Актуальность и цели. Данные, полученные в ходе стендовых испытаний двигательных установок, должны корректно обрабатываться системами поддержки принятия решения. С точки зрения разработчика подобной системы, сложности реализации связаны с поиском оптимальных методов отображения полученных данных. Возникает проблема представления сложных многомерных данных. Цель работы – построение наглядной и удобной модели представления совокупностей простых и многомерных данных с использованием возможностей трехмерной графики. Материалы и методы. При разработке туннельной модели данных были использованы методы теории образов, искусственного интеллекта и распознавания образов, автоматизированного синтеза графических образов, основы человеческого восприятия. Достигнутые результаты базируются на трудах таких авторов, как П. Колерс, У. Гренандер, Г. Бреслав и других. Результаты. Впервые предложена туннельная модель данных, которая обладает высокой степенью наглядности, компактности и значительным аналитическим потенциалом. Предложенная модель является разновидностью графической модели данных, достаточной для принятия решения оператором системы поддержки принятия решения. Рассмотрена возможность построения туннельной модели как для совокупности простых, так и для многомерных данных. Предложена процедура нормализации туннельного представления данных. Выводы. Представленная туннельная модель данных обладает научной новизной, практической востребованностью и демонстрирует удобство работы с отображением большого объема данных, получаемых в ходе стендовых испытаний. Она позволяет сводить результаты в обобщенные графики-туннели, компоновать измеряемые параметры внутри расчетных, а расчетные – внутри расчетных большей степени вложенности. Предлагаемая модель обеспечивает лицо, принимающее решение, удобным методом графического обобщения и представления больших групп динамически изменяющихся параметров в различных временных срезах и проекциях.
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки
2015. — Выпуск 3
Содержание:
Актуальность и цели. При проведении отладки и испытаний бортовых радиолокационных станций авиационных комплексов дальнего радиолокационного обнаружения применяется технологическая контрольно-записывающая аппаратура, которая обеспечивает запись на накопитель радиолокационного сигнала. Зарегистрированная информация в последующем анализируется на ЭВМ в целях оценки эффективности работы радиолокационного комплекса. Это позволяет сократить сроки разработки и затраты за счет уменьшения количества летных испытаний. В связи с этим разработка новых алгоритмов обработки радиолокационных данных является актуальной. В данной статье описывается новый алгоритм дешифрации зарегистрированной радиолокационной информации с использованием технологии CUDA. Материалы и методы. Для решения поставленных целей была разработана программа для ЭВМ с применением технологии CUDA. Для тестирования на вход программы подавались тестовые наборы реальных полетных данных. Результаты. Экспериментально доказано, что разработанное программное обеспечение на основе предложенного алгоритма дешифрации и анализа радиолокационной информации позволяет повысить эффективность обработки данных и дает прирост производительности до 10 % по сравнению с существующим алгоритмом параллельной обработки данных на центральном процессоре. Выводы. Предложенный алгоритм и разработанная программа нашли применение при создании программного комплекса для авиационных комплексов дальнего радиолокационного обнаружения нового поколения.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования является разработанный функциональный язык «Т», который применяется для разработки алгоритмов работы распределенной системы управления. Предметом исследования является способ представления функционального языка в виде сетевой модели на основе цветных иерархических безопасных рекурсивных сетей Петри. Цель работы – формальное описание языка «Т» в виде сетевой модели для дальнейшего его использования в области проектирования и представления параллельных вычислительных систем. Материалы и методы. Формальное описание языка «Т» проведено с использованием модели цветных иерархических безопасных рекурсивных сетей Петри. Результаты. Даны определение и ограничения языка «Т». Показаны особенности представления данного языка в виде сетевой модели на основе сети Петри. Выводы. Предложен специальный вид функционального языка – язык «Т», который предназначен для описания алгоритмов распределенной автоматизированной системы управления. Предложенный способ представления данного языка позволит провести моделирование схемы, описанной на языке «Т», с использованием математического аппарата сетей Петри. Кроме того, к схеме, представленной описанным способом, могут быть применены методы тензорного исчисления, а также трансляционные методы преобразования полученных сетевых моделей.