Архив рубрики: Технические системы

ЭВОЛЮЦИЯ СОСТОЯНИЯ НАБЛЮДАТЕЛЯ ОТ ИМПУЛЬСА К ИМПУЛЬСУ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ С БЕСКОНТАКТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА


УДК 621.313.292
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.046

С.А. Винокуров, О.А. Киселёва, Н.И. Рубцов


В работе проводится анализ наблюдателя состояния в электроприводе с бесконтактным двигателем постоянного тока, считая, что система управления в нем построена как гибридная, которой присуща как дискретная, так и непрерывная динамика. Идеальное векторное управления бесконтактным двигателем постоянного тока можно описать теоретически и использовать его как шаблон для определения отклонений при различных способах управления и оценки их эффективности. В работе приведено сравнение идеального управления с дискретным управлением, показаны возможности реализации непрерывных законов управления за счет смещения управляющих импульсов в пространстве и времени. При импульсном управлении, которое используется в электроприводе в настоящее время, вычисляются не только длительности импульсов, но и расстояния между ними, то есть начало следующего импульса, а главное выбирается ведущий базовый вектор. Наблюдатель состояния в такой системе выполняет сложную роль, особенно при наличии в звеньях системы запаздывания, которые могут нарушить устойчивость синхронного режима двигателя с наблюдателем состояния. В работе приведена структурная схема математической модели наблюдателя состояния с детектором полного оборота.

Ключевые слова: бесконтактный двигатель постоянного тока, наблюдатель состояния, гибридное управление, ведущий базовый вектор.

Полный текст статьи:
VinokurovSoavtors_4_19_1.pdf

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАБЛЮДАТЕЛЯ СОСТОЯНИЙ
В БЕСКОНТАКТНОМ ДВИГАТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА


УДК 621.313.292
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.045

О.А. Киселёва, Т.В. Попова, О.А. Киселёва


В работе проводится анализ формирования дискретного векторного эквивалента для управления бесконтактным двигателем постоянного тока. Рассмотрены вопросы применения наблюдателей состояния вместо электромеханических датчиков положения ротора. Показана особенность построения наблюдателя состояния, заключающаяся в том, что информация на его вход поступает от непрерывного рабочего токового поля, а на выходе он формирует дискретное вращающее управляющее поле за счет переключений обмоток синхронного двигателя силовым инвертором напряжения, базируясь на параметрах двигателя и исполнительного устройства. Для обеспечения синхронизации необходимо решать вопрос о частоте опроса датчиков и возможности обработки этой информации, что ведет к запаздываниям сигналов. При этом необходимо учитывать не только временные зависимости, связанные с началом и окончанием импульсов, но и пространственные, связанные с чередованием базовых ведущих векторов. Проведена оценка эффективности управления в электроприводах с бесконтактными двигателями постоянного тока и датчиками наблюдения. В некоторых случаях применение наблюдателей скорости в электроприводе приводит к уменьшению диапазона регулирования скорости. Построены графики переходных процессов в электроприводе при различных значениях параметров регулятора скорости.

Ключевые слова: бесконтактный двигатель постоянного тока, наблюдатель состояния, переходные характеристики, управляющее дискретное поле.

Полный текст статьи:
KiselevaSoavtors_4_19_1.pdf

СТРУКТУРИЗАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ


УДК 004.9
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.044

К.А. Федутинов


В статье рассматриваются вопросы разработки управленческих решений по улучшению состояния окружающей среды на основе внедрения геоинформационных технологий, включающих методы оценки и прогнозирования экологической ситуации на основе мониторинговых подходов. Развитие технологий обработки больших данных определило тенденции широкого внедрения систем мониторинга, функционирующих в реальном времени. В связи с этим, задачу мониторинга природных объектов предлагается решать как задачу определения и контроля свойств и состояний сложного объекта в режиме реального времени и активного взаимодействия с окружающей средой, а также выработки управленческих решений и рекомендаций. В качестве математического аппарата для структуризация экологической информации предлагается использовать нейронную сеть Fuzzy ART, хорошо зарекомендовавшую себя при обработке данных в режиме реального времени. Для визуализации получаемой информации и интеграции результатов работы сети сети Fuzzy ART в геоинформационную систему предлагается использовать Python-библиотеку Folium, предназначенную для графического отображения географических данных, и содержащую всю необходимую картографическую информацию. С помощью Folium результаты структуризации экологических данных можно изображать непосредственно на Google-картах, что дает возможность при увеличении масштаба карты визуально определять границы кластеров и возможные буферные зоны.

