Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Все статьи: 1048
Статья научная
Рассматривается задача выбора оптимальных режимных параметров в областях взаимного поглощения линий равного значения показателя качества изделий. Решается задача построения обобщенного показателя качества функционирования подсистемы термообработки композиционных изделий в условиях неопределенности.
Бесплатно
Выбор поворачивающих множителей в алгоритме монобитного быстрого преобразования Фурье
Краткое сообщение
Приводятся результаты исследования алгоритма монобитного быстрого преобразования Фурье. Рассматриваются варианты реализации алгоритма на основе различных наборов поворачивающих множителей. Выбор поворачивающих множителей влияет на качество результата монобитного быстрого преобразования Фурье и на ресурсы ПЛИС, необходимые для реализации алгоритма. Количественная оценка такого влияния в открытой литературе не приводится. Предметом исследования является уровень нежелательных составляющих в спектре анализируемого сигнала. Приводятся результаты расчетов числа ресурсов ПЛИС, требуемых для реализации различных вариантов алгоритма монобитного быстрого преобразования Фурье. Расчеты проведены для 1024-точечного преобразования. Результаты исследований могут быть использованы при разработке и практической реализации устройств цифровой обработки сигналов на ПЛИС, использующих алгоритм монобитного быстрого преобразования Фурье.
Бесплатно
Выбор решений при оперативном нейроуправлении процессом помола шихты в цементном производстве
Статья научная
Предлагается метод нейроуправления технологическим процессом помола шихты в цементном производстве с целью повышения его энергоэффективности. Необходимость применения нейроуправления вызвано тем, что качество помола и потребление ресурсов зависит от многих факторов, которые представляют большие трудности их измерения и прогнозирования показателей эффективностей. Достоверное измерение влияющих факторов необходимо для решения задачи определения наилучшего сочетания объема шаровой нагрузки помола и необходимого количества твердых веществ для оптимизации показателя уменьшения размера частиц шихты при минимальном удельном расходе энергии. Нейроуправление строится на основе обучения нейронной сети с учителем, в роли которого выступает опытный оператор мельницы, реализующий эффективное управление процессом помола. Контроллер, построенный на основе нейронных сети, должен работать в реальном времени и отражать текущее состояние процесса помола. Выбор решений при решении задачи оперативного управления с использованием нейронной сети относится к классу многокритериальных задач. В работе предложен метод принятия решений, исходя из множества допустимых технических условий, накладываемых на процесс помола. Подобная постановка задачи в общем случае является противоречивой. В работе предложен подход к решению данной задачи на основе определения максимального числа совместных взвешенных условий, налагаемых на процесс. Подобный подход позволяет организовать интерактивную процедуру выбора допустимого решения при оперативном управлении процессом помола. Предложена оперативная компьютерная модель процесса помола клинкера при производстве цемента.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача выборочного контроля качества металлических функциональных материалов, которые должны обладать строго определенными и настраиваемыми физическими и химическими свойствами, дающими возможность реализовывать служебные характеристики конструкций и устройств, недостижимые при использовании других материалов. Предлагается проверять соответствие получаемых потребительских свойств создаваемого материала заданным значениям путем сравнения параметров микроструктуры, определяемым по фотографиям шлифов с помощью автоматизированной информационной системы. Именно проверка микроструктуры является отличительной особенностью производства функциональных материалов. Проверка их свойств на макроуровне производится лишь для подтверждения результатов анализа микроструктуры с целью повышения достоверности проведённого анализа. Рассматриваемая система поддержки принятия решений является информационно-аналитической системой, и предназначена для информационного сопровождения процедуры контроля качества функциональных материалов на уровне распознавания и расчета параметров образов по фотографиям микрошлифов, а также интеллектуальной поддержки процедуры контроля качества материалов на уровне формирования и применения специализированной базы знаний с возможностью объяснения полученных логических выводов. В качестве контролируемых величин выступают параметры фазового состава (объемные доли фаз) и зеренной структуры (размеры и степень анизотропии зерен) исследуемого материала. Предполагается, что построение метрик для сравнения комплексной оценки фазового состава и комплексной оценки зеренной структуры осуществляется экспертом материаловедом на этапе построения интеллектуальной системы в процессе разработки технологического процесса изготовления функционального материала в виде правил, которые сохраняются в экспертной системе. Далее полученные метрики будут использоваться на предприятиях по производству функциональных материалов для проведения контроля его качества. Принятие решения о качестве произведенного ФМ является многокритериальным решением, поскольку производится по совокупности результатов одновременного сопоставления целого ряда свойств произведенного материала с критериями, сформулированными его разработчиками. Приводится демонстрационный пример выборочного контроля качества арматурной стали с заданными прочностными свойствами, получаемыми за счет термообработки материала. Показывается, что путем сравнения значений трех параметров зеренно-фазовой структуры можно контролировать значение твердости исследуемой стали.