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Применение искусственной нейронной сети для обработки цифровых сигналов со значениями спектральных коэффициентов поглощения товарных топлив, полученных путем смешения компонентов, относится к аналитическим инструментам и может использоваться, например, для идентификации компонентов, контроля и поддержания требуемой концентрации и значения детонационной стойкости компонентов при производстве товарного топлива. Целью исследования является разработка структуры, целевой функции и функции активации искусственной нейронной сети идентификации компонентов и определения состава топлива по спектральным коэффициентам поглощения. Материалы и методы. Задачи идентификации компонентов бензина, определения состава и детонационной стойкости решались с использованием теории искусственных нейронных сетей. Методом математического моделирования найдены целевые функции искусственной нейронной сети идентификации и состава, функции активации нейрона. Методом обратного распространения ошибки решалась задача обучения искусственной нейронной сети. Результаты. В пакете VBA программы Microsoft Excel промоделирована разработанная математическая модель обучения искусственной нейронной сети идентификации и определения состава по спектральным коэффициентам поглощения. Подана заявка на изобретение «Способ идентификации компонентов бензина и определения его состава в режиме реального времени» № 2014116187 от 22.04.2014. Выводы. Искусственная нейронная сеть для идентификации компонентов, определения состава бензинов и их компонентов по спектральным коэффициентам поглощения в промышленной информационно-измерительной системе предназначена для обеспечения достоверности идентификации, повышения точности определения состава и детонационной стойкости товарных бензинов в технологических процессах, что позволит в режиме реального времени вносить поправки в технологию приготовления бензинов.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Для эффективного управления любым предприятием необходимо обладать информацией о результативности его деятельности. Для определения результативности могут использоваться различные показатели оценки деятельности. Выявление взаимосвязей и различных зависимостей между показателями помогает определить показатели или их сочетания, влияющие в большей степени на результативность. В связи с этим возникает актуальная задача разработки моделей и методов результативности деятельности организации. Цель данной работы заключается в описании метода теории решеток, использовании метода для представления структуры показателей научной деятельности с последующим анализом свойств моделей на основе теории решеток. Материалы и методы. В качестве метода моделирования, анализа и оценки научной деятельности предлагается метод комбинаторно-упорядоченного моделирования (КУМ). Результаты. Даны основные понятия метода КУМ. Описана модель представления частично упорядоченного множества, описаны свойства модели. Рассмотрен пример обработки и анализа данных (показателей оценки результативности деятельности научных организаций) с помощью метода КУМ, основанного на решетках. Выводы. Метод КУМ является универсальным методом решения задач анализа и может быть использован при решении широкого спектра задач. Особенностью метода КУМ является высокая адекватность представления структуры данных в виде решетки, образованной оператором замыкания.
Ключевые слова
Актуальность и цели. В настоящее время в различных областях науки и техники широко применяются системы на кристалле с процессорными блоками на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). В таких системах вычислительные операции разделяются так, чтобы процессор выполнял функции управления и алгоритмически сложные и в то же время относительно медленные вычислительные вычисления. Операции, требующие максимального быстродействия, выполняются аппаратно на ресурсах ПЛИС. Для выполнения таких операций требуются блоки для вычисления функций, в первую очередь тригонометрических. Цель исследования – разработка скоростных специализированных блоков на основе ПЛИС, позволяющих в темпе поступления входных данных генерировать синусоидальные последовательности для вычислительных систем на кристалле с процессорными блоками на основе ПЛИС. Результаты. Разработана структура специализированного блока для генерации потоков значений тригонометрических функций, предназначенного дляm систем на кристалле с процессорными блоками на основе ПЛИС. Исследованы характеристики разработанного генератора. Проведено экспериментальное исследование узлов разработанного процессора. Выводы. Рассмотренный в статье способ создания блоков генерации тригонометрических функций позволяет для ряда практических случаев получить выигрыш по точности при относительно простой аппаратной реализации.