Архив рубрики: Технические системы

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ПРОЦЕССА ОБОЛОЧЕК
РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ


УДК 536.3
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.040

А.И. Борисова, В.Л. Бурковский


В настоящее время проблематикой является неопределенность физических процессов сложноструктурированных электротехнических комплексов, требующая совокупности тепловых экспериментов на имитационных моделях, с целью определения теплофизических параметров отдельных частей и элементов для анализа взаимного влияния температурных полей в распределенных электротехнических комплексах. В тоже время, учитывая влияние внешних и внутренних воздействующих факторов, подход к решению задач такого теплообмена ограничивается сложностью протекания электромагнитных процессов в элементах с разнофизическими свойствами, а также трудностями учета совокупностей конструктива сложной конфигурации, что приводит к необходимостям новых более точных решений на принципах математического моделирования. При наличии достоверной тепловой математической модели появиться возможность разработки рациональной конструкции с использованием приемов и структур с учетом эффективного распределения тепловых потоков. В связи с этим, в ходе математического моделирования были учтены все имеющиеся поверхности электротехнического комплекса при формировании методики тепловых режимов. Проведенный анализ тепловой характеристики позволит прогнозировать поведение таких распределенных электротехнических комплексов на стадиях проектирования, что тесно увязывает за собой конструктивные приемы, обеспечивающие стойкость к дестабилизирующим факторам.

Ключевые слова: тепловой процесс, теплопроводность,электротехнический комплекс, математическое моделирование.

Полный текст статьи:
BorisovaBurkovsky_3_20_1.pdf

МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ БЫСТРО РАЗВЕРТЫВАЕМОЙ СЕТИ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ


УДК 621.396.4
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.032

В.О. Ключников


Радиорелейная связь занимает важное место в создании цифровой инфраструктуры. Современные цифровые радиорелейные линии позволяют организовать высокоскоростные каналы связи, поддерживающие передачу всех видов трафика, включая голосовые сообщения, пакетную передачу данных, видеосигналы в реальном режиме времени. В статье рассмотрены методики расчета цифровых радиорелейных линий связи, а также указаны общие рекомендации по их организации. Проектирование радиорелейных линий выполняется таким образом, чтобы они располагали высокой пропускной способностью и высокой надежностью с учетом физических (энергетических) и канально-сетевых возможностей системы. Методика расчета требует определения энергетических параметров, вывода формы уравнения качества, расчета критериев качества работы и способов расчета затухания радиоволн на интервалах радиорелейной линии. Положительно оценена возможность применения в радиорелейной связи MPLS-технологии. Система маршрутизации РР сети выстроена на мультиплексировании потоков с механизмом защиты на уровне канала и сети. Режим беспрерывной адаптивной модуляции позволяет гибко изменять кратность QAM, что дает возможность непрерывного трафика. Рассмотрено резервирование по схеме «1+1» и «2+0». Такая схема вдвое повышает пропускную способность системы и выделяет приоритетный трафик. Методика позволяет выстроить цифровую радиорелейную сеть с гибким изменением как физических, так и сетевых параметров.

Ключевые слова: радиорелейная сеть, радиорелейные линии, методы расчета, показатели качества, распространение радиоволн, маршрут доставки пакетов.

Полный текст статьи:
Klyuchnikov_3_20_1.pdf


ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ СРЕДСТВАМИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ


