Актуальность и цели . В настоящее время в различных областях науки и техники широко применяются цифровые методы обработки непрерывно поступающей информации на высокой частоте. Во многих случаях быстродействие сигнальных процессоров недостаточно, единственным возможным вариантом является реализация cпециализированных процессоров на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). В то же время в научно-технической литературе достаточно редко встречаются публикации по этой тематике, поэтому тема статьи представляется актуальной. Цель исследования - разработка cпециализированных процессоров на основе ПЛИС, позволяющих выполнять предварительные вычисления характеристик непрерывно поступающей информации на высоких частотах и передачу результатов для окончательной обработки центральному процессору. Материалы и методы . Для обеспечения высокого быстродействия при обработке непрерывно поступающей информации используются конвейерные методы вычислений и методы цифровой обработки сигналов. Результаты . Разработана структура cпециализированного конвейерного процессора цифровой обработки сигналов на основе ПЛИС предварительных вычислений и передачи результатов для окончательной обработки центральному процессору. Исследованы характеристики разработанного процессора. Проведено экспериментальное исследование узлов разработанного процессора. Выводы . Рассмотренный в статье способ выбора параметров узлов процессора позволяет сократить аппаратные затраты. Предложенная методика расчета частотных характеристик позволяет определить характеристики внутренних сигналов и узлов процессора внутри ПЛИС, что упрощает настройку реальных схем.
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки
2016. — Выпуск 2
Содержание:
Актуальность и цели . Объектом исследования являются системы управления для дискретных событийных систем (ДСС). Предмет исследования - методы и средства проектирования систем управления ДСС на основе автоматных моделей. Цель - разработка методов и средств проектирования и реализации систем управления ДСС на основе программируемых логических контроллеров с использованием иерархических модульных недетерминированных автоматов (ИМНДА), являющихся развитием концепции недетерминированных автоматов, предложенных Н. П. Вашкевичем. Материалы и методы. Для решения поставленных задач использовались методы теории множеств, конечных автоматов, сетей Петри, сетевых систем «условие - событие» (NСЕS-сетей), а также методы разработки программного обеспечения управляющих систем на основе программируемых логических контроллеров. Результаты. Разработаны методики реализации базисного модуля ИМНДА на основе релейно-контактной логики (LD) и составного модуля ИМНДА на основе функционально-блоковых диаграмм (FВD). Предложена структура инструментальных средств для поддержки проектирования и реализации систем управления ДСС на основе ИМНДА. Показана применимость предложенных методов на примере разработки простой системы управления. Выводы . Предложенные методы и средства позволяют: уменьшить затраты на разработку, модификацию и сопровождение систем управления ДСС; увеличить степень повторного использования разработанных артефактов проектирования (например, автоматных модулей); автоматизировать разработку систем управления ДСС, что, в конечном счете, приводит к сокращению сроков проектирования систем управления ДСС.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются аппаратно-программные модели вычислительных устройств на базе ПЛИС. Предмет исследования - методика временного анализа аппаратно-программных модулей вычислительных устройств и их синтез на базе ПЛИС. Цель- разработка способа быстрой оценки временных затрат модулей вычислительной системы, реализуемой на базе ПЛИС. Материалы и методы. Представленная в статье методика объединяет математический и имитационный способы временной оценки алгоритмов, реализуемых в рамках аппаратно-программных модулей. Имитационный способ дает наглядную картину работы модуля и позволяет собрать библиотеку модулей для последующего комплексного анализа вычислительного устройства. Математический способ удобен тем, что не требует знания специализированного программного обеспечения и позволяет быстро сделать приблизительные расчеты отдельного модуля устройства. Результаты. Разработаны две компьютерные модели пяти вычислительных устройств. Первая компьютерная модель построена на базе САПР СРNТооls и математического аппарата сетей Петри. Вторая компьютерная модель - с использованием языка VНDL и САПР АLТЕRА. Оба подхода показали адекватность разработанной методики оценки временных затрат. Выводы. Несмотря на наличие в средствах реализации СБИС систем программных модулей для расчета и визуализации временных затрат, описанная в статье методика на ранних этапах формирования архитектуры позволяет быстро оценить адекватность затрат на разработку вычислительного устройства и внести нужные разработчикам коррективы.