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются системы управления процессами и ресурсами в параллельных системах обработки информации. Предметом исследования являются алгоритмы синхронизации параллельных процессов в задаче «писатели -читатели», основанные на механизме монитора. Цель работы – получение формальной модели алгоритма синхронизации с возможностью преобразования ее в модель функционального описания аппаратуры, например на языке VHDL, с дальнейшей реализацией на программируемых логических интегральных схемах. Материалы и методы. Формализация алгоритма синхронизации параллельных процессов в задаче «писатели – читатели» выполнена с использованием метода, основанного на логике недетерминированных автоматов. Результаты. Получено формальное описание алгоритма управления синхронизацией процессами в задаче «писатели – читатели» на основе использования механизма монитора в виде стандартной системы канонических рекуррентных уравнений, реализующих все частные события в управляющем алгоритме. Оно будет использовано для создания средств аппаратной поддержки ряда функций многопроцессорных операционных систем, к которым относятся каналы межпроцессного обмена, очереди сообщений и др., что обеспечит уменьшение латентности и повышение пропускной способности средств коммуникаций, а также их надежность и живучесть за счет тщательной отладки оборудования. Выводы. Полученное формальное описание позволяет в дальнейшем просто решать задачи структурной реализации алгоритмов управления процессами и ресурсами и их верификации на моделях, представляющих основные характеристики свойств алгоритма, к числу которых обычно относятся безопасность и живость, справедливость, наличие взаимоисключения взаимодействующих процессов и др.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Одной из основных функций автоматизированных систем управления средствами поражения целей является решение задачи о назначениях. Решение задачи о назначениях должно осуществляться оперативно с учетом как характеристик средств поражения и целей, так и складывающейся обстановки. В этой связи для решения задачи требуются более эффективные алгоритмы. Материалы и методы. Модель предметного пространства, отражающая характер отношений между средствами поражения и целями, построена на основе прямой формы задания тензора. В качестве целевой функции назначения целей использована одна из характеристик тензора второго порядка (квадратной матрицы) – след тензора. Результаты. Предложены алгоритмы решения проблемы в два этапа. Первый этап – выбор цели по наименьшему значению выживания вновь обнаруженной цели. Второй этап – перераспределение целей в соответствии с терминальным критерием минимального выживания всех выбранных целей. Выводы. Предложено решение задачи о назначении целей с применением тензорного исчисления. Решение задачи может осуществляться в режиме реального времени при максимальной загрузке средств поражения.
Ключевые слова
Актуальность и цели. В современных информационно-измерительных системах и системах управления используются параметрические первичные преобразователи информации (ППП). Большое число вариантов состава и структуры многоэлементных двухполюсных электрических цепей, являющихся электрическими моделями ППП, вызывает необходимость использования множества типов вторичных преобразователей, что увеличивает время разработки и стоимость систем. Цель исследования – разработка универсального вторичного преобразователя, способного осуществлять преобразование в код выходных сигналов ППП всех типов. Материалы и методы. Исследование выполнено с привлечением методов моделирования путем синтеза электрических, математических и структурных моделей источников и преобразователей информации. Результаты. Синтезирована универсальная модель ППП в виде двухполюсной электрической цепи с неизменной топологией. Гармоническое напряжение определено как единственная форма энергетического воздействия на ППП со стороны вторичных преобразователей при преобразовании пассивной электрической величины в активную. Разработана структура процесса преобразования универсального вторичного преобразователя как этапа измерения информативной величины ППП. Выводы. Предложена структурная модель процесса одновременного преобразования в код аналоговой информации о составляющих иммитанса параметрического первичного преобразователя. Модель может стать основой для разработки универсального вторичного преобразователя информации от параметрических первичных преобразователей.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются первичные пьезоэлектрические преобразователи. Предметом исследования являются способы измерения параметров первичных пьезоэлектрических преобразователей. Цель работы – измерение параметров первичных пьезоэлектрических преобразователей как в составе систем управления, так и в процессе их изготовления. Материалы и методы. Для проведения измерения на электроды пьезоэлемента первичного преобразователя подаются прямоугольные импульсы со скважностью два, частота следования которых близка к частоте собственных колебаний пьезоэлемента. После окончания действия импульсов частота, амплитуда и скорость затухания возникающих собственных колебаний пьезоэлемента сравниваются с известными предельно допустимыми значениями. По результатам сравнения принимается решение о состоянии первичного преобразователя и в случае неисправности могут быть выработаны рекомендации по определению причин неисправности. Результаты. Обосновано использование сигнала возбуждения в виде меандра. Приведена структурная схема прибора для измерения параметров, а также типовые осциллограммы напряжения реакции исправного и неисправного первичного преобразователя после снятия сигнала возбуждения. Выводы. Прибор может использоваться также у производителей первичных пьезоэлектрических преобразователей. В последнем случае возможно документирование и хранение результатов всех испытаний пьезоэлемента от момента его изготовления, на последующих стадиях технологического процесса изготовления первичного преобразователя и в процессе его эксплуатации на объекте. Полученная статистика позволит оценить долговременную стабильность первичного преобразователя и обеспечит получение большого объема информации для разработчиков.