Ключевые слова: нейронная сеть, кластеризация, машинное обучение, теория адаптивного резонанса, сеть Fuzzy ART, ГИС-система.

Полный текст статьи:
Fedutinov_4_19_1.pdf

ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ CAD-МОДЕЛЕЙ С РЕШЕТЧАТОЙ СТРУКТУРОЙ


УДК 658.512.26
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.043

Н.В. Ципина, О.Н.Чирков, С.А. Слинчук, И.В. Чепрасов, В.А. Мадесов


В данной статье рассмотрен полный этап разработки удобного и простого метода конструирования решетчатых деталей на производстве. Цель исследования состоит в наблюдении, анализе и решении проблем при проектировании CAD-моделей с решетчатой структурой. В работе оценена производительность современных инструментов систем автоматизированного проектирования (САПР), предложен эффективный метод проектирования решетчатых конструкций. Основная идея заключается в замене CAD-модели с решетчатой структурой на твердотельные CAD-модели, обладающие одинаковыми механическими свойствами. Применение таких эквивалентных материалов дает существенный выигрыш в эффективности проектирования. Предлагаемый метод позволяет конструкторам выбрать правильную решетчатую структуру и её плотность. Указаны недостатки и положительные стороны разработанного метода. В сочетании с методом конечных элементов, предложенный подход проектирования CAD-моделей сокращает время моделирования решетчатых конструкций. Оценена производительность современных инструментов систем автоматизированного проектирования в контексте требований аддитивного производства. Результаты показывают, что современные САПР не позволяют легко и быстро проектировать решетчатые структуры для аддитивного производства. Также остается актуальной необходимость развития современного программного обеспечения CAE для проведения анализа методом конечных элементов на 3D-моделях решетчатой структуры.

Ключевые слова: решетчатая структура, эквивалентный материал, метод конечных элементов.

Полный текст статьи:
ZipinaSoavtors_4_19_2.pdf

ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ САПР В КОНТЕКСТЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ С РЕШЕТЧАТОЙ СТРУКТУРОЙ


УДК 658.512.26
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.042

Н.В. Ципина, О.Н.Чирков, С.А. Слинчук, И.С. Бобылкин, Э.И. Воробьев


В статье проведена оценка характеристик современных систем автоматизированного проектирования в контексте аддитивного производства моделей с решетчатой структурой, отмечены основные недостатки и предложены пути их решения. Цель всего эксперимента состоит в наблюдении за проблемами, с которыми сталкивается пользователь при проектировании решетчатых структур в программном обеспечении САПР. В ходе эксперимента были выбраны три основных параметра и использованы два разных шаблона решетчатой структуры. Спроектированы стержни решетчатых структур с двумя различными сечениями на четыре размера деталей. Выявлено влияние типа и размера решетчатых структур на размеры использованных файлов. Проанализированы применяемые в САПР форматы файлов с учетом требований аддитивного производства моделей. Полученные результаты эксперимента показывают, что существующие пакеты систем автоматизированного проектирования не способны эффективно проектировать и хранить полные модули моделей с решетчатой структурой. Существующие форматы файлов не позволяют осуществлять быстрый обмен данными с программным обеспечением CAE и CAM. Необходимо проводить новые исследования, чтобы определить наиболее надежные и эффективные методы проектирования решетчатых структур в программном обеспечении САПР.

Ключевые слова: аддитивное производство, октет-ферма, кубическая решетчатая структура.