Бесплатно
Выделение гироскопических инерционных сил из центробежных и кориолисовых инерционных сил
Статья научная
Целью исследования является выделение в уравнениях динамики механических систем обобщенных гироскопических инерционных сил, состоящих из части центробежных и кориолисовых инерционных сил, с указанием тел, движения которых формируют эти силы. Методы исследования относятся к механике систем тел, системному анализу и робототехнике. Результаты исследования позволяют выписывать общие формулы вычисления обобщенных центробежных, кориолисовых и гироскопических инерционных сил через частные производные по обобщенным координатам от элементов матрицы инерционных коэффициентов в выражении кинетической энергии произвольной механической системы. В процессе анализа этих формул для систем тел со структурой открытого дерева, например, орбитальных станций с манипуляторами на борту или шагающих аппаратов в одноопорной фазе ходьбы, выделены тела, движения которых влияют на возникновение перечисленных инерционных сил. Для манипуляционных систем роботов приведены примеры уравнений динамики, в которых выделены все возможные инерционные силы и указаны тела, их формирующие.
Бесплатно
Выписывание формул вычисления сил в сочленениях манипуляторов в статике
Статья научная
Решается проблема громоздкости математических моделей манипуляционных систем промышленных роботов. Здесь рассматриваются формулы вычисления статических реакций в сочленениях и активных сил, уравновешивающих силы тяжести, действующие на тела манипулятора в его неподвижном состоянии. В этом состоянии манипулятор находится, например, перед захватом объекта манипулирования и его освобождением, при выполнении некоторых сборочных операций, в процессе точечной сварки, в медленных (квазистатических) процессах дуговой сварки и покраски. Цель исследования. Вывести общие рекуррентные и конечные формулы вычисления сил реакций в сочленениях, а также их проекций на оси системы координат, жестко связанной с выбранным телом. Формулы проекций сил выразить через направляющие косинусы и обосновать их оптимальность в смысле минимума арифметических операций. Вывести общие обратные рекуррентные формулы для выписывания направляющих косинусов осей, связанных с подвижными телами системы координат относительно неподвижной системы координат. Методы исследования относятся к векторной механике и системному анализу, а также алгоритмизации вычислений путем их сведения к использованию рекуррентных формул. Результаты. Выполнен системный анализ общих формул, в которых выделены все возможные регулярные выражения, однозначно соответствующие кинематическим параметрам манипуляторов. Эти регулярные выражения используются в программном обеспечении аналитического моделирования манипулятора, в частности, аналитического решения задач статики манипулятора. Описана методика аналитической верификации выписанных формул. Решены задачи выписывания оптимальных формул вычисления проекций сил статических реакций в сочленениях, а также активных сил в поступательных сочленениях универсальных манипуляторов с шестью степенями свободы, работающих в декартовой, цилиндрической, сферической и ангулярной системах координат. Выполнена аналитическая верификация выписанных уравнений статики. Продемонстрированы примеры повторного использования выписанных формул для манипуляторов с совпадающими кинематическими схемами их подсистем. Заключение. Выражения уравнений статики мaнипуляторов через направляющие косинусы осей связанных систем координат их тел позволяют записать эти уравнения через известные параметры ориентации тел. Рекуррентный вид формул вычисления направляющих косинусов позволяет в их программной реализации использовать рекурсивные функции, т. е. повысить вычислительную эффективность ПО.