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Рассматриваются аспекты управления информационными рисками в системах защищенного сбора и распределенной обработки больших сенсорных данных. Объектами информационных угроз являются компоненты SСАDА-систем диспетчерского контроля и управления в службах энергоснабжения и энергопотребления. Материалы и методы. Сбор и распределенная обработка данных осуществляется с пространственно-распределенных датчиков, приборов автоматики, учета и контроля энергоносителей и процессов транспортировки энергии в инженерных энергетических сетях. На узлах беспроводной сенсорной сети, модемах сотовой связи и промышленных контроллерах приборов учета и контроля энергоресурсов реализуется модель распределенных «туманных» вычислений, относительно которой рассмотрены основные составляющие информационных рисков. Результаты. Приведена классификация информационных угроз и атак в отношении беспроводной транспортной среды «туманных» вычислений. Определены методы и инструментальные средства защиты сенсорных сегментов технологии ZigВее, узлов сбора данных, беспроводных каналов связи и передаваемых данных. Особое внимание уделяется аспектам обеспечения информационной безопасности в отношении программных агентов и брокеров «туманных» вычислений. Выводы. Обеспечение защиты и выполнение политик безопасности при организации доступа с пространственно-распределенный модулей к агентам и брокерам «туманных» вычислений требует разработки новых моделей защиты из-за ограниченных вычислительных и энергетических ресурсов сетевых узлов. Вопросы информационной защиты смещаются от защиты периметра сети и сетевой инфраструктуры в сторону защиты сенсорных данных и кадров с кодом агентов «туманных» вычислений.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Совершенствование технических устройств мониторинга электрофизиологических характеристик сердца привело к увеличению объема передаваемых данных, что определило необходимость разработки новых алгоритмов предварительного анализа электрокардиосигнала и исключения ошибок при передаче результатов. Целью работы является обоснование и разработка способа повышения достоверности оценки состояния сердца в компьютерной диагностической системе «Кардиовид» на основе энтропийно-параметрического анализа электрокардиосигнала и демодуляции канального кода. Материалы и методы . Приведенные в работе подходы совершенствования мониторинга базируются на методах статистической обработки количественной информации о состоянии сердца и особенностях технической реализации структуры канала передачи данных в компьютерной диагностической системе «Кардиовид». Результаты. Исследована статистическая модель регрессии для сортированного ряда отсчетов электрокардиосигнала, основанная на оценке изменения энтропии информационных процессов одного кардиоцикла. Разработан способ демодуляции канального кода. Проведен расчет статистических параметров электрофизиологических характеристик сердца и вероятности обнаружения ошибки канальным кодом. Получены результаты моделирования, подтверждающие повышение достоверности оценки состояния сердца при проведении мониторинга его электрофизиологических характеристик. Выводы . Предложенные способы совершенствования мониторинга электрофизиологических характеристик сердца на базе компьютерной диагностической системы «Кардиовид» позволяют повысить достоверность оценки состояния сердца и расширить функциональные возможности классического анализа электрокардиосигнала. Значительное снижение временных и материальных затрат достигается благодаря оценке энтропии выборки сортированного ряда распределения результатов, полученного за цикл работы сердца, и модернизации способа передачи данных.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Качество выпускаемой продукции напрямую зависит от качества документов, сопровождающих ее выпуск. К ним относятся и управленческие документы. Перед внедрением автоматизированных систем управления любого уровня необходимо провести оптимизацию системы управления документами (СУД). Данный процесс ввиду отсутствия общепризнанной системы показателей эффективности состояния СУД весьма трудоемок. Целью работы является теоретическое обоснование подхода к анализу и оценке текущего состояния СУД предприятия и разработка эффективного алгоритма проведения анализа порядка документирования. Материалы и методы. Начинать оптимизацию СУД нужно с анализа порядка документирования на соответствие действующим нормам. При разработке плана проверки предложено использовать группу государственных стандартов «Статистические методы управления качеством продукции». Для сокращения времени проведения проверки и анализа обосновано применение выборочного метода. Выделены однородные партии документов. Моделирование структуры связей между элементами различных партий проведено на основе ориентированного дерева. Граф дает полную информацию о количестве документов, создаваемых в подразделении и объеме групп документов, что и необходимо учесть при планировании проверки. В соответствии со статистическими методами контроля введены показатели качества документов. При проведении анализа порядка документирования выборочным методом реализуется схема оценки вероятности события «неправильное оформление документа». Вычисляется частота его появления в некоторой выборке из генеральной совокупности всех документов определенной группы. Описан алгоритм проведения анализа порядка документирования. Выводы. Выборочный метод является хорошо разработанной и многократно опробованной конструкцией теории вероятностей. Использование статистических методов при проведении анализа порядка документирования позволяет сократить время проверки и количество проверяющих. Эффективность алгоритма проведения анализа повышается.