, который оценивает точность попадания точек в требуемые позиции. При этом в уравнения эволюции вводится параметр дисперсии ошибки преобразования. Предложен алгоритм решения уравнения диффеоморфного преобразования, построенный на основе метода PSO, который позволяет значительно сократить объем вычислительных операций по сравнению с градиентными методами решения. Разработанные в работе алгоритмы могут использоваться в биоинформатике и биометрических системах, классификации изображений и объектов, системах машинного зрения, нейровизуализации, при распознавании образов и объектов, системах трекинга. Алгоритм оценивания нормы расстояния между замкнутыми кривыми методом диффеоморфного преобразования может быть распространён на пространственные объекты (кривые, поверхности, многообразия).
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена применению методологий SADT и ARIS для моделирования и управления бизнес-процессами информационных систем. Актуальность данной статьи не вызывает сомнения, т.к. проектирование архитектуры информационных систем, основанное на тщательном системном анализе предметной области, имеет первостепенное значение для разработки информационных систем в целом. Авторами проведена серьезная работа по анализу применения методологий SADT и ARIS для моделирования и управления бизнес-процессами информационных систем. Анализ проведен, как с точки зрения моделирования бизнес-процессов (нотации) и применения CASE-средства, так и с точки зрения управления бизнес-процессами. Первая точка зрения отражает взаимодействие бизнес-аналитика и программиста при разработке информационной системы. Вторая точка зрения – взаимодействие бизнес-аналитика и заказчика. Основой многих современных методологий моделирования бизнес-процессов является методология SADT. С помощью методологии семейства IDEF можно эффективно отображать и анализировать модели деятельности широкого спектра сложных информационных систем в различных аспектах. CASE-средство ARIS представляет собой комплекс средств анализа и моделирования деятельности организации. Методическую основу ARIS составляет совокупность различных методов моделирования, отражающих разные взгляды на исследуемую систему. Выводы авторов являются вполне обоснованными. Результаты работы могу быть полезны специалистам в области моделирования бизнес-процессов информационных систем. Кроме того, статья имеет ориентированный характер при работе над составляющими элементами учебных программ для студентов специальностей информационных специальностей и управления, обеспечивает актуализацию содержания и структуры дисциплин по моделированию архитектуры информационных систем и управлению организацией, с помощью моделей.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается автоматизированный накопительный метод оценки компетенций студентов, который содержит два режима определения уровня освоения компетенций.
Бесплатно
Статья научная
предложен метод прогнозирования, основанный на совместной оценке показателя Херста и текущей ситуации на потенциально опасном объекте с учетом ее неопределенности. Полученный показатель прогноза позволяет заранее предупредить оператора о возможном переходе системы в аварийное состояние и дает ему дополнительное время на принятие управленческих решений.
Бесплатно
Статья научная
Исследования посвящены определению зависимости изменения относительного содержания компонентов в химическом составе хлеба из муки цельносмолотого зерна пшеницы при выпечке и прогнозированию пищевой ценности хлебобулочных изделий путем математического моделирования биохимических превращений. Полученная модель представляет собой инвариантную композицию, учитывающую скорость биохимических реакций при выпечке хлебобулочных изделий, и позволяющую виртуально проводить эксперименты по разработке новых видов хлеба для различных категорий населения, в том числе для спортсменов. Предлагаемый способ моделирования биохимических превращений на стадии термообработки позволяет прогнозировать пищевую ценность хлебобулочных изделий, не затрачивая средств на сырье и большой объем эксперимента, что обеспечит возможность экономии материально-сырьевых ресурсов на стадии разработки новых видов хлебобулочных изделий и повышения эффективности производства
Бесплатно
Программная реализация кинематического и силового расчета четырехтактного двигателя
Статья научная
Выполнена разработка алгоритма и программного обеспечения для автоматизации кинематических и силовых расчетов кривошипно-ползунного механизма (КПМ). Программа позволяет в автоматическом режиме после ввода исходных данных наглядно продемонстрировать на экране дисплея работу КПМ, получить изображения векторных определяемых кинематических и динамических параметров, привязанных к заданному положению механизма, и считать с экрана модули и величины, определяющие направления рассчитанных параметров. Особое внимание при разработке программного обеспечения было уделено удобству и облегчению работы с компьютером с учетом сравнительно невысокого уровня подготовленности основной массы обучаемых к выполнению таких действий на ЭВМ. С целью обеспечения этого предусмотрен диалоговый режим ввода исходных данных. Этому же способствует унификация исходной схемы КПМ. Такой подход потребовал дополнительного согласования сравниваемых результатов с учетом пространственного расположения рассчитываемой части механизма, заданной системы отсчета углового положения и направления вращения кривошипа...