Бесплатно
Краткое сообщение
Рассматривается проблема создания системы классификации физических эффектов и явлений, позволяющей выявить те из них, которые могут быть положены в основу разработки новых (перспективных) датчиков (измерительных преобразователей) физических величин.
Бесплатно
Выявление факторов удовлетворенности жизнью в контексте решения управленческих вопросов
Статья научная
В статье рассматривается ряд факторов, как внешних, так и внутренних, которые способствуют благополучию граждан. Изученный обзор показывает, что удовлетворенность жизнью каждым оценивается по-разному, но измеряется в зависимости, например, от жизненного опыта, экономического положения, места жительства, образования и других факторов. Удовлетворенность жизнью не является неким биологическим явлением и зависит от разных факторов, которые могут изменяться с течением времени. Цель работы. Целью данной работы является изучение факторов удовлетворенности жизнью. В качестве основной гипотезы выдвинуто предположение о том, что количество удовлетворенных своей жизнью домохозяйств напрямую зависит от места жительства. Также выдвинуто еще две гипотезы о том, что удовлетворенные жизнью домохозяйства имеют лучшие условия жизни, нежели неудовлетворенные, и не обязательно имеют высокий денежный доход. Материалы и методы. Данное исследование проводится с помощью таких методов, как описательная статистика и визуализация данных, построение и анализ логит и пробит моделей, кластерный анализ данных и алгоритм случайного леса. Все используемые методы показывают высокую результативность. Итоговая выборка данных после устранения выбросов составила 30177 наблюдений. В работе используются панельные данные на уровне домохозяйств RLMS-HSE, что позволяет учитывать неоднородность домохозяйств и значительно расширяет возможности для анализа. Результаты исследования. Результаты проведенного исследования полностью подтверждают основную гипотезу и частично подтверждают остальные выдвинутые гипотезы, а на их основе разработаны возможные рекомендации по повышению уровня удовлетворенности жизнью. Обсуждение и заключение. Полученные результаты данного исследования могут послужить практическим инструментов для органов власти для повышения качества жизни в том или ином регионе, а также решением вопросов в инвестиционной деятельности регионов, но самое главное, помогут предприятиям с социальной направленностью верно сформулировать цели своей деятельности и скорректировать оценку эффективности.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача гарантированного оценивания состояния динамических систем в условиях неопределенности, когда известны только множества возможных значений возмущений и помех, а статистическая информация о них отсутствует или не может быть получена. Описан алгоритм полиэдральной аппроксимации информационных множеств, когда множества возможных значений возмущений и помех являются многогранниками. Алгоритм основан на неявном описании информационного множества системами линейных уравнений и неравенств и решении ряда задач линейного программирования. Рассмотрены методы повышения точности оценивания с помощью учета дополнительной информации о характере возмущений и помех. Описано гарантированное оценивание вектора состояния динамической системы, когда возмущения заданы в виде системы функций с неизвестными коэффициентами. В этом случае за счёт использования информации о том, что коэффициенты разложения являются постоянными, оценка вектора состояния получается точнее, чем в случае, когда возмущение известно с точностью до множества возможных значений. Приведен численный пример, демонстрирующий работу алгоритма. Целью исследования является разработка методов гарантированного оценивания состояния, возмущений и помех. Методы исследования. В работе использовались методы теории оптимизации, фильтрации, линейной алгебры, пакет прикладных программ MATLAB. Результаты. Описан метод гарантированного оценивания вектора состояния динамической системы с учётом дополнительной информации о характере возмущений. Описан метод полиэдральной аппроксимации информационных множеств, позволяющий получать гарантированную оценку вектора состояния, вектора возмущений и помех, а также множества прогнозов, что может быть использовано при разработке адаптивных алгоритмов оценивания и управления. Разработан алгоритм гарантированного оценивания вектора состояния системы и коэффициентов в разложении возмущения по системе заданных функций. Заключение. Приведен алгоритм полиэдральной аппроксимации информационных множеств, численный пример и анализ полученных оценок.
