Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 9.
-
МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ СПЛАЙНОВЫХ ПРИБЛИЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННОСТИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
А.А. Дорофеев90-1052025-12-30Аннотация ▼Математическое моделирование широко применяется в различных сферах деятельности, однако в случаях, когда имеющейся численной информации недостаточно для получения полного представления об объекте, построение математической модели затруднено или может привести к заведомо недостоверному результату. Существуют подходы к решению задач моделирования в условиях недостатка данных, при этом для получения необходимого результата может возникнуть необходимость использования методов, имеющих сложную математическую структуру.
В связи с этим актуальной является задача адаптации математических методов к условиям недостатка данных. В данной работе рассмотрено решение задачи интерполяции с использованием сплайн-функций – одного из наиболее широко используемых методов как в математической теории, так и в прикладной математике. Разработана методика, позволяющая адаптировать сплайновые методы к условиям недостатка исходных числовых данных; применение этой методики к построению модели образующей цилиндра с эллиптическими днищами обеспечило гладкую стыковку фрагментов и отсутствие перегибов. Выполнение требований точности и гладкости модели было достигнуто за счёт последовательного уточнения числовых данных посредством введения в модель дополнительных узлов интерполяции и корректировки их расположения. В результате построения и анализа модели установлено, что сплайновые методы могут быть применены к решению задач интерполяции практически любой сложности. При этом наличие аналитического обоснования каждого шага процесса моделирования позволяет полностью автоматизировать вычисления. Рассматриваемая в статье задача связана с изготовлением изделий на станках с числовым программным управлением. Однако в силу своей универсальности данная методика может быть применена на практике к решению задач в различных отраслях деятельности. Практическая ценность разработанной методики состоит в возможности её применения ко многим задачам, имеющим прикладную направленность, а её включение в состав современных систем проектирования и пакетов прикладных программ позволит расширить их функциональность за счёт предоставления пользователю возможности введения дополнительных ограничений, накладываемых на модель исходя из практической точки зрения, что может обеспечить высокую степень гибкости реализации -
МОДУЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПО ЗАДАННЫМ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
В.И. Шлаев93-1032025-11-10Аннотация ▼Рассматривается решение задачи разработки преобразователей по заданным амплитудно-частотным характеристикам. Основная проблема заключается в проведении большого количества измерительных мероприятий с изменением параметров преобразователей для достижения необходимых амплитудно-частотных характеристик, что приводит к большим временным и ресурсным затратам на разработку. Проводится анализ основных параметров преобразователей, влияющих на заданные амплитудно-частотные характеристики. Анализируются существующие подходы, методы и алгоритмы при создании преобразователей требуемых характеристик. Описывается разработка модуля прогнозирования параметров электромеханических преобразователей, основанного на заданных амплитудно-частотных характеристиках. Задачи исследования включают создание структурно-параметрической и математической моделей для расчета характеристик преобразователей на стадии проектирования. Описывается алгоритм обучения модели на основе экспериментальных данных, полученных в ходе проведения измерений. Использование методов машинного обучения для предсказания параметров приводит к минимизации количества проводимых экспериментов и снижению затрат на разработку преобразователей. Предложенный подход основывается на использовании зависимости между конструктивными параметрами преобразователей и их частотными характеристиками. Для повышения точности прогнозирования применяется алгоритм градиентного бустинга. Представлены этапы подготовки данных для обучения модели. Описывается процесс обучения модели. Результаты демонстрируют значительное сокращение времени моделирования преобразователей: применение модуля позволяет ускорить процесс в несколько раз по сравнению с экспериментальным подходом. Прогнозирование характеристик на основе модели обеспечивает сопоставимую точность при большем объеме данных. Выводы исследования подтверждают эффективность предлагаемого подхода в разработке преобразователей, снижая временные и финансовые затраты, повышая точность моделирования и применимость в условиях ограниченных ресурсов
-
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ КООРДИНАТ ЦЕЛИ ПРИ МНОГОПОЗИЦИОННОЙ РАДИОЛОКАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГРУППЫ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