Бесплатно
Программная реализация математической модели кинематического расчета плоских рычажных механизмов
Статья научная
Кинематический расчёт механизмов является очень трудоёмкой работой. Благодаря содержанию большого количества однотипных операций, его можно автоматизировать с помощью ЭВМ. Для этого необходимо осуществить программную реализацию математической модели кинематического расчётамеханизмов второго класса. В статье на языке Turbo Pascal представлен текст модуля с библиотечными процедурами кинематического исследования всех плоских рычажных механизмов второго класса. Определение кинематических характеристик механизма и построение его положений, планов скоростей и ускорений проведено на примере шестизвенного механизма. Начало неподвижной координатной системы совпадает с осью вращения кривошипа АВ. Предполагается, что известны длины всех звеньев, координаты всех дополнительных точек звеньев и координаты всех кинематических пар стойки механизма, т. е. данному этапу работы по определению кинематики механизма должен предшествовать этап синтеза механизма (определение недостающих размеров звеньев). Задаём координаты точки С и учитывая, что аналоги скоростей и ускорений данной точки равны 0 (точка неподвижна), обращаемся к процедуре, вычисляющей кинематику группы Ассура (ГА) третьего вида. Указываем кинематические характеристики точки D, принимая начало направляющей ползуна Е в точке С, угол наклона, аналог угловой скорости и аналог углового ускорения направляющей равными нулю, зная длину шатуна DE и длину звена 5, обращаемся к процедуре для ГА второго вида. Использование библиотечных процедур модуля кинематического расчёта, позволяет сравнительно просто организовать имитацию движения механизма, рассчитать проекции аналогов скоростей и ускорений всех звеньев механизма, построить планы скоростей и ускорений в каждом положении механизма.
Бесплатно
Программная реализация математической модели кинетостатического расчета плоских рычажных механизмов
Статья научная
Глобальная компьютеризация предопределила доминирующее положение аналитических методов исследования механизмов. В результате этого кинетостатический анализ механизмов с помощью пакетов прикладных программ является важной частью научной и практической деятельности инженеров и конструкторов. Поэтому программная реализация математических моделей кинетостатического расчета механизмов представляет практический интерес. На языке TurboPascal разработаны компьютерные процедуры, вычисляющие усилия в кинематических парах в группах Ассура (ГА) и уравновешивающую силу на начальном звене. Перед применением соответствующих вычислительных процедур необходимо знать все внешние силы и моменты, действующие на ГА, а также определить силы инерции и моменты сил инерции. Сам процесс вычислений и построений положений механизма можно представить следующим образом. Организуется цикл, в котором вычисляется положение начального звена механизма. Затем вычисляются положения остальных звеньев механизма путем обращения к соответствующим процедурам модуля DIADA по ГА. Используя графический режим компьютера, выводим на дисплей положение механизма. Вычисляем силы инерции и моменты от сил инерции. Обращаясь к соответствующим процедурам модуля, вычисляем все усилия в кинематических парах и уравновешивающую силу на начальном звене. В каждой кинематической паре строим силы и их направления при помощи простейших графических процедур. Величины этих сил и их направления выводятся в специальном окне с текстовым режимом. В работе приводятся листинги тестовой программы MyTеst, являющейся примером использования вычислительных возможностей разработанного модуля. В качестве проверки вычислений процедурами модуля в программе приводится пример вычисления уравновешивающей силы по методу Жуковского (рычаг Жуковского).
Бесплатно
Программный комплекс для обучения управлению качеством термоусадочных полимерных пленок
Статья научная
Описан программный комплекс, предназначенный для обучения управлению качеством широкого ассортимента термоусадочных полимерных пленок, производимых из различных типов материалов на производственных линиях различных конфигураций с широким диапазоном требований к качеству. Для решения задачи обучения программный комплекс включает библиотеку математических моделей, базы данных конфигураций производственных линий, свойств материалов и технологических регламентов производства, а также базу знаний по управлению термоусадочными свойствами полимерных пленок. Библиотека математических моделей позволяет учитывать различные свойства полимеров, область их дальнейшего применения и позволяет осуществлять имитационное моделирование и управление термоусадочными свойствами полимерных пленок, такими как величина продольной и поперечной усадки, а также сила усадки. Разработано формализованное описание процессов получения термоусадочных полимерных пленок: описаны векторы входных (конфигурация производственной линии, свойства материала), управляющих (температуры и скорости вращения валков производственной линии) и выходных (термоусадочные свойства полимерных пленок) параметров. Программный комплекс включает интерфейсы инструктора, обучаемого и администратора, позволяющие редактировать базы данных и знаний комплекса, задавать сценарий и формировать протокол обучения. Сценарий обучения содержит конфигурацию производственной линии, тип материала, требования по качеству и допустимое время выполнения задания. Протокол включает в себя зависимость отклонений рассчитанных и требуемых показателей качества от времени и значений управляющих воздействий. Разработанная архитектура позволяет осуществлять обучение производственного персонала управлению качеством термоусадочных пленок широкого ассортимента, производимых из множества материалов на производственных линиях различных конфигураций. Программный комплекс протестирован на примере обучения управлению производствами термоусадочных полимерных пленок на заводах корпорации Клекнер Пентапласт России и Германии.