УДК 004.942
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.038

М.Б. Сергеев, А.А. Сенцов, Е.К. Григорьев, С.А. Ненашев


Начало массового использования малых беспилотных летательных аппаратов в различных целях породило проблему их безопасного и контролируемого перемещения в пространстве. Соответственно, возникает задача построения новых интеллектуальных систем контроля. В примерный перечень действий, который должны осуществлять указанные системы можно указать управление режимами работы каждого источника данных по сканированию области воздушного пространства, получение информации о движущихся объектах, вычисление по обработанным данным координат и направления движения (составляющих векторов скорости), а также прогнозирование положения воздушного объекта для принятия решения о выдаче информации в сопряженные системы. В статье описан процесс моделирования распределенной системы, состоящей из двух мобильных радиолокационных станций, применимой для отработки методов обнаружения и оценки координат воздушных объектов. Для разрабатываемой имитационной модели получены аналитические соотношения для расчета координат наблюдаемых физических объектов как по дальномерной информации, так и по угломерной. Предложена структурная схема этапов моделирования для определения траекторных координат объекта. Показана целесообразность применения распределенной системы в целях повышения точности измерений траекторных координат. Предложены различные варианты расположения разнесенных пунктов наблюдения, а также их достоинства и недостатки. Модель построена с учетом экспериментальных данных, полученных от имитатора воздушного подвижного объекта. Разработанная имитационная модель предназначена для проведения экспериментов, а также для определения тактико-технических характеристик на этапе разработки функциональных взаимодействий интеллектуальной системы управления распределенными мобильными средствами.

Ключевые слова: определение координат, воздушные объекты, двухпозиционная система, радиолокационная станция, комплексная обработка информации, имитационная модель.

Полный текст статьи:
SergeevSoavtors_3_20_1.pdf

ДВУХЭТАПНАЯ ПРОЦЕДУРА СИНТЕЗА УПРАВЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫМИ НЕСТАЦИОНАРНЫМИ ОБЪЕКТАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОСЛОЙНОГО ПЕРСЕПТРОНА


УДК 62-54
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.028

С.В. Фролов, С.В. Синдеев, А.А. Коробов, К.С. Савинова, А.Ю. Потлов


Представлен обзор методов нейроуправления и анализ их достоинств и недостатков. Поставлена задача поиска квазиоптимальных настроечных параметров нейроуправления нелинейным нестационарным объектом при наличии случайных возмущений. Предложена процедура синтеза управления нелинейными нестационарными объектами с использованием многослойного персептрона, состоящая из двух этапов. На первом этапе решается задача робастного нейроуправления путем поиска вектора настроечных параметров алгоритма адаптации на основе предполагаемого множества вариантов модели объекта. Найденные настроечные параметры алгоритма адаптации используются на втором этапе – безмодельном нейроуправлении, на котором осуществляется поиск квазиоптимальных настроечных параметров алгоритма безмодельного нейроуправления. Устойчивость поиска настроечных параметров алгоритма безмодельного нейроуправления достигается за счет применения метода регуляризации. На основе модельного примера показана эффективность и устойчивость предложенной процедуры синтеза управления нелинейными нестационарными объектами. В численном эксперименте был выбран объект, описываемый нелинейным дифференциальным уравнением с коэффициентами, которые зависят от времени. На первом этапе было сформировано случайным образом 20 вариантов модели объекта, найдена архитектура нейронной сети, настроечные коэффициенты алгоритма адаптации. Нейронная сеть включает 2 нейрона во внутреннем слое и использует сигмоидальную функцию активации. На втором этапе проведены численные исследования процесса адаптивного управления. В результате работы алгоритма адаптации степень затухания переходных процессов превышает 50% и процесс управления является устойчивым при значительном отклонении параметров объекта от номинальных значений. Представленный метод является эффективным при управлении многосвязными нестационарными нелинейными объектами в робототехнике, в транспортных системах, химических производствах.

Ключевые слова: нейроуправление, нейроконтроллер, многослойные персептрон, система управления, адаптивное управление.