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Разработка и внедрение в практику проектирования новейших методов исследования характеристик сложных информационно-управляющих и информационно-вычислительных систем различных уровней является актуальной проблемой современной науки. При проектировании сложных информационных систем важную роль следует уделить процессу моделирования данных. Поэтому рассмотрена классификация методов моделирования данных и указаны их преимущества и недостатки. Материалы и методы. Использованы методы комбинаторно-упорядоченного моделирования. Приводится модель решетки. Результаты и выводы. Описанные технологии моделирования позволяютболее детально проектировать структуры данных информационных систем, используя многочисленные функции решеток.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования является система управления прецизионным изгибно-натяжным (усиливающим) пьезоэлектрическим актюатором, состоящим из четырех пьезопакетов, размещенных на основании с упорами и установленных в охватывающий их упругий корпус. Предметом исследования являются методы компенсации гистерезиса и совершенствования конструктивных элементов, повышающие линейность, точность, диапазон его рабочего перемещения. Цель исследования – разработка системы управления изгибно-натяжным пьезоэлектрическим актюатором с замкнутой и разомкнутой цепью обратной связи для многофункционального тестового оборудования, обеспечивающего перемещение объекта по одной координате с нанометровым разрешением. Материалы и методы. Повышение точности позиционирования системы управления с разомкнутой цепью обратной связи и компенсация гистерезиса пьезоэлементов выполнены с помощью математической модели Прейсака, а с замкнутой цепью обратной связи – с помощью схемы с пленочными тензорезистивными датчиками изгибной деформации упругой рамки; исследование процессов деформирования изгибных элементов упругой рамки выполнены методом конечных элементов. Результаты. Разработаны две системы управления для прецизионного позиционирования на основе усиливающего пьезоэлектрического актюатора, применяемые в многофункциональном тестовом оборудовании. Разработана компьютерная модель упругой рамки усиливающего пьезоактюатора, проведено ее исследование, введены изгибные элементы в виде вырезов и оптимизированы их размеры для получения максимальной точности при максимальном диапазоне перемещения. Выводы. Разработанная система позиционирования с разомкнутой цепью обратной связи, использующая математическую модели Прейсака, имеет простую схему управления, обеспечивающую диапазон перемещения 200 мкм и точность позиционирования ±2,5 мкм. Система позиционирования с пленочными тензорезистивными датчиками изгибной деформации упругой рамки обеспечивает диапазон перемещения 104 мкм и точность позиционирования 12 нм.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Магнитоиндуктивные датчики широко используются в прецизионной навигации в качестве электронных компасов и датчиков положения объектов. Благодаря простоте конструкции, высокой чувствительности в сочетании с малыми рабочими токами и низким уровнем шумов они представляют интерес и для биомагнитного приборостроения при условии уменьшения размеров чувствительных элементов до наномасштабных величин. Целью работы является обоснование возможности решения этой задачи путем применения нанотрубных соленоидов с сердечником из ферромагнитной нанопроволоки. Материалы и методы. Предложена конструкция магнитоиндуктивного датчика на основе релаксационного генератора на операционном усилителе с чувствительным элементом в виде соленоида из электропроводящей супракристаллической нанотрубки. Сердечник соленоида выполнен из ферромагнитной нанопроволоки и изолирован от соленоида посредством диэлектрической супракристаллической нанотрубки. Результаты. Рассчитаны индуктивность, активное сопротивление чувствительного элемента магнитоиндуктивного датчика на основе супракристаллических нанотрубок и постоянная времени RL-цепи релаксационного генератора при комнатной температуре. Чувствительный элемент имеет диаметр 1,76 нм и длину 1 мкм. Выводы. Создание чувствительных элементов магнитоидуктивных датчиков наномасштабных размеров на основе нанотрубок различной конфигурации технически возможно в рамках современных нанотехнологий.