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются цифровые системы обработки сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех, осуществляющие когерентное режектирование с последующим некогерентным накоплением остатков режектирования. В качестве режекторного фильтра (РФ) рассматривается рекурсивный фильтр, в котором для сокращения времени переходного процесса используется перестройка его структуры путем коммутации обратных (рекурсивных) связей. Предметом исследования являются характеристики обнаружения цифровых систем обработки сигналов на основе рекурсивных РФ перестраиваемой и фиксированной структуры. Цель работы - сопоставление эффективности цифровых систем обработки сигналов в переходном и установившемся режимах при перестраиваемой и фиксированной структурах рекурсивного РФ. Материалы и методы. Исследования характеристик обнаружения в переходном и установившемся режимах выполнены на основе статистических методов анализа с использованием метода характеристических функций. Результаты. Получены выражения для элементов корреляционных матриц на выходе РФ перестраиваемой структуры в переходном режиме и на выходе РФ фиксированной структуры в установившемся режиме. Корреляционные матрицы на выходе РФ являются исходными при последующем анализе характеристик обнаружения цифровых систем обработки сигналов. Выводы. Проведенный анализ характеристик обнаружения цифровых систем обработки сигналов в переходном и установившемся режимах показал, что переходные процессы в рекурсивных РФ фиксированной структуры существенно снижают эффективность системы, а перестройка структуры РФ позволяет избежать соответствующих потерь, приблизившись к эффективности системы в установившемся режиме.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Прозрачные проводящие покрытия на основе тонких пленок оксидов металлов широко используются в различных оптоэлектронных приборах и устройствах. Толщина пленок играет важную роль в формировании их электрических и оптических свойств, поэтому при получении требуется постоянно измерять этот параметр. Однако проводить измерения толщины тонких прозрачных пленок традиционными методами затруднительно вследствие определенных ограничений. Решить данную задачу позволяет конвертный метод, заключающийся в анализе распределения интерференционных экстремумов в спектрах пропускания тонких пленок. Целью работы является определение толщины пленок диоксида олова конвертным методом, его точности и условий применения. Материалы и методы. Тонкие пленки диоксида олова получены методом спрей-пиролиза на стеклянных и кремниевых подложках. Измерены спектры пропускания пленок в области длин волн λ = (320-1000) нм. В работе представлена методика определения толщины прозрачных пленок конвертным методом. Толщина также измерена с помощью эллипсометрии и электронной микроскопии. Проведен сравнительный анализ полученных результатов. Результаты. Сравнительный анализ продемонстрировал, что точность конвертного метода снижается с уменьшением толщины пленки. В результате проведенной работы выявлены недостатки конвертного метода и условия его применения. Выводы. Конвертный метод следует применять только к спектрам пропускания, демонстрирующим интерференционные полосы, при условии слабого поглощения электромагнитного излучения тонкой пленкой и полностью прозрачной подложки.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Объектом исследования являются процессы функционирования радиоэлектронной системы, состоящие из множества различных радиоэлектронных средств, подвергающиеся в ходе работы непреднамеренным и преднамеренным помехам. Предметом исследования являются модели обеспечения электромагнитной совместимости совокупности радиоэлектронных средств. Цель работы состоит в том, чтобы выбрать оптимальный план работы множества различных радиоэлектронных средств с целью повышения эффективности их совместного функционирования путем перестройки параметров излучений. Материалы и методы . Предложен вероятностный подход к анализу динамики состояний модели функционирования радиоэлектронных средств, построенной на основе теории полумарковских процессов. Результаты. Получены модели для расчета и анализа эффективности функционирования радиоэлектронных средств, отличающиеся системным учетом всех факторов, влияющих на их совместную работу, и достоверностью формализации описания процесса. Выводы . На основе предложенных моделей можно осуществлять оптимальное планирование частотного ресурса с целью уменьшения уровня помех для радиоэлектронных средств, а это значит сформировать эффективную радиоэлектронную систему, оснащенную разнотипными радиоэлектронными средствами. Предложенные модели позволяют не только анализировать эффективность функционирования системы радиоэлектронных средств, но и решать обратные задачи по совершенствованию их защищенности до необходимого уровня.