Полный текст статьи:
FrolovSoavtors_3_20_1.pdf


ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ В ТРЕХМЕРНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЙ ПО ДАННЫМ BLUETOOTH-МАЯКОВ


УДК 004.8
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.023

В.М. Гриняк


Работа посвящена проблеме определения местоположения внутри помещений в тех случаях, когда сигнал спутниковых средств (GPS, Глонасс) недоступен или ограничен. В этом случае для определения координат используют другие источники навигационной информации. К ним относятся инерциальные навигационные средства (гироскопы, акселерометры), устройства для беспроводной передачи данных Wi-Fi и Bluetooth, магнитометр, датчик атмосферного давления, видеокамера и др. В настоящее время системы позиционирования внутри помещений на основе Bluetooth и Wi-Fi (по отдельности или совместно) получили наибольшее распространение. Использование для позиционирования Bluetooth маяков имеет целый ряд преимуществ. Самыми значимыми являются возможность произвольного размещения маяков из-за их автономности и малых размеров и возможность использования недорогого и распространённого оборудования, работа с которым не требует привлечения узких, редких и высокооплачиваемых специалистов. В статье рассматривается задача позиционирования объекта в трёхмерном пространстве по данным Bluetooth устройств, расположенных в помещении и образующих многопозиционную маячную систему наблюдения. Отмечается, что для успешной работы такой системы необходимо заранее оценивать характерную погрешность оценки координат позиционируемых объектов и при необходимости изменять конфигурацию маяков. Предлагается модельная интерпретация задачи позиционирования в виде системы алгебраических линейных уравнений. Такое представление позволяет строить априорные теоретические оценки погрешности определения координат объекта, определять области пространства, где точность позиционирования недостаточна. В работе приводятся данные расчётов ожидаемой точности решения задачи в различных характерных ситуациях и результаты натурных экспериментов, подтверждающих расчёты. В целом исследование оптимистично оценивает перспективы решения 3D задач позиционирования внутри помещений с помощью Bluetooth маяков.

Ключевые слова: информационная система, позиционирование внутри помещений, маячная система, Bluetooth, определение местоположения, метод наименьших квадратов.

Полный текст статьи:
Grinyak_3_20_1.pdf

ВОЛЬТАМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕСТАЦИОНАРНОГО ПЕРЕНОСА ИОНОВ 1:1 СОЛИ В СЕЧЕНИИ КАНАЛА ОБЕССОЛИВАНИЯ


УДК 519.87+004.421
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.020

И.В. Шкоркина, Н.О. Чубырь, В.А. Гудза, М.Х. Уртенов


Основной целью работы является вывод и анализ разных формул для расчета вольтамперной характеристики (ВАХ) нестационарного переноса 1:1 электролита в сечении канала обессоливания, включающего в себя анионообменную (АОМ) и катионообменную (КОМ) мембраны, и установление фундаментальных закономерностей изменения ВАХ со временем. Моделирование осуществляется на основе уравнений Нернста-Планка-Пуассона. Рассмотрен перенос ионов сильных электролитов NaCl и KCl через тонкий реакционный слой ионообменных мембран в сечении канала обессоливания. С этой целью построена принципиальная электрическая схема течения тока в цепи, включающей сечение канала обессоливания. Из анализа этой цепи следует, что общий ток состоит из тока проводимости и тока смещения. Ток проводимости, определяется потоком ионов соли. Ток смещения идет на образование и развитие области пространственного заряда. В связи с изменением прироста скачка потенциала (потенциодинамический режим), общий ток в цепи при расчете ВАХ меняется по времени, и его изменение можно считать медленным. В этом случае ток смещения практически не проходит через сечение канала обессоливания пока медленно меняется плотность распределения заряда. В случае быстрого изменения плотности распределения заряда (явление пробоя, а также до и после пробоя) ток смещения принимает достаточно большие значения. ВАХ по току смещения необходимо учитывать отдельно. Поскольку значение ВАХ, рассчитанное при исследовании тока переноса значительно больше, чем значение ВАХ, при токе смещения, то влияние эффекта электрического «пробоя» на ток переноса малозаметно. Поэтому эффект «пробоя» необходимо исследовать по ВАХ тока смещения. Предложена формула для расчета ВАХ тока проводимости устойчивая относительно ошибок округления. Исследован эффект нестационарности при больших темпах прироста скачка потенциала.

Ключевые слова: вольтамперная характеристика, мембранные системы, сечение канала обессоливания, математическая модель, миграционный ток, диффузионный ток.