Полный текст статьи:
ZipinaSoavtors_4_19_1.pdf

МОДИФИКАЦИЯ НЕЙРОСЕТЕВОЙ МОДЕЛИ RKELM С ДООБУЧЕНИЕМ


УДК 681.3
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.040

Ю.А. Асанов, С.Ю. Белецкая


Целью данной работы является разработка модели искусственной нейронной сети (ИНС), способной работать в динамически меняющихся условиях. Несмотря на большое количество исследований, и разработок в данной области, до сих пор отсутствуют модели, удовлетворяющие ограниченным условиям мобильных систем (прежде всего по производительности). В данной статье предлагается разработанная модификация модели с экстремальным обучением Хуанга (RKELM), отличающаяся от оригинального подхода процессом обучения (обучение на общих признаках, без увеличения матрицы весов и обучающей выборки, с последующим дообучением под конкретные условия). В качестве тестовой выборки данных использовался датасет из открытого репозитория машинного обучения UCI. Были поставлены вычислительные эксперименты, целью которых было выявление наиболее подходящей модели. Выбор производился из RKELM, SVM и ELM, критериями выбора являлись производительность и точность классификации. Наиболее подходящей оказалась модель с экстремальным обучением Хуанга, она и была использована в качестве основы разработанной модификации. Приведены результаты сравнения оригинальной и модифицированной модели. Предложенный подход превзошел конкурентные в скорости и производительности, незначительно уступая при этом лишь в точности классификации данных в изначальных условиях, но оказался значительно точнее в новых условиях, в которых модель не была обучена.

Ключевые слова: искусственная нейронная сеть, модификация RKELM, модель с дообучением.

Полный текст статьи:
AsanovBeletckaya_4_19_1.pdf

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ПОСРЕДСТВОМ ПРИВЯЗКИ СОБЫТИЙ


УДК 004.855.5
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.039

И.Н. Колесников

В данной статье рассматривается концепция модификации метода анализа временных рядов, ориентированная на интеграцию с методами кластеризации в режиме обучения в реальном времени. Проанализированы различные методы прогнозирования временных рядов и машинного обучения. Описанный в статье метод дает прогноз поведения временного ряда на основе больших данных, полученных из различных источников, и связанных с существующими транзакциями временного ряда. Такой подход дает возможность находить зависимости изменения определенных показателей рассматриваемых систем в зависимости от различных событий. Выполненное исследование предлагает концепцию автоматизированного обучения системы в режиме реального времени с возможностью дальнейшей программной реализации. Рассматриваемая концепция позволяет строить прогнозы на любые временные ряды, зависимые от различных событий, новостей и данных, находящихся в открытом доступе. Предложен подход, который связывает события с графиком транзакций. Преимуществом подхода является возможность нахождения различных зависимостей между происходящими событиями и различными изменениями показателей, например: цен на биржах, значений социальных показателей и многих других.

Ключевые слова: анализ данных, прогнозирование, временные ряды, большие данные, кластерный анализ, интеллектуальный анализ данных.

Полный текст статьи:
Kolesnikov_4_19_1.pdf

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ В МОДЕЛЯХ ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ


УДК 338.242
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.033

И.З. Мустаев, М.Б. Гузаиров, В.Ю. Иванов, Н.К. Максимова, Т.И. Мустаев


В статье описана линейная оптимизационная модель, являющаяся интерпретацией модели линейного программирования Л.В. Канторовича. В роли переменных рассматриваются накопленные потенциалы, краткое описание которых дается в работе. Дополнительно приведены модели прогнозного и полного потенциалов. Использование накопленных потенциалов открывает возможности моделирования объектов с большими длительностями жизненных циклов. Это существенно увеличивает область применения инструментов линейного программирования при исследовании социально-экономических систем. Сказанное проиллюстрировано применительно к предприятию машиностроительной сферы деятельности. В частности, проведено сопоставление результатов, полученных по исходным данным и результатов, полученных путем пересчета потенциалов. Особенности динамики потенциалов позволяют решать вопросы использования оптимизационных подходов в условиях высокой волатильности внешней среды, в условиях развивающихся рынков. Описаны модели эффективности и модели норм времени, играющие вспомогательную роль при формировании модели линейного программирования. Дополнительно формализованы показатели потенциальной нормы времени и потенциалоемкости оборудования, используемые в указанной модели. Приведена итоговая модель расчета производственной программы, записанная с использованием потенциалов. Модель отражает оптимальное использование ресурсов и имеет формы прямой и двойственной задач линейного программирования, переформулированных с применением накопленных потенциалов. Модель включает описание потенциалов целевой функции и уравнения, описывающие ресурсные ограничения.

