Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки

Актуальность и цели . Рассматриваются предпосылки снижения размеров тестовой выборки хи-квадрат критерия Пирсона с 600 примеров до 20 примеров при сохранении его мощности. Актуальность задачи обусловлена тем, что при обучении и тестировании средств биометрической идентификации личности нет возможности использовать большие объемы обучающей и тестовой выборок. Материалы и методы . Формализуются условия, при которых хи-квадрат критерий на малых выборках из непрерывного распределения значений становится дискретным распределением значений. Для нормального и равномерного закона распределения значений используются гистограммы с равномерными интервалами, имеющими точную привязку центральных интервалов гистограммы к вычисленному на тестовой выборке математическому ожиданию. Результаты. Предложено усилить мощность хи-квадрат критерия до 22 раз за счет сглаживания гистограмм цифровым фильтром с окном скольжения в 9 отсчетов. Дается прогноз о том, что следующий усилитель мощности хи-квадрат критерия должен строиться в виде циклического континуально-квантового преобразователя, многократно решающего задачу для подвыборок меньшего объема. Дается оценка дополнительного усиления мощности хи-квадрат критерия за счет выявления и исследования дискретных состояний его распределения (выходного дискретного спектра хи-квадрат преобразования). Выводы . Показано, что при 16 опытах синхронизованный по математическому ожиданию хи-квадрат критерий, построенный на гистограммах с шестью равными интервалами, имеет дискретный спектр вероятности значений, состоящий из 116 значимых линий. Вероятность появления каждой из линий зависит от входного закона распределения значений. Учет дискретного характера спектра хи-квадрат распределения может позволить дополнительно поднять мощности хи-квадрат критерия на один или два порядка.

Актуальность и цели . В настоящее время одна из ключевых технологий в построении систем управления в промышленной автоматизации опирается на стандарт IЕС 61499. В общем случае системы управления на основе функциональных блоков (ФБ) стандарта IЕС 61499 представляют собой сложные иерархические системы, включающие множество артефактов и связей. Процесс проектирования систем данного класса предполагает разработку спектра взаимосвязанных моделей и их взаимных преобразований. Цель данного исследования - разработка методики перехода от многоуровневых систем функциональных блоков к одноуровневым графовым моделям. Материалы и методы . Данное исследование проведено с использованием теории множеств, теории конечных автоматов, теории графов и графовых трансформаций. Результаты . Разработаны формальные основы иерархической организации систем управления, построенных с использованием стандарта IЕС 61499, включая определение системной конфигурации и ее развертывания, принципы буферирования данных в межмодульных и межуровневых интерфейсах, что позволяет перейти от иерархических структур систем ФБ к одноуровневым моделям, которые можно принять за каноническую форму представления систем ФБ. Предложен подход к формализации процесса перехода от многоуровневых систем ФБ к одноуровневым на основе трансформации графов. В рамках формализации этого процесса разработаны: набор метамоделей систем ФБ в виде типизированных атрибутных графов; набор правил трансформации для перехода от многоуровневой структуры систем ФБ к одноуровневой структуре. Выводы . Предложенный метод перехода от многоуровневых систем функциональных блоков к одноуровневым графовым моделям сокращает число межуровневых связей и повышает однородность модели, что, в свою очередь, будет способствовать повышению эффективности анализа систем управления на стадии верификации и имитационного моделирования.

Актуальность и цели. Объектом исследования являются управляемые кольцевые генераторы импульсов для устройств фазовой синхронизации и восстановления данных в процессе их передачи по каналу связи или воспроизведения в устройстве хранения данных. Актуальность работы состоит в возможности повышения точности синхронизации за счет фазовой интерполяции периода множеством смещенных во времени импульсов мультифазного кольцевого генератора как местного генератора цифровой системы фазовой синхронизации. Цель работы - создание базовых схем и вариантов практического исполнения схем управляемых кольцевых генераторов с непосредственной и косвенной (через управление фазой) перестройкой частоты, а также оценка их основных характеристик. Материалы и методы. Исследование основных характеристик управляемых кольцевых генераторов выполнено с привлечением методов теории фазовой интерполяции, функций импульсной чувствительности, синтеза схем цифровой электроники. Результаты. Рассмотрены технические принципы фазовой интерполяции и созданы новые схемотехнические решения управляемых кольцевых генераторов импульсов, оценены их модуляционные и шумовые характеристики. Выводы. Применение предложенных в работе технических решений и выведенных расчетных соотношений в технике цифровой адаптивной синхронизации систем передачи и хранения данных позволяет повысить точность синхронизации без повышения тактовой частоты таких систем.