Полный текст статьи:
ShkorkinaSoavtors_3_20_1.pdf

МАЛОРАНГОВЫЕ АППРОКСИМАЦИИ НЕЙРОСЕТЕВЫХ
АЛГОРИТМОВ


УДК 004.89
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.018

Н.В. Шапошникова


На сегодняшний день искусственные нейронные сети (далее ИНС) и глубокое обучение стали практически незаменимыми в приложениях, связанных с задачами машинного зрения, машинного перевода, преобразования речи в текст, рубрикации текстов, обработки видеоданных и т.д. Однако, несмотря на наличие ряда классических теорем, обосновывающих аппроксимирующие способности нейросетевых структур, текущие успехи в области ИНС в большинстве случаев связаны с эвристическим построением архитектуры сети, применимой только для конкретной рассматриваемой задачи. С другой стороны, глубокие ИНС имеют миллионы параметров и требуют для своего функционирования мощные вычислительные устройства, что ограничивает возможности их применения, например, на мобильных устройствах. Существенный прогресс в решении данных проблем может быть получен при использовании современных мощных алгоритмов малоранговых аппроксимаций для параметров слоев ИНС, что позволит как упростить процесс разработки нейросетевой архитектуры, так и получить существенное сжатие и ускорение обучения глубоких ИНС. Рассматривая, например, ядро сверточной ИНС, как четырехмерный массив (тензор), мы можем построить для него малоранговую аппроксимацию с эффективной реализацией его свертки с вектором (прямое распространение сигнала в сети при формировании предсказания) и дифференцирования по параметрам (обратное распространение сигнала в сети при обучении). В данной работе мы рассмотрим современную парадигму машинного обучения и малоранговых тензорных аппроксимаций, и на конкретном модельном численном примере, соответствующем задаче автоматического распознавания рукописных цифр, продемонстрируем перспективы тензоризации глубоких ИНС.

Ключевые слова: машинное обучение, нейронная сеть, глубокая сверточная сеть, малоранговая аппроксимация.

Полный текст статьи:
Shaposhnikova_3_20_1.pdf

КОНТРОЛЛЕР ДВИГАТЕЛЯ АВТОНОМНОГО МОБИЛЬНОГО РОБОТА С НЕЙРО-НЕЧЕТКИМИ УПРАВЛЕНИЕМ


УДК 621.865.8
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.012

Хан Мьо Хтун, А.Н. Якунин, Хтет Сое Паинг


В настоящее время автономный мобильный робот (МР) является искусственным интеллектуальным транспортным средством, который способен обходить препятствия и двигаться к заданной точке по заранее неопределённому маршруту. Во внешней среде одной из главных проблем является реализация передвижного мобильного робота на колесах, который перемещается из одной точки в другую с объездом препятствий. Такие роботы оснащены датчиками или камерой, поэтому МР должен быть способен обнаруживать возникающие препятствия. В этой статье предлагаются принципы построения интеллектуального контроллера на основе АСНЛ (адаптивная система нейро-нечеткой логики) автономного мобильного робота, позволяющие достигать цель по заранее неопределенному маршруту. Реализована математическая модель МР и разработанного контроллера в среде Matlab-Simulink. Сравнение предложенного контроллера с известным нечётким контроллером выполнено по следующим критериям: длина траектории (ДТ) и параметр кривизны (ПК). В данной статье результаты моделирования показывают, что предложенный АСНЛ-контроллер снижает ДТ и ПК по сравнению с контроллером с нечеткой логикой (НЛ), следовательно имеет лучшие показатели эффективности. Мобильный робот, использующий в своём составе предложенный контроллер АСНЛ способен двигаться к заданной цели и обходить случайные препятствия без столкновений на своем пути.