Бесплатно
Программный комплекс для решения задач анализа и синтеза сетевых систем управления
Статья научная
Современные системы управления осуществляют обмен пакетами данных через сетевые каналы связи. Такие системы получили название сетевых систем управления. Одним из перспективных направлений развития сетевых систем управления является использование общих компьютерных сетей в контуре управления для информационного обмена между элементами системы. Такое построение систем управления приводит к новым проблемам. Так при проектировании и исследовании таких систем требуется объединить методы различных научных областей. В первую очередь, это области теории управления и теории связи. Однако не всегда разработчик в полной мере обладает знаниями из данных областей в одинаковой мере. Для решения инженерных задач, с целью обеспечения требуемого качества процесса функционирования, разработаны методики анализа и синтеза сетевых систем управления с передачей данных по каналу с конкурирующим методом доступа. Данные методики позволяют производить расчет вероятностно-временных характеристик процесса стохастической передачи данных по каналу с конкурирующим методом доступа, строить переходные процессы рассматриваемых систем управления, рассчитывать их качественные показатели, определять условия устойчивости сетевых систем управления и проводить оптимизацию настроечных параметров цифровых регуляторов по соответствующему критерию. Эти методики являются основой разработки программного комплекса. Предлагаемый программный комплекс позволяет проводить анализ и синтез сети, через которую осуществляется информационный обмен данными. А также осуществлять исследование сетевой системы для различных законов регулирования. Структура комплекса простроена на принципах модульности, иерархичности и вложенности модулей друг в друга. Простота интерфейса позволяет использовать данное программное обеспечение пользователем, немеющего специальной подготовки.
Бесплатно
Статья научная
На основе общих закономерности серной вулканизации диеновых каучуков рассмотрены принципы эффективного проведения процесса с использованием многокомпонентных структурирующих систем. Отмечается, что описание механизма действия комплексных сшивающих систем осложняется многообразием взаимодействий компонентов и влиянием каждого из них на кинетику вулканизации, что приводит к различным рецептурно-технологическим усложнениям реальной технологии и сказывается на качестве и технико-экономических показателях производства резинотехнических изделий. Системный анализ процесса изотермической вулканизации выполнен на основе известных теоретических подходов и включал интегрирование различных методов и приемов исследования в единую взаимосвязанную совокупность методов. В ходе анализа кинетики вулканизации установлено, что параметры образования пространственной сетки вулканизатов зависят от множества факторов, для оценки которых требуется специальное математическое и алгоритмическое обеспечение. В результате проведенной стратификации изучаемого объекта выделены основные подсистемы. Разработан программный комплекс для решения прямой и обратной кинетических задач процесса изотермической вулканизации. Информационное обеспечение «Изотермическая вулканизация» разработано в виде прикладных программ математического моделирования процесса изотермической вулканизации и направлено на решение прямой и обратной кинетических задач. При решении задачи уточнения общей схемы химических превращений использовался универсальный механизм, включающий побочные химические реакции. Программный продукт включает в себя численные алгоритмы решения системы дифференциальных уравнений. Для решения обратной кинетической задачи используются алгоритмы минимизации функционала, при наличии ограничений на искомые параметры. Для описания работы с данным продуктом приведена логическая блок-схема программы. Приведен пример решения обратной кинетической задачи с помощью программы. Разработанное информационное обеспечение, реализовано на языке программирования С++. Для определения начальной концентрации действительного агента вулканизации использована универсальная зависимость, позволяющая использовать модель с различными свойствами многокомпонентных структурирующих систем.