Бесплатно
Гибкое решение для беспроводной передачи данных в технологиях «Умный дом»
Статья научная
Рассмотрен беспроводный вариант реализации системы сбора информации о расходовании ресурсов потребителями жилых домов. Предложен эффективный способ организации радиосети высокой плотности, состоящей из автономных радиодатчиков расхода ресурсов на основе стандартной технологии беспроводных сенсорных сетей.
Бесплатно
Статья научная
В настоящий момент системы информирования о дорожном движении требуют агрегирования больших данных для предоставления рекомендаций транспортным средствам в действующих условиях, что приводит к повышению комфорта пользователей. Основным инструментом повышения уровня безопасности стало своевременное информирование участников движения о текущей ситуации на дороге, погодных условиях и т. п. В этом случае если объект сети будет подвержен атаке и данные при передаче будут заменены, то по всей зоне видимости сегмента VANET возможно раскрытие конфиденциальной информации, создание аварийных ситуаций и т. д. В этой связи наиболее остро встает вопрос обеспечения безопасности, в том числе при передаче трафика, и проведения дополнительного анализа больших данных об аномалиях и проводимых несанкционированных действиях. Цель исследования. Разработать гибридную модель эффективного размещения исходных и промежуточных данных в беспроводных транспортных сетях с динамической топологией VANET, являющуюся по сути структурным представлением программно-конфигурируемой сети и инструментов проведения граничных вычислений, с возможностью оптимально относительно времени анализировать данные узлов сети и выявлять аномалии. Методы. Рассмотренный подход Edge computing состоит в расположении вычислительных мощностей в географически распределенных вычислительных устройствах ближе к конечным пользователям. Программно-конфигурируемые сети SDN передают часть функций управления и физической передачи с маршрутизаторов и коммутаторов, уменьшая нагрузку. В рамках данного исследования разработан алгоритм RD - протокол передачи и обработки промежуточных данных. Для проведения кластеризации ТС на сегменте сети использован метод обучения без учителя DBSCAN. Предварительный анализ аномального трафика проведен на основе моделей нейронных сетей RNN с кратковременной памятью. Результаты. Разработанная гибридная модель эффективного размещения исходных и промежуточных данных позволяет быстрее реагировать на несанкционированные действия. Заключение. Результаты, полученные в ходе проведенного исследования, подтверждают необходимость внедрения и масштабирования гибридной модели с граничными вычислениями на практике.
Бесплатно
Декомпозиция электромеханической системы механизма подачи трубы стана ХПТ-450
Статья научная
В статье рассмотрен метод декомпозиции электромеханической системы, основанный на частотных характеристиках. Метод позволяет с помощью математической модели выявить элементы конструкции, оказывающие наибольшее влияние на работу механизма. В качестве примера рассматривается модель механизма подачи трубы стана ХПТ-450.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается тестовая последовательность обнаружения и разделения неисправных состояний подсистемы «магистраль - внешняя память» вычислительного ядра БЦВМ. Сжато излагаются также некоторые новые подходы и принципы, использованные при построении алгоритма диагноза.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты диагностики устойчивости развития региональной социально-экономической системы (РСЭС) Ханты-Мансийского автономного округа - Югры за период с 2001 по 2015 г. по данным официальной статистической отчетности, представляемой в региональном разрезе. Диагностика осуществлялась с использованием методологии динамического норматива, которая позволяет оценивать отклонения в развитии рассматриваемой региональной социально-экономической системы от наперед заданного для нее нормативного - устойчивого развития. Использовавшийся динамический норматив представляет собой комплекс динамических нормативов, характеризующих в свою очередь отклонения от устойчивого развития трех ключевых подсистем данной системы - экономической, социальной и экологической. В эти динамические нормативы были включены и упорядочены темпы изменений показателей, которые наиболее полно характеризовали развитие этих подсистем. Значения данных показателей перед расчетом темпов изменений приводились к базисным индексам относительно 2001 г. В работе проведен критический анализ ряда зависимостей, чаще всего применяемых в настоящее время для расчета показателя комплексной оценки устойчивости развития систем подобного вида, по результатам которого была предложена оригинальная методика расчета этого показателя. Анализ полученных результатов оценки устойчивости развития региональной социально-экономической системы Ханты-Мансийского автономного округа - Югры за указанный период позволил классифицировать данную характеристику для рассматриваемой системы согласно принятой на сегодняшний день соответствующей шкале. Наряду с этим были также получены оценки взаимного влияния развития указанных выше подсистем рассмотренной РСЭС, а также косвенные качественные оценки эффективности функционирования ее подсистемы управления - органов административной и законодательной власти региона.