Актуальность и цели. Целью работы является оценка выигрыша, возникающего из-за использования программной поддержки, эффектов квантовой суперпозиции выходных состояний нейронной сети. Материалы и методы. Для наблюдения эффектов квантовой суперпозиции используется метод, состоящий в размывании детерминированных данных одного примера образа «Свой» данными генератора «белого шума». По этой причине часть выходных разрядов нейросетевого преобразователя оказываются нестабильными. Результаты. Предложено использовать коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки, хранящие синдромы связанных ошибок в виде хэш-функции от верных состояний корректируемого кода. Выводы. Реализация самокорректирующегося кода при его длине 256 бит, способного обнаруживать и корректировать 12 ошибок, дает выигрыш в сокращении вычислений на 20 десятичных порядков. Этот выигрыш обусловлен использованием при вычислениях эффектов поддержки квантовой суперпозиции длинной 12 кубит.

Актуальность и цели . Компьютерный анализ текста, одним из этапов которого является автоматическая разметка текста по частям речи (РОS-tаgging), необходимо проводить для целого ряда повседневных задач во многих IT-отраслях (таких как продвижение сайтов в Интернете). Однако достаточно качественно выполнить морфологическую разметку для русского языка значительно сложнее, нежели для английского. Хорошие библиотеки, реализующие такой функционал, либо медленные, либо имеют закрытый исходный код, либо требуют дополнительного анализа. Цель работы - реализация методов распознавания текста для русского языка. Материалы и методы. Реализация методов распознавания проводилась на основе метода опорных векторов применительно к задачам классификации объектов и с использованием национального корпуса русского языка - СинТагРус. Программная реализация машинного обучения осуществлялась на языке С/С++. Результаты . В работе был предложен алгоритм классификации для анализа текста и определения частей речи русского языка в текстах различной тематики. Данный алгоритм обработки текста требует для качественного анализа наличия большой репрезентативной выборки. Предложена эффективная схема выбора характеристик (признаков) для построения процедуры обучения. Выводы. Процедура машинного обучения продемонстрировала эффективность порядка 87-95 % для анализа частей речи в предложениях различной тематической направленности (на примере русского языка) и может быть использована при компьютерном анализе текста в задачах IT-отрасли.

Актуальность и цели. Демонстрируется эффективность и актуальность применения аппарата сетей Петри (СП) при моделировании сложных вычислительных систем. В силу того, что существующие в рамках данной теории методы анализа не позволяют оценить объем ресурсов, необходимых для построения требуемой модели системы, выделяется проблема нехватки критериев ее оценки с точки зрения сложности построения. Целью работы является программная реализация такой оценки в рамках теории структур СП. Материалы и методы. Рассматривается метод анализа произвольной сети Петри на основе трудоемкости ее построения и взаимосвязей внутренних блоков - подсетей. Благодаря тому, что структурный подход позволяет производить операцию декомпозиции исходной системы, рассматриваемая модель может быть разбита на подсети минимальной размерности, что позволит произвести ее количественную оценку - ранжирование. Для определения суммарной оценки входных и выходных данных системы будет произведен анализ головных и хвостовых позиций сети с учетом значений весов входных и выходных дуг этих позиций. Для того чтобы выявить меру затрат, необходимую на построение системы, считается число операций объединения переходов и позиций подсетей минимальной размерности в рамках исходной СП. Результаты. Формальная реализация модулей оценочной методики с использованием алгебры множеств позволила сформулировать правила разбиения структуры СП на элементарные блоки. Приводится пример сравнительной оценки двух сетей Петри на основе предлагаемых критериев сложности, отображаются графики структур СП в различных системах координат. Представлены результаты работы исследования - график СП-структур в трехмерном пространстве, реализуемый описанными программными средствами. Выводы. Продемонстрирована точность оценки СП структурного анализа по сравнению с неавтоматизированным визуальным. Данный подход может быть применен для сравнительной оценки вычислительных систем с точки зрения трудоемкости построения, объема входных и выходных данных.