Ключевые слова: контроллер, адаптивная система нейро-нечеткой логики (АСНЛ), неопределенный маршрут, мобильный робот (МР), контроллер нечеткой логики (НЛ), длина траектории, параметр кривизны

Полный текст статьи:
HanSoavtors_3_20_1.pdf


МЕТОД СОВМЕСТНОЙ КАЛИБРОВКИ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ


УДК 629.7.05
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.007

В.А. Смирнов, М.Н. Правидло, А.Б. Снедков


В статье рассматриваются методы, а также технические средства контроля и испытаний образцов информационно-измерительных и управляющих систем, предназначенных для установки на беспилотный летательный аппарат. Рассматриваются принципы создания систем управления, построенных на инерциальных датчиках различных видов. Выявляются недостатки при использовании традиционных методов разработки основанных на прямом снятии показаний с датчиков при помощи программного обеспечения. Описываются конструкция современных инерциальных датчиков с указанием их составных элементов и частей. Определяется технология создания испытательного стенда для оценки точности калибровки датчиков. Приводятся формулы, на которых основана работа испытательного стенда, исходя из его геометрии. Указываются формулы используемые при традиционном методе вычисления значений по показаниям, получаемых с инерциальных датчиков. Описывается процесс обучения нейронной сети, позволяющий компенсировать недостатки присущие традиционному методу калибровки. Демонстрируется эксперимент по сопоставлению фактических значений со значениями, полученными в ходе расчётов. Проводится сравнительный анализ традиционного метода совместной калибровки инерциальный датчиков с методом, основанным на использовании нейронных сетей. Определяются преимущества использования данного метода калибровки инерциальных датчиков в условиях требований, предъявляемых к современным системам управления.

Ключевые слова: датчики, гироскоп, акселерометр, калибровка, система управления

Полный текст статьи:
SmirnovSoavtors_3_20_1.pdf

АППРОКСИМАЦИЯ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ НА СЕТИ


УДК 517.927
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.003

О.Р. Балабан


В работе рассматриваются вопросы аппроксимации математических моделей сетеподобных эволюционных процессов переноса применительно к дифференциальным системам с распределенными параметрами на сети (графе). Указан подход, использующий применение теории классических вычислительных методов, состоящий в сведении исследуемой задачи к системам алгебраических уравнений (вспомогательных конечномерных задач), в которых неизвестными являются значения сеточных функций в точках разбиения ребер графа. При этом наличествует достаточно широкая возможность для выбора разного типа сходящихся разностных схем, существенно отличающихся друг от друга: явные разностные схемы, неявные разностные схемы, аналоги разностных схем Кранка-Николсона (ниже, чтобы не загружать исследование техническими сложностями, используются явные разностные схемы). Следует отметить характерную особенность изучаемых математических моделей, наследуемую реологической структурой графа – наличие особых точек графа, в которых дифференциальное уравнение не определяется (узлы или вершины графа) и заменяется обобщенными условиями Кирхгофа. Формализмы последних описывают закономерности переноса сплошных сред в этих точках и требуют отдельного подхода в вопросах аппроксимации (в работе для простоты изложения используются классические разностные отношения). Следует также отметить, что использование при аппроксимации неявной разностной схемы или схемы Кранка-Николсона требует дополнительного анализа вспомогательных конечномерных задач (разрешимость, равномерная ограниченность приближений к решению исходной задачи), но при этом существенно увеличивает точность вычисления приближений. Использование явной разностной схемы освобождено от изучения некоторых из указанных вопросов, однако (и это при анализе некоторых прикладных задач может быть существенным препятствием в использовании) дает достаточно большую погрешность определения решения исходной задачи. Приведенные частные примеры прикладного характера иллюстрируют пути численного анализа дифференциальных систем с носителями на произвольной сети (графе). Полученные результаты достаточно просто переносятся на изучение численными методами волновых процессов и явлений колебания в процессах переноса.

Ключевые слова: эволюционные процессы переноса на сетях, аппроксимация, разностная схема, особенности в узлах сети, численные методы

Полный текст статьи:
Balaban_3_20_1.pdf