Бесплатно
Диаграммы направленности антенны курсового радиомаяка ILS на поверхности с поперечным уклоном
Статья научная
Представлено обобщение модели курсовой антенны, приведённой в ранее опубликованной статье (Войтович Н.И., Жданов Б.В., Зотов А.В. Моделирование работы двухчастотной системы посадки самолётов, 2013). Предположено, что антенная решётка излучающих элементов антенны курсового радиомаяка (КРМ) расположена горизонтально, а подстилающая поверхность в области, существенной для отражения радиоволн (в области зоны Френеля на подстилающей поверхности), представляет собой участок плоскости с поперечным уклоном по отношению к направлению оси взлётно-посадочной полосы. Ввиду отсутствия осевой симметрии задачи упомянутая излучающая система не имеет фазового центра. Найдены закономерности в поведении амплитудных и фазовых диаграмм направленности антенны для сигналов: «несущая плюс боковые» и «боковые частоты» узкого канала,«несущая плюс боковые» и «боковые частоты» широкого канала.
Бесплатно
Статья научная
Учет возможных рисков, влияющих на успешную реализацию проектов в сфере строительства, является одной из важнейших задач планирования и управления строительством. Основной проблемой для учета рисков является то, что они возникают под влиянием случайных факторов в условии высокой неопределенности. Поэтому подавляющее большинство методов учета рисков в строительстве основываются на вероятностных моделях. Учитывая то, что в последнее время уровень неопределенности практически во всех сферах хозяйственной деятельности значительно вырос, требуется разработка новых подходов к анализу рисков, которые бы максимально точно и быстро реагировали на возникающие угрозы. Цель исследования заключается в разработке математической модели, основанной на теории случайных марковских процессов, позволяющей в вероятностном подходе анализировать негативное влияния неблагоприятных факторов на реализацию строительных проектов в динамике их поступления в условиях высокой неопределенности с целью повышения эффективности выполнения строительных работ. Материалы и методы. В основе приведенной в работе модели оценки риска влияния неблагоприятных факторов на строительный проект лежит теория марковских случайных процессов, позволяющая оценить вероятность реализации возможных угроз с разной степенью ущерба, рассчитать риски при выполнении строительных работ. Модель предполагает, что угрозы, несущие разный уровень ущерба строительному проекту, поступают в случайные моменты времени и требуют разное время для их ликвидации. Для реализации модели приведена система дифференциальных уравнений, которая решается численными методами. Проведен анализ решения в различных условиях поступления угроз. Отдельно рассмотрено влияние негативных факторов на строительный проект при длительной его реализации. Проведен анализ влияния временных и вероятностных параметров задачи на степень рисков при реализации строительных проектов. Результаты. Показана актуальность разработки модели оценки рисков при реализации строительных проектов, поставлены цели и задачи к научному исследованию. Приведены и обоснованы пути решения поставленных задач. Разработана математическая модель, позволяющая оценить вероятности нахождения строительного проекта в различных состояниях, различающихся разной степенью риска при реализации проекта. На основе численных методов, приведена практическая реализация модели при различных параметрах, характеризующих влияние негативных факторов на ход реализации строительного проекта. Проанализированы результаты практической реализации модели, даны рекомендации по использованию модели на практике. Заключение. Приведенная динамическая модель оценки риска при реализации строительных проектов может служить основой для построения системы оптимального управления ходом выполнения строительных работ и принятию решений по организации строительных мероприятий.