Бесплатно
Статья научная
В работе приведена общая технология проектирования трассы лесной автомобильной дороги в пространстве и обоснование выбора наиболее эффективного для конкретных условий метода Опыт проектирования трассы с использованием метода опорных элементов показал его высокую эффективность, одновременно с этим выявились возможности дальнейшего совершенствования процесса автоматизированного проектирования с целью полного устранения этапа графической проработки трассы и автоматического учета всех требований, предъявляемых к ней. Для реализации этих возможностей проведено исследование вопросов проектирования клотоидной трассы путем аппроксимации последовательности точек эскизной линии с применением методов нелинейного программирования (сокращенное название – метод аппроксимации последовательности точек). Идея заключается в том, чтобы путем соответствующей обработки на компьютере математической модели эскизной линии определить положение и все геометрические характеристики клотоидной трассы, отвечающей требованиям, предъявляемым к ней. При этом трасса должна наилучшим образом аппроксимировать заданную эскизную линию, т.е. геометрически неправильную приближенную трассу. Эскизная линия может получаться автоматически, например, с использованием метода проектирования оптимальной «цепочечной» трассы или может быть намечена проектировщиком по материалам аэрофотосъемки или топографическим планам, исходя из экономических и других соображений, и с помощью автоматических регистраторов координат введена в память ЭВМ.В
Бесплатно
Статья научная
Выполнен анализ современного подхода к выбору технологических процессов производства изделий из тяжелого бетона и представлены его слабые стороны. Доказано, что технологический процесс как объект является слабо структурированной системой из-за большой степени неопределенности, связанной с человеческим фактором. Установлено, что одним вариантом решения данной проблемы может являться разработка нового ассортиментного подхода к выбору ТПП СМ, отличающегося предполагаемым учетом функционального назначения и условий эксплуатации строительных конструкций в объекте недвижимости. Разработана концепция выбора оптимальных ТППСМ, отличающаяся предполагаемым учетом функционального назначения и условий эксплуатации строительных конструкций объектов недвижимости. Разработаны технологии математической постановки и решения задач оптимизации технологических процессов производства ассортимента строительных материалов, отличающиеся повышением степени структурированности системных связей с внешними подсистемами на основе типовых механизмов субъектно-ориентированного учета функционального назначения и условий эксплуатации строительных конструкций, а также стандартных алгоритмов поиска оптимальных решений для заданного типа ассортимента...
Бесплатно
Проектирование физической и логической моделей универсальной системы тепловизионной диагностики
Статья научная
Разработка физической и логической моделей универсальной системы тепловизионной диагностики. Описание сущностей и конкретных требований, предъявляемых к системе управления базами данных со стороны программного комплекса.
Бесплатно
Различные способы поиска матрицы обратной связи для линейной динамической системы
Статья научная
Использование обратной связи в линейных динамических системах является важной задачей, так как позволяет осуществлять корректировку функции управления на основании информации о состоянии системы. Особенно актуально использование матрицы обратной связи K, позволяющей сделать зависимость между состоянием и управлением статической и линейной. Сложность возникает, если на функцию состояние накладывается краевое условие не только в начальной, но и в конечной точке. Для поиска матрицы обратной связи Kнужно разложить в ряд матрицу замкнутой системы M, заданную параметрически, и решить необходимые уравнения. Предварительно нужно ответить на вопрос- какими свойствами должна обладать матрица M для того, чтобы данные уравнения были разрешимы. В рамках данной статьи рассматриваются такие типы матрицM, для которых ответ на поставленный вопрос не представляет сложности. Первый тип включает в себя матрицы, в которых все элементы, за исключением главной диагонали равны нулю, второй тип — такие матрицы в которых все элементы, за исключением некоторого столбца, равны нулю, третий тип — матрицы, где нули за пределами некоторой строки...
Бесплатно
Разработка автоматизированной системы управления реактором производства моторного масла
Статья научная
Состояние вопроса: Соответствие современным требованиям к качеству моторных масел во многом определяется уровнем автоматизации промышленного процесса их приготовления. Существующие и реально функционирующие установки обеспечивают постоянство целевого числового показателя вязкости масла только при точном соблюдении рецептуры производства. В рецептуре определены параметры расхода базового масла и присадок, также на технологический процесс оказывает влияние температура в реакторе, время приготовления. Установки производства моторного масла рассматриваемого типа не предусматривают варьирование показателей расхода компонентов в реактор, что приводит к отклонению показателя вязкости от желаемого. Строгий контроль технологического процесса производства моторного масла позволит обеспечить: высокую стабильность продукта, хорошие пусковые свойства при низких температурах, необходимую вязкость в пределах рабочих температур. Материалы и методы: На основе опытных данных эксплуатации установки по получению моторного масла произведен системный анализ технологического процесса...
Бесплатно
