Актуальность и цели. Создание и испытание новых двигательных установок - одно из наиболее приоритетных направлений в ракетно-космической отрасли. При этом возникает необходимость разработки аппаратного и программного обеспечения для проведения стендовых испытаний и экспериментов. Использование традиционных текстово-алгоритмических языков программирования для этих целей является ресурсоемким, сложным и недостаточно наглядным путем. Цель данной работы - создание удобной для инженера технологии разработки систем мониторинга стендовых испытаний двигательных установок, использующей возможности графического программирования, а также поддерживающей гетерогенный сбор телеметрии с аналоговых и цифровых датчиков. Материалы и методы. Используются методы графического программирования средствами блок-схем языка G, а также инструментальные возможности среды LаbVIЕW для разработки программного обеспечения в ракетно-космической отрасли. При этом активно используются некоторые подходы к параллельной обработке данных, а также функционал LаbVIЕW в области управления внешними хранилищами данных и потокового программирования. Результаты. Предложена функциональная структура ряда виртуальных приборов, системное использование которых составляет технологию разработки систем мониторинга и моделирования экспериментов для стендовых испытаний двигательных установок. В частности, предложена структура и графические блок-диаграммы на языке G для виртуальных приборов подготовки исходных данных для аналоговых и цифровых датчиков, самоконтроля конфигурации системы мониторинга, параллельного опроса каналов с аналоговыми и цифровыми датчиками. Рассмотрена возможность применения параллельной обработки данных для оптимизации работы системы, а также использование дисковой памяти для хранения результатов измерений. Выводы. Представленная технология реализации основных этапов мониторинга процессов стендовых испытаний двигательных установок демонстрирует удобство данного подхода для инженеров и конструкторов, которым предоставлена возможность визуальной работы со структурными элементами и потоками данных с использованием привычных и наглядных диаграмм и схем, традиционно принятых в данной предметной области. При этом инженеру нет необходимости разрабатывать собственные структуры данных и программный код, требующие высокой квалификации в области традиционных языков и технологий программирования.
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки
2014. — Выпуск 1
Содержание:
Актуальность и цели. Интенсивное развитие современного технического обеспечения в области контроля производства, совершенствование вычислительных мощностей современных ЭВМ, высокие требования к качеству продукции, активная конкурентная борьба, необходимость в повышении качества и темпов производства делают актуальным решение задач автоматизации промышленного производства. Многообразие систем технического зрения не исключает того факта, что все они разработаны для конкретных задач. Все они оперируют различными признаками и реализуют различные алгоритмы распознавания. При этом задача идентификации трехмерных объектов пока еще является довольно новой, и для ее решения все еще используются средства и алгоритмы плоской геометрии. В связи с этим разработка новых алгоритмов распознавания трехмерных объектов все еще является актуальной. В данной статье описывается новый подход к распознаванию трехмерных объектов по двум снимкам методом вычисления оценок с использованием диагональных признаков формы и моделей окто-деревьев. Материалы и методы. Для проведения исследований была разработана программа для ЭВМ распознавания трехмерных объектов. Для тестирования на вход программы подавались сгенерированная ортогональная и соответствующая ей косоугольная проекции рассматриваемых объектов. Было произведено 1500 испытаний - каждая из 60 проекций (10 объектов по 6 проекций) генерировалась 25 раз. Для распознавания использовался алгоритм вычисления оценок. Перед вычислением диагональных признаков формы выполнялась предварительная обработка снимков (фильтрация, бинаризация, выделение контуров). Результаты. Исследовано влияние количества признаков на вероятность верного распознавания проекций, а также влияние использования косоугольной проекции на вероятность верной идентификации трехмерного объекта в целом. Экспериментально доказано, что средняя вероятность верного распознавания трехмерных объектов по двум снимкам с использованием всего набора рассматриваемых признаков равна 100 %. Выводы. Предложенный подход можно использовать в системах технического зрения на сборочных конвейерах, где необходимо распознавать произвольно расположенные трехмерные объекты даже в тех случаях, когда у некоторых из них могут быть похожие проекции.