Бесплатно
Динамическая модель отопительных приборов и систем
Статья научная
Рассматривается задача построения динамической математической модели отопительных приборов и систем. Система отопления при этом представляется эквивалентным отопительным прибором. Выходной величиной модели в данном случае является мощность (тепловая производительность). Решение выполнено методом «серого ящика», т. е. структура модели определена посредством анализа физики процессов, протекающих в отопительных приборах и системах, а численные значения ее параметров найдены по экспериментальным данным методом параметрической идентификации. Полученное дифференциальное уравнение является линейным относительно искомой величины - мощности отопительного прибора (системы отопления), входные же величины - температура воды на входе системы отопления и температура внутреннего воздуха включены в это уравнение линейным образом, а расход теплоносителя - нелинейным образом. Показано, что при постоянном расходе теплоносителя модель может быть представлена с помощью передаточных функций в изображениях Лапласа: передаточная функция по каналу «температура теплоносителя на входе в отопительный прибор (в систему отопления) - тепловая мощность отопительного прибора (системы отопления)» представляет собой инерционное звено первого порядка, а по каналу «температура внутреннего воздуха - тепловая мощность отопительного прибора (системы отопления)» - инерционно-форсирующее звено с отрицательным коэффициентом передачи. Анализируются качественные особенности параметров модели, в частности, их зависимость от расхода теплоносителя. Приводится алгоритмическая структурная схема объекта управления, который включает систему отопления и собственно тепловой режим здания. Приводятся результаты параметрической идентификации модели по экспериментальным данным. Модель может быть использована при разработке интеллектуальных систем управления отоплением зданий.
Бесплатно
Динамическая модель разработки и реализации проекта под влиянием внешних факторов
Статья научная
Введение. При планировании проектов, мероприятий, комплексов работ всегда необходимо учитывать влияние внутренних условий и внешней среды. В большинстве случаев влияние внешних факторов на проект является стохастическим и представляет собой случайный процесс. Научные разработки, позволяющие учитывать влияние внешней среды на разработку и реализацию проектов, всегда актуальны, так как они позволят прогнозировать временные характеристики проектов в реальных условиях. Цель исследования. В исследовании ставится задача разработать математическую модель, позволяющую в динамике прогнозировать временные показатели проектов с учетом влияния на них случайных внешних факторов. Материалы и методы. Решить поставленную задачу удается путем описания процесса влияния внешних факторов на проект математическими методами теории марковских случайных процессов. При этом влияющие на проект факторы условно делятся на те, которые приводят к необходимости проведения дополнительных мероприятий при разработке проектов, и на факторы, которые требуют кардинально менять проект. В работе применяются математические методы теории вероятности, теории дифференциальных уравнений, численные методы. Результаты. На основании теории марковских случайных процессов разработана динамическая модель разработки и реализации проекта с учетом влияния на эти процессы внешних случайных факторов. Описана методика формирования и решения математической модели, позволяющей находить временные зависимости вероятностей завершения отдельных этапов разработки проекта и вероятности успешной реализации проекта в целом. Проведен анализ полученных решений, описаны общие тенденции разработки и реализации проектов с учетом влияния на них внешних факторов. Заключение. Представленная модель позволяет оценивать вероятности выполнения проекта как в общем, так и отдельных ее этапов для разных временных интервалов, что позволит планировать временные сроки при управлении проектами. Модель может служить дополнением для процедур сетевого планирования и управления и давать дополнительные вероятностные оценки времени выполнения проекта.
Бесплатно
Динамические измерения в пространствах "шумов"
Статья научная
Ранее была предложена новая концепция «белого шума», под которым понимается производная Нельсона - Гликлиха винеровского процесса. Данный подход распространяется и на другие «шумы», которые в совокупности составляют пространство «шумов». В этих пространствах посредством математической модели измерительного устройства, представленной уравнениями леонтьевского типа, производятся точные динамические измерения «шумов». В качестве примера измерен «шум», имеющий вид импульса, амплитуда которого является гауссовой случайной величиной. Приведены точные результаты измерения.
Бесплатно