Актуальность и цели. Обобщение многообразия предложенных авторами способов реализации метода фазового разделения каналов, обеспечивающего повышение точности измерительных цепей параметрических датчиков, позволит как упростить процесс выбора способа, так и синтезировать новый способ, удовлетворяющий техническому заданию. Цель работы состоит в систематизации способов, реализующих метод фазового разделения каналов, причем различия в способах определяются особенностями разложения выходного напряжения активного преобразователя на составляющие, пропорциональные преобразуемым параметрам параметрического преобразователя датчика. Материалы и методы. Исследования выполнены с использованием методов классической теории электрических цепей, теории погрешности. Результаты и выводы. Рассмотрен метод фазового разделения каналов в измерительных цепях емкостных датчиков и его реализация как в косоугольной, так и в прямоугольной системе координат. Предложены классификационные признаки, позволившие провести систематизацию способов фазового разделения каналов, пользуясь которой можно синтезировать новые способы, обеспечивающие исключение погрешности, вызванной неидеальностью элементной базы и паразитной емкостью кабеля.

Актуальность и цели. Объектом исследования являются цифровые системы обработки сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех, осуществляющие автокомпенсацию допплеровской фазы помехи и когерентное режектирование помехи с последующим когерентно-весовым 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 зависимости порогового отношения сигнал/(помеха+шум) цифровых систем обработки сигналов. Цель работы - оптимизация весовых коэффициентов когерентного накопителя с учетом переходных процессов в рекурсивном РФ. Материалы и методы. Оптимизация когерентно-весового накопителя в переходном режиме выполнена на основе экстремальных свойств собственных значений матриц и выбора оптимального весового вектора, соответствующего максимальному собственному значению. Результаты. Получены выражения для элементов корреляционных матриц на выходе РФ перестраиваемой и фиксированной структуры в переходном режиме. Корреляционные матрицы на выходе РФ являются исходными при последующей оптимизации когерентно-весового накопителя. Выводы. Автокомпенсация допплеровской фазы помехи, перестройка структуры рекурсивного РФ, многоканальность и оптимизация когерентно-весового накопителя при необходимом динамическом диапазоне приемника позволяют обеспечить высокую эффективность обработки сигналов движущихся целей на фоне пассивных помех.

Актуальность и цели. Объектом исследования являются пьезоэлектрические датчики акустического давления. Предметом исследования является моделирование пьезоэлектрических датчиков, функционирующих при термоударном воздействии рабочей среды с температурой минус 180 °С. Цель - создание математической модели процесса эксплуатации датчика. Материалы и методы. При построении математической модели датчика, функционирующего при термоударе, использованы методы обобщенного операционного исчисления. Результаты. Предложена математическая модель процесса эксплуатации пьезоэлектрических датчиков в условиях термоударного воздействия рабочей среды. Сравнение результатов натурного эксперимента и математического моделирования подтвердили эффективность применения предлагаемой модели. Выводы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке пьезоэлектрических датчиков для эксплуатации при нестационарной температуре рабочей среды и термоударных воздействиях.

Актуальность и цели. Образование неметаллических включений неразрывно связано с процессом кристаллизации расплава, и в зависимости от этой связи происходит формирование величины зерна, структуры, и, соответственно, формируется поле упругой и пластической деформации, определяющее свойства и обрабатываемость получаемого изделия. Целью данной работы являлось проведение исследований по изучению влияния изменения геометрических параметров крупного слитка на загрязненность металла неметаллическими включениями по высоте и сечению. Материалы и методы. Объектами исследования являлись два слитка спокойной стали 38ХН3МФА массой 24,2 т (слиток обычной геометрии) и 22,5 т (слиток с вогнутой донной частью). Идентификация неметаллических включений проводилась металлографическим методом. Оценку загрязненности стали неметаллическими включениями производили под микроскопом МЕТАМ-РВ-23 на нетравленых шлифах с использованием метода Л (ГОСТ 1778-70). Результаты и выводы. Результаты исследований показали, что общей закономерностью распределения сульфидов и оксисульфидов является наличие определенной взаимосвязи между индексами загрязненности сульфидов и оксисульфидов по высоте слитка. Неметаллические включения представляют собой сложные оксидные включения марганца, кремния, ванадия, хрома, алюминия, а также сульфидные и оксисульфидные включения. Применение «выпуклого» поддона обеспечивает ускорение кристаллизационных процессов в нижней части слитка и способствует равномерному распределению неметаллических включений по высоте и сечению слитка, уменьшению среднего размера включений, снижению индекса загрязненности, что оказывает положительное влияние на технологические свойства стали.