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Описаны методики обработки результатов измерений частотных и временных параметров операционных усилителей (ОУ). Материалы и методы. На предварительном этапе пользователем создается база исходных данных, включающая минимально допустимые значения измеряемых частотных и временных параметров, с которыми сравниваются результаты измерений параметров ОУ. По результатам этого сравнения принимается решение о соответствии ОУ требованиям технических условий. С учетом исходных данных и измеренных параметров создается макромодель ОУ. Результаты. Определены основные этапы методики обработки результатов измерений частотных и временных параметров ОУ. Составлен перечень исходных данных и измеряемых параметров ОУ, необходимых для составления паспорта и расчета макромодели ОУ. Получены расчетные соотношения, позволяющие выразить параметры элементов макромодели непосредственно через статические и динамические параметры ОУ. Выводы. Разработана методика автоматизированной обработки результатов измерений частотных и временных параметров ОУ, все процедуры которой выполняются в программной среде LаbVIЕW Nаtiоnаl Instrumеnts. Тестирование разработанной программной реализации предложенной методики показало ее работоспособность и эффективность.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Высокие эксплуатационные свойства и экономическая привлекательность способствуют широкому применению полимерных композиционных материалов (ПКМ) в изделиях различного функционального назначения. Конкурентоспособная технологичность изготовления подшипников скольжения (ПС) из ПКМ придает важность триботехническим исследованиям этих материалов. Предмет исследования составили закономерности изменения коэффициента трения ПС из ПКМ в зависимости от нагрузки и скорости в зоне трения. Цель работы - оценка возможности повышения фрикционно-износных характеристик тяжелонагруженных ПС из ПКМ при соблюдении условий бездефектности изготовления. Материалы и методы . Дан анализ причин возникновения дефектов при изготовлении ПС методом намотки ленты из ПКМ на всех этапах технологического процесса. Обоснована важность теоретико-экспериментальных исследований изменения физико-механических характеристик изделий из ПКМ как на стадии производства, так и на стадии эксплуатации в экстремальных условиях. Результаты. Приведены результаты моделирования поведения трибосопряжения «вал - втулка» при различных режимах нагружения в условиях сухого трения. Установлены пограничные значения давления и скорости, превышение которых приводит к схватыванию фрикционных поверхностей. Вывод. Дальнейшее повышение смазывающих свойств ПС из ПКМ возможно путем их промасливания на заключительной операции изготовления.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования являются детали, изготовленные из высокопрочной конструкционной стали марки 30ХГСН2А. Предметом исследования является распределение остаточных напряжений (ОН) по глубине поверхности деталей в результате упрочняющей обработки дробью. Цель работы - аналитическая оценка распределения ОН по глубине поверхностного слоя деталей из высокопрочных сталей после поверхностного пластического деформирования при производстве и после эксплуатации. Материалы и методы . Аналитическая оценка формирования ОН по глубине поверхностного слоя проводилась на основании классической теории упругости, а также посредством проведения ряда многофакторных экспериментов с применением методов неразрушающего контроля и обработки полученных данных при помощи методов регрессионного анализа. Результаты. Результатом проведенных исследований стало получение аналитической зависимости для оценки распределения эпюры остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя деталей. Выводы. Полученная модель адекватна реальным процессам в поверхности детали. Сопоставление с экспериментальными данными показало отклонение не более 20 %.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Объектом исследования является покрытие сплавом медь-олово, полученное электрохимическим методом; предметом исследования - процессы электроосаждения покрытий сплавом медь-олово на стационарных и нестационарных режимах осаждения, таких как вибрация катода и наложение на электролит переменного магнитного поля. Цель работы - изучение влияния различных режимов электролиза (вибрация катода и наложение на электролит переменного магнитного поля) на физико-механические, электрические и коррозионные свойства покрытий сплавом медь-олово. Материалы и методы. Состав получаемых покрытий исследовали методами спектрофотометрии и гравиметрии. Эксплуатационные свойства покрытий, такие как адгезионная прочность, микротвердость, износостойкость, переходное электрическое сопротивление, паяемость, коррозионная стойкость в различных средах, исследовали с использованием стандартных и общепринятых методов. Результаты. Выявлена взаимосвязь эксплуатационных свойств покрытия сплавом медь-олово (микротвердость, паяемость, переходное сопротивление, коррозионная стойкость) и режимов стационарного и нестационарного электролиза, позволяющая формировать покрытия с заданным комплексом свойств. Получены результаты коррозионных испытаний, определяющие область применения сплава медь-олово. Выводы. В результате исследования установлено, что нестационарные режимы электролиза, такие как вибрация катода и наложение на электролит переменного магнитного поля, способствуют формированию гальванических покрытий сплавом медь-олово с широким диапазоном содержания олова в сплаве, оказывая, таким образом, значительное влияние на их свойства. Экспериментально доказано, что вибрация катода и наложение на электролит переменного магнитного поля приводит к формированию покрытий сплавом медь-олово, обладающих низким и стабильным во времени переходным сопротивлением, хорошей паяемостью и высокой коррозионной стойкостью. Это позволяет использовать данные покрытия в качестве покрытий слаботочных контактов, а также покрытий под пайку, в том числе для производства печатных плат.