Ключевые слова
Актуальность и цели. В настоящее время интегральные преобразователи информации с ∑∆-архитектурой за рубежом относятся к наиболее массовым видам электронной компонентной базы. В России интерес к разработке сложнофункциональных блоков на основе ∑∆-преобразования информации связан с выполнением федеральной целевой программы «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2008-2015 гг. Целью данной работы является выявление перспективных направлений и закономерностей в производстве преобразователей информации ведущими в отрасли корпорациями, такими как Аnаlоg Dеviсеs , Техаs Instrumеnts , Махim Intеgrаtеd Рrоduсts . Материалы и методы. В соответствии с классификационными признаками (тип интегратора, порядок модулятора, количество каскадов, уровень квантователя) собрана информация о 242 микросхемах: 116 - Техаs Instrumеnts / Вurr-Вrоwn , 93 - Аnаlоg Dеviсеs , 33 - Махim Intеgrаtеd Рrоduсts . Построена круговая диаграмма, иллюстрирующая объемы выпуска микросхем с ∑∆-архитектурой в период за 1996-2013 гг. Приведены результаты расчета в процентах количества Frоnt-Еnd’ов, преобразователей с непрерывным интегратором, многоканальных преобразователей. Результаты. Выявлена зависимость эффективной разрядности от типа интегратора (непрерывный, непрерывно-дискретный). Также обозначена зависимость линейности преобразования от уровня квантователя (однобитный, мультибитный). Обосновано малое количество производимых многокаскадных структур. Показана значимость цифрового фильтра-дециматора в составе преобразователя. Выводы. В настоящее время, учитывая высокую линейность Σ∆-модуляторов и достижения MEMS-технологии, все большую популярность завоевывают у производителей и потребителей Frоnt-Еnd-ы. Рынок окончательно завоевали Σ∆-преобразователи с непрерывно-дискретными интеграторами. Другой тенденцией развития рынка Σ∆-преобразователей является рост числа каналов преобразования сигналов с вложенной функцией их масштабирования. Наметилась тенденция использования многокаскадных фильтров высокого порядка (sinc 4, sinc 5), а также цифровых фильтров с комбинированной структурой.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Известные способы создания диаграммы направленности косекансной формы для традиционных типов антенн не обеспечивают излучения и приема сверхширокополосных (СШП) сигналов. Задача создания антенных систем для СШП-сигналов является новой. Использование микрополосковых печатных антенных решеток является наиболее приоритетной технологией, способной обеспечить высокую повторяемость размеров, низкую стоимость, малые металлоемкость и массу. Для микрополосковых СШП антенных решеток, использующих сигналы простой и сложной формы, пока еще не имеется апробированных способов формирования диаграммы направленности заданной формы, так как к расчету СШП-антенн неприемлемы классические методы электродинамики, разработанные для гармонических сигналов. Материалы и методы. При выполнении исследований использованы системный подход, методы классической электродинамики, элементы теории оптимизации, антенных измерений характеристик излучателей, численные методы решения граничных задач электродинамики, натурные испытания и электродинамическое моделирование с использованием пакета СSТ МIСRОWАVЕ SТUDIО , основанное на методе конечных разностей во временной области ( FDТD ). Для расчета амплитудного и фазового распределения в качестве инструментальной системы использован математический пакет МАТLАВ . Результаты. Разработана методика синтеза конструкции СШП линейной печатной антенной решетки с диаграммой направленности заданной формы, включающая оптимизацию параметров входящего в состав антенной решетки одиночного излучателя, учитывающая значения параметров аналитического описания и результаты расчета амплитудных и фазовых весовых коэффициентов диаграммы направленности заданной формы решетки, результаты полученного путем электродинамического моделирования распределения поля на поверхности излучателей антенной решетки с использованием пакета СSТDЕSIGNSТUDIО , результаты расчета допустимого количества излучателей и параметров микрополосковой системы питания решетки, электродинамического моделирования параметров и характеристик линейной печатной антенной решетки в целом, количественную оценку сходимости полученного амплитудного и фазового распределения с расчетными. Выводы. В ходе натурных экспериментов по среднеквадратичному отклонению произведена оценка сходимости формы диаграммы направленности прототипа СШП печатной антенной решетки с результатами электродинамического моделирования.