Ключевые слова: линейное программирование, накопленный потенциал, динамическая модель, социофизический объект.

Полный текст статьи:
MustaevSoavtori_4_19_1.pdf

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СКРЫТНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА В СИСТЕМАХ РАДИООХРАНЫ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ СКРЫТНОСТИ ДЛЯ НИХ


УДК 004.94
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.022

А.А. Гавришев


Для контроля больших территорий в настоящее время используются системы радиоохраны (беспроводные системы безопасности), обеспечивающие сбор информации с распределенных по территории объекта датчиков с радиоизвещением. При попадании в зону действия датчика человека или постороннего предмета датчик фиксирует факт возникновения внештатной ситуации и посылает по радиоканалу на пульт управления системой сигнал тревоги. Вместе с тем из литературы известно, что системы радиоохраны сами подвержены воздействию деструктивных факторов, направленных на нарушение их работоспособности. В данной работе автором на основе ранее предложенной математической модели и обобщения известной литературы разработана математическая модель процесса обеспечения скрытного информационного обмена в системах радиоохраны, учитывающая в своем составе деструктивные воздействия (например, навязывание ложных данных или подавление помехами) на передаваемые сигналы в канале связи. Так же разработан вычислительный метод оценки скрытности информационного обмена в системах радиоохраны на основе нечеткой логики, применение которого в условиях слабоструктурированности и трудноформализуемости исходных данных, а также в условиях комплекса деструктивных воздействий, потенциально может помочь более адекватно оценить скрытность систем радиоохраны. Полученные результаты возможно использовать для исследования скрытности известных и перспективных систем радиоохраны. Так же полученные результаты возможно использовать для повышения скрытности известных и перспективных систем радиоохраны.

Ключевые слова: математическая модель, вычислительный метод, скрытность, радиоканал, системы радиоохраны.

Полный текст статьи:
Gavrishev_4_19_1.pdf

АРХИТЕКТУРА ОБЛАЧНОЙ СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТЕНТА
В КИБЕРФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ


УДК 004.75
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.027

Д.К. Левоневский


Доставка контента потребителю – одна из важных задач информационных систем. Для эффективной доставки контента необходимо выполнение ряда условий, связанных с надёжностью, управляемостью, согласованностью процессов доставки. Возможность обеспечения этих условий зависит от концепции и архитектуры системы распределения контента. В данной статье рассматривается подход к построению облачной системы распределения мультимедийного контента в киберфизическом окружении. Проанализированы процессы доставки контента в киберфизических системах и сценарии взаимодействия этих систем с пользователями. Отмечено, что процессы доставки контента при интерактивном человеко-машинном взаимодействии с использованием многомодальных интерфейсов исследованы недостаточно. Поэтому предложена общая концепция системы, учитывающая использование многомодальных интерфейсов, детализированы роли участников процесса распределения контента, их типовые действия определены с помощью диаграмм прецедентов. Построены диаграммы классов, описывающие структуру модулей управления и трансляции контента. Предложена архитектура системы на основе общей шины данных. Рассмотрены преимущества данной архитектуры, связанные с надёжностью, оперативностью выявления сбоев, управляемостью, простотой подключения сторонних источников и получателей данных. Рассмотрен пример реализации сервиса корпоративного телевидения на основе предложенной архитектуры, определены компоненты этого сервиса и порядок их взаимодействия.

Ключевые слова: мультимедиа, человеко-машинное взаимодействие, распределённые системы, системы доставки контента, киберфизические системы, шина данных.

Полный текст статьи:
Levonevskiy_4_19_1.pdf