Актуальность и цели. Объектом исследования являются цилиндрические образцы с надрезами из стали 30ХГСА, подвергнутые поверхностному упрочнению двумя методами: гидродробеструйной обработке и обкатке роликами. Предметом исследования являются остаточные напряжения в поверхностном слое образцов после упрочнения. Цель работы - исследование влияния данных остаточных напряжений на многоцикловую усталость, а также установление возможности использования разработанных расчетных методик для оценки эффективности поверхностного упрочнения. Материалы и методы. Исследования распределения остаточных напряжений в поверхностном слое, а также сопротивления многоцикловой усталости цилиндрических образцов выполнены расчетными и экспериментальными методами. Результаты. Применение расчетных методов оценки эффективности упрочняющей обработки показало, что расхождение между расчетными и экспериментальными значениями приращений предела выносливости за счет упрочнения цилиндрических образцов с полукруглым надрезом из стали 30ХГСА не превышает 9 % при гидродробеструйной обработке и 4 % при обкатке роликами. Выводы. Применение расчетных методик определения приращения предела выносливости позволяет проводить оценку эффективности поверхностного упрочнения с достаточной для практики точностью без проведения длительных и дорогостоящих испытаний на усталость.

Актуальность и цели. Динамическое качество металлорежущих станков, оказывающее существенное влияние как на геометрические параметры точности, так и на физико-механические характеристики поверхностного слоя деталей, базируется на измерении виброакустических (ВА) колебаний. Последующая их обработка направлена на определение спектральных, корреляционных и других характеристик, на основе которых дается оценка как техническому состоянию станков, так и назначенному режиму резания с точки зрения качества и производительности обработки деталей. При этом весьма важным является выбор и обоснование информативной характеристики, базирующейся на измерении ВА колебаний динамической системы станка при резании, которая позволяет установить целесообразный режим обработки. Данный режим устанавливается по максимальному запасу устойчивости динамической системы, определяемому из передаточной функции, которая, в свою очередь, определяется из автокорреляционной функции (АКФ), ВА колебаний узлов, участвующих в процессе формообразования. Актуальность работы связана с тем, что построение аналитической модели автокорреляционной функции ВА колебаний динамической системы важно с точки зрения последующего сопоставления с экспериментальной АКФ, вычисленной по результатам измерений колебаний на станке и применяемой в дальнейшем для получения запаса устойчивости динамической системы, служащего оценкой динамического качества станка. Материалы и методы. Для вычисления АКФ ВА колебаний в динамической системы металлорежущего станка используется ее связь со спектральной плотностью мощности входного сигнала типа «белый шум» и частотной характеристикой динамической системы станка. Результаты. Аналитически с применением теории вычетов получено выражение для АКФ ВА колебаний в динамической системы металлорежущего станка в виде затухающей косинусоиды, аналогичном идентифицированному по экспериментальным данным измерений ВА колебаний. Выводы. Построенная теоретическая модель АКФ ВА колебаний динамической системы шлифовального станка адекватна АКФ, полученной по экспериментальным данным, что позволяет обосновать целесообразность ее использования для вычисления передаточной функции динамической системы станка с последующей оценкой ее запаса устойчивости.

Актуальность и цели. На многих современных предприятиях имеющееся оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ) не используется эффективно. Одной из причин данной проблемы является несовершенство управления подготовкой производства деталей, результаты выполнения которой оказывают влияние на производительность оборудования. Современные автоматизированные системы позволяют улучшить качество управления производственными процессами, но в них сложно решать трудно формализуемые и неформализуемые задачи управления. Объектом исследования являются механообрабатывающие предприятия с оборудованием с ЧПУ. Цель работы - разработка модели управления процессом подготовки производства, позволяющей повысить эффективность использования оборудования с ЧПУ. Результаты. Приведена модель оперативного управления процессом подготовки производства. Она позволяет качественно контролировать результаты деятельности каждого исполнителя процесса. Основное понятие данной модели - потенциальные угрозы, которые могут повлиять на эффективность работы оборудования с ЧПУ. Обнаружение данных угроз предлагается проводить с помощью триггеров - оповещающих знаков, по которым можно определить наличие отклонений в ходе работы. Если будет выявлено нарушение, то хозяин процесса должен будет совершить корректирующие действия, направленные на устранение возникшей рисковой ситуации. Выводы. Предложенная модель оперативного управления может быть использована при построении корпоративной системы предприятия, что позволит выполнять автоматизацию контроля хода выполнения процесса и принимать эффективные решения по предотвращению снижения эффективности работы оборудования с ЧПУ.