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Применение широкозонных полупроводников карбида кремния (SiC) и нитрида алюминия (AlN) связано с особенностями их физических и химических свойств, а также технологической совместимостью при производстве первичных преобразователей микросистем. Особый интерес представляет получение стабильных структур «нитрид алюминия на карбиде кремния», возможности их применения в чувствительных элементах микросистем функциональной электроники, реализующих пьезоэффект в пленке нитрида алюминия на фоне повышенных прочностных характеристик карбида кремния в экстремальных условиях. Целью данной работы является аппаратная и ресурсная оптимизация технологических условий получения гетерогенной структуры SiC-AlN для первичных преобразователей микросистем, расчет влияния термомеханических остаточных напряжений на границе тонкопленочной структуры и подложки. Материалы и методы. Сравнительный анализ свойств полученных образцов проводился с помощью оптической и растровой электронной микроскопии с целью определения оптимальных технологических режимов получения композиции SiC-AlN, оценки влияния факторов, вносимых ионно-плазменными процессами. Расчет внутренних остаточных напряжений выполнен с учетом различий температурных коэффициентов линейного расширения материалов (термическая составляющая) и модулей упругости (механическая составляющая). Это дает возможность прогнозирования характеристик структуры при минимизации времени натурных экспериментов. Результаты. Исследованы режимы получения гетерогенной структуры SiC-AlN на кремниевой подложке ориентации (100). Определены условия возникновения в пленках пьезоэлектрических свойств AlN и прочностных характеристик диэлектрического слоя SiC с точки зрения применения в чувствительных элементах микросистем экстремальной электроники. Проведен расчет влияния термомеханических остаточных внутренних напряжений на качество получаемых. Выводы. Экспериментально отработаны технологические режимы получения гетерогенных структур на основе композиции SiC-AlN с заданными свойствами. Данная структура может использоваться в чувствительных элементах датчиков, работающих в жестких условиях эксплуатации. Предложенный расчет внутренних остаточных напряжений на границе раздела между тонкопленочной структурой и подложкой позволяет прогнозировать условия получения гетероструктур и оценивать морфологию пленок.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Измерение массового расхода необходимо в таких областях промышленности, как химическая, нефтехимическая, пищевая, фармацевтическая, целлюлозно-бумажная. Традиционные конструкции массовых расходомеров содержат одну или две металлические измерительные трубки, совершающие кориолисовые колебания за счет наличия внешнего виброгенератора, расположенного в центре, и двух датчиков, регистрирующих данные колебания на концах измерительной трубки. В качестве виброгенераторов либо в качестве датчиков регистрации могут применяться пьезоэлементы в форме пластин. Представляет интерес разработка измерительной трубки, полностью выполненной из пьезокерамического материала с нанесенными электродами. Это упрощает конструкцию, поскольку не требует наличия внешних возбудителей и сенсоров. Целью данной работы является исследование характеристик первичного преобразователя для массового расходомера, представляющего собой пьезоэлектрический резонатор, по которому протекает измеряемая жидкость. Материалы и методы. Для определения зависимости частоты изгибных колебаний преобразователя от массового расхода протекающей среды использован синтез при исследовании динамических характеристик и устойчивости тел вращения и гидродинамических процессов в колеблющихся потоках жидкостей. С учетом особенностей взаимодействия потока с внутренней поверхностью пьезорезонатора в качестве основных параметров жидкостей, оказывающих влияние на его стенки, определены касательное напряжение и максимальная безразмерная толщина вязкого подслоя. Результаты. Исследована зависимость частоты колебаний пьезорезонатора от скорости течения, плотности и вязкости различных жидкостей, что в конечном итоге определяет массовый расход. Проведены эксперименты с проливом через преобразователь воды, пива, молока и тосола-40. Все зависимости на начальном участке носят нелинейный характер. Прослеживается повторяемость результатов при соблюдении одних и тех же условий. Выводы. Проведенные экспериментальные исследования преобразователя подтвердили теоретические расчеты и показали возможность его использования для измерения малых расходов в пищевой, химической и фармацевтической отраслях.