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Математическое моделирование динамических процессов элементов микросборок приборных устройств является актуальной проблемой, позволяющей на ранних этапах проектирования принимать конструкторско-технологические решения для обеспечения требуемого уровня вибропрочности и виброустойчивости микросборок в эксплуатационных режимах. Целью работы является повышение надежности и обеспечение тактико-технических характеристик приборных устройств конструкторско-технологическими способами. Материалы и методы. Микросборка рассматривается как пространственная гетерогенная структура, подверженная вибронагружению. Моделирование динамических процессов в элементах микросборки выполнено численными методами конечных элементов с использованием программного пакета ANSYS. Результаты. Разработан комплекс моделирующих программ и выполнено численное исследование спектра собственных частот и напряженно-деформированного состояния элементов микросборки при вибрационном нагружении. Исследовано влияние различных типоразмеров микросборк на формы колебаний и спектр собственных частот, а также положение наиболее нагруженных зон элементов микросборок, в которых возможно возникновение и развитие латентных дефектов. Выводы. Проведенные численные исследования показали, что для обеспечения виброустойчивости и стабильности метрологических характеристик микросборок необходимо на этапе их проектирования проводить математическое моделирование состояния элементов микросборок при реальных эксплуатационных воздействиях.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Эффективность производственного процесса непосредственно зависит от качества управления технологией, которая, в свою очередь, опирается на точность и оперативность обработки контрольно-измерительной информации. Разработка математических методов исследования системных связей и закономерностей функционирования и построение математических моделей с учетом структурных особенностей объекта исследований, а также написание программных продуктов для реализации данных методов являются актуальными задачами. Для примера реализации математических методов и апробации построенных моделей в основу были взяты данные Молдавского металлургического завода. Материалы и методы. Для исследования данных технологического процесса по показателям выплавки высокоуглеродистой и низкоуглеродистой марок стали использовали модифицированный метод случайного баланса при пассивном эксперименте. Построение адекватных моделей производили методом наименьших квадратов с предварительной ортогонализацией факторов. Результаты. Разработаны и апробированы адекватные математические модели на основе данных технологического процесса Молдавского металлургического завода. Произведен расчет информационной емкости полученных моделей с помощью предлагаемого программного решения. Выводы. Современные информационные технологии позволяют разработать необходимые программные продукты, позволяющие провести разработку моделей сложных объектов, что позволит будущим инженерам качественно и на высоком профессиональном уровне решать практические задачи на производстве.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются ультрадисперсные твердые сплавы с износостойкими покрытиями (инструментальный материал для фрезерования труднообрабатываемых материалов). Предметом исследования является процесс симметричного фрезерования жаропрочных сплавов ХН73МБТЮ-ВД и ХН77ТЮР. Цель работы – улучшение обрабатываемости особотруднообрабатываемых никелевых сплавов, используемых промышленностью при производстве авиационных двигателей. Материалы и методы. Исследование режущих свойств пластин из ультрадисперсного твердого сплава УД-10 с различными покрытиями проводили на вертикально-фрезерном станке модели 6Т12 при симметричном фрезеровании сплавов ХН77ТЮР и ХН73МБТЮ-ВД. Результаты. При симметричном фрезеровании жаропрочных сплавов ХН73МБТЮ-ВД и ХН77ТЮР стойкость торцовых фрез, оснащенных пластинами УД-10 – Ti-(Ti,Al)N-TiN в 2,5–3,4 раза превышала стойкость как контрольных пластин ВК10ХОМ без покрытия, так и пластин ВК10ХОМ – Ti-(Ti,Al)N-TiN. Отмечено практически полное отсутствие микровыкрашиваний и сколов пластин УД-10 – Ti-(Ti,Al)N-TiN при фрезеровании труднообрабатываемого сплава ХН73МБТЮ-ВД с достаточно большими сечениями среза (SZ = 0,125 мм/зуб и t = 1,0 мм). Последнее свидетельствует о достаточно высокой хрупкой прочности торцовых фрез, оснащенных пластинами УД-10 и УД-10 – Ti-(Ti,Al)N-TiN. Снижение влияния скорости резания на стойкость инструмента при ее повышении от 20 до 50 м/мин для труднообрабатываемого жаропрочного сплава ХН77ТЮР позволяет прогнозировать возможность существенного повышения производительности обработки за счет роста скорости резания в 1,5 – 2,0 раза. Выводы. Сбалансированность вязкости и твердости ультрадисперсных сплавов, существенное повышение структурной однородности и свойств многогранных пластин из ультрадисперсных твердых сплавов позволяет существенно повысить стойкость и стабильность режущих свойств инструмента при прерывистом резании по сравнению со стандартными сплавами, применяемыми для аналогичных целей.