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются многомерные дискретные фильтры Вольтерра (ФВ, полиномиальные фильтры), определяемые отрезком дискретного функционального ряда. Предметом исследования являются способы эффективной реализация ФВ, основанные на их представлении в матричном виде и выполнение процедуры декомпозиции. Целью работы является разработка способов эффективной реализации двухмерных дискретных ФВ за счет выполнения распараллеливания и унификации вычислительных операций. Материалы и методы. Для описания процесса многомерной дискретной фильтрации использовано матричное представление ФВ. Введено понятие блочной свертки, позволяющей свести вычисление матричных нелинейных сверток к последовательности вычислений обычных двухмерных сверток, а также оценить объем необходимых вычислительных затрат. Результаты. Предложен подход к реализации двухмерных дискретных ФВ, основанный на декомпозиции матричного представления нелинейных двухмерных сверток. Данный подход позволяет свести задачу реализации нелинейных ФВ к последовательно-параллельному выполнению обычных двумерных линейных сверток и может стать основой разработки параллельных вычислительных структур для реализации быстродействующих алгоритмов нелинейной фильтрации на основе использования матрицы параллельных процессоров. Выводы. Метод реализации двухмерных дискретных ФВ, основанный на выполнении процедуры декомпозиции матричного представления нелинейных сверток, позволяет использовать для реализации ФВ известные методы и алгоритмы многомерной линейной фильтрации и дать им наглядную интерпретацию. Предложенный метод реализации ФВ за счет использования параллельно-последовательного выполнения процедуры вычислений обеспечивает возможность их реализации на основе использования структур процессоров систолического типа.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Объектом исследования является система управления попутным безопасным движением двух судов. Предметом исследования являются методы оптимального управления полетом. Целью настоящей работы является воспроизведение поведения человека путем количественной оценки текущего риска в движении и последующей перестройки системы управления на примере входа воздушного судна в эшелон на заданную линию пути. Материалы и методы . Сформулирована задачи с учетом интегрального критерия безопасного движения и синтез законов оптимального управления попутным движением судов на основе динамического программирования. Результаты. Результатом работы системы является соблюдение определенной безопасной дистанции между двумя судами, несмотря на внезапное замедление скорости впереди летящего судна. Получены результаты, подтвердившие возможность автоматического контроля безопасности в наземной диспетчерской службе. Выводы. Найдено оптимальное управление безопасным попутным движением воздушных судов в виде алгоритма, имеющего в общем случае на своем входе координаты бокового движения воздушного судна и , координаты и поступательного и бокового движения другого воздушного судна, а также скорости и поступательного и бокового движения двух судов. Синтезированная система управления может использоваться для автоматической подсказки летчику и диспетчерской наземной службы о возникновении сигнала тревоги при опасном сближении воздушных судов при входе в воздушный эшелон.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Модель интегрированной среды как взаимосвязанная совокупность ее описаний должна обеспечить функционирование программных модулей на основе содержательных функций методологии автоматизации интеллектуального труда и функций управления проектами. Целью работы является повышение эффективности процесса создания прикладных автоматизированных систем за счет определения набора требований к интегрированной среде и описания ее модели. Материалы и методы. Разработка модели интегрированной среды проводилась на основе методологии автоматизации интеллектуального труда (МАИТ), обеспечивающей промышленный способ создания прикладных автоматизированных систем. Суть методологии заключается в последовательном отображении формально-языковых представлений автоматизируемых задач на основе первоначально формируемой семантической модели этих задач на трех уровнях абстрагирования, что обеспечивает содержательное единство этих представлений. Особенностью МАИТ является формирование модельного представления автоматизируемых задач, которое инвариантно к программно-техническим средам и средствам их реализации. Результаты. Исследованы особенности методологии автоматизации интеллектуального труда, на основе которых сформулированы требования к интегрированной среде - содержательные, конфигурационные, управленческие. С учетом требований разработана модель интегрированной среды, описание которой включает систему средств поддержки процедур различных типов для разных видов задач (функциональных, управленческих, предметных) на всех этапах, систему логических компонентов для объектно-ориентированного подхода, файловую систему элементов интегрированной среды. Выводы. Разработана модель интегрированной среды как взаимосвязанная совокупность ее описаний с различной степенью детализации на концептуальном, логическом и физическом уровнях. Формальное описание элементов интегрированной среды позволяет перейти к разработке методики управления ее функционированием и разработке методики конфигурирования (развития) среды поддержки создания прикладных автоматизированных систем.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования является электролит для нанесения покрытий сплавом медь-олово; предметом - процессы электроосаждения покрытий сплавом медь-олово на стационарных и нестационарных режимах осаждения, таких как вибрация катода и омагничивание электролита. Цель исследования - выявление технологических и кинетических закономерностей электроосаждения сплава медь-олово при вибрации катода и в магнитном поле. Материалы и методы. При выполнении экспериментов использованы методы: классификации, аналогии применительно к использованию смежных отраслей науки и техники; технологии нанесения гальванических покрытий сплавами; гостированные методики по определению состава получаемых покрытий. Результаты. Выявлены технологические и кинетические закономерности электроосаждения покрытий сплавом медь-олово, позволяющие выбрать предпочтительные режимы электролиза при вибрации катода и в магнитном поле. С целью получения сплава определенного состава было получено многофакторное уравнение регрессии, которое устанавливает зависимость содержания олова в сплаве с входными параметрами, влияющими на процесс. Выводы. В результате проделанной работы выявлено, что вибрация катода и наложение на электролит магнитного поля повышают выход по току, рабочую плотность тока 4 раза и 1,5 раза соответственно и улучшают внешний вид покрытий сплавом медь-олово.
Ключевые слова
Актуальность и цель . При расчете методом конечных элементов оболочки и пластины, подкрепленных стержнями, в конечно-элементной модели стержень представляет собой линию, наделенную соответствующими физическими и геометрическими характеристиками с расположением в плоскости конструкции. Особенности крепления стержня не учитываются. Наиболее часто используются стержни коробчатого квадратного сечения. Цель работы - обеспечить расчет подкрепленной оболочки и пластины стержнями коробчатого квадратного сечения с использованием конечных элементов с узлами по контурам сечений, соответствующим узлам крепления стержня . Материалы и методы. Исследования проводятся на основе метода конечных элементов с использованием дискретных расчетных схем и программных средств. Результаты. В стандартной конечно-элементной постановке с помощью матриц переноса узловых сил и перемещений получены выражения в блочной форме матриц жесткости балочных конечных элементов с узлами по контурам сечений, соответствующим симметричному креплению стержня и в «шахматном» порядке. Моделирование подкрепленных конструкций, полнее отражающее силовое и кинематическое взаимодействие стержней, пластин и оболочек в узлах их соединения, реализовано в целевых программах для ЭВМ. Выводы. Подход к моделированию подкрепленной конструкции позволяет в ее конечно-элементной модели учесть условия крепления стержня коробчатого квадратного сечения, что полнее отражает особенности сопряжения КЭ. Программы расчета на ЭВМ можно рекомендовать для кинематического анализа различных металлических конструкций при оболочечно-стержневой и пластинчато-стержневой их идеализации.