И.В. Борисов , А.С. Кузьменко , В. Е. Курьян , Е. М. Левченко , М.В. Курьян273-2842025-07-24Аннотация ▼Предлагается и развивается алгебраический метод для определения координат целей и их погрешностей в составе группы беспилотных летательных аппаратов. Обоснованы основные допущения разрабатываемой модели функционирования группы беспилотных летательных аппаратов: скорости летательных аппаратов не превышают скорости звука в воздухе, а скорости целей, – не превосходят первую космическую. Представлены качественные оценки времени приёма радиолокационного сигнала для заданной пространственной погрешности координат цели, оценены требования к кварцевому генератору с целью обеспечения стабильности частоты. Сформулированы условия по количеству летательных аппаратов в группе, повышающих точность определения местоположения цели в пространстве. Проанализированы различные виды погрешностей, возникающих при организации поиска целей скоординированной группой летательных аппаратов. Исследованы вопросы зависимости результирующей погрешности вычисления координат цели поиска от погрешности измерения расстояния между летательными аппаратами в группе и самой целью в зависимости от их взаимной пространственной ориентацией. Разработан алгоритм, проведены расчёты и анализ результатов для этой постановки задачи. Выполнено моделирование на основе предложенного алгоритма с учётом случайных координат цели в фиксированном секторе и с учётом случайных погрешностей в измеренном расстоянии между группой летательных аппаратов и объектом поиска. Представлены результаты моделирования влияния конфигурации группы беспилотных летательных аппаратов и расположения цели на погрешность определения её координат. Проведена оценка для определения координат целей и оценка погрешности развиваемого алгебраического подхода. Определены, в связи с этим, пути дальнейших исследований. Рассмотрены вопросы оценки объёма вычисления при большом числе целей. Определена область использования и эффективность предлагаемого алгоритма и метода решения задачи в целом.
-
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СРЕДСТВ ВИДЕО-ДАЛЬНОМЕТРИЧЕСКОЙ НАВИГАЦИИ РОБОТОВ ВОЗДУШНОГО И НАЗЕМНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
В. П. Носков , Ю. С. Баричев , О.П. Гойдин , А. Н. Курьянов2025-04-27Аннотация ▼Работа посвящена решению актуальных задач совместной автономной видеонавигации ро-
ботов воздушного и наземного применения в наиболее востребованных для проведения специаль-
ных операций урбанизированных средах, включающих плотную городскую застройку и здания, где
применение традиционных средств дистанционного управления ограничено наличием экраниро-
ванных зон. Задачи групповой навигации предлагается решать на основе данных бортовых сис-
тем технического зрения в процессе оперативной разведки рабочей зоны беспилотным летатель-
ным аппаратом, результаты которой обеспечивают автономные движение и полет, как отдель-
ных гетерогенных робототехнических средств, так и в группе. В основу алгоритмов навигации
положены методы выделения из объемного облака точек, формируемого бортовым лидаром,
опорной горизонтальной поверхности и горизонтальных сечений внешней среды, позволяющих с
высокой точностью и быстродействием определять все шесть координат объекта управления.
Рассмотрены случаи, обусловленные возможными характеристиками внешней среды, когда нави-
гационная задача решается не полностью, и предложены методы их исключения путем дополне-
ния дальнометрических данных лидара видеоданными телекамеры. Приведена оценка точности
решения задач видеонавигации, полученная путем математического моделирования внешней сре-
ды и формирования видеоданных. Предложены методы снижения ошибки видеонавигации, осно-
ванные на использовании специально банка опорных изображений с известными координатами их
формирования, позволяющие обеспечить безопасные автономные полет и движение робототех-
нических средств в урбанизированной среде. Эффективность используемых методов и предлагае-
мых алгоритмов видеонавигации подтверждается результатами экспериментальных исследова-
ний соответствующих программно-аппаратных средств в реальных урбанизированных средах -
РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ТУРБУЛЕНТНОГО ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ
О.В. Белоусова , Г.В. Куповых , А.Г. Клово , В.В. Гривцов2022-11-01Аннотация ▼Представлены результаты математического моделирования электродинамической
структуры турбулентного приземного слоя атмосферы. Использована модель стационар-
ного турбулентного электродного эффекта, действующего вблизи поверхности земли.
Анализ уравнений методами теории подобия позволил сделать ряд обоснованных физиче-
ских допущений, позволивших получить аналитические решения. Получены аналитические
формулы для расчетов профилей концентраций легких ионов (аэроионов), плотности объ-
емного электрического заряда и напряженности электрического поля в турбулентном
электродном слое. В результате математического моделирования исследованы зависимо-
сти распределения электрических характеристик приземного слоя от значений электриче-
ского поля, степени турбулентного перемешивания и аэрозольного загрязнения атмосфе-
ры. Показано, что параметр электродного эффекта (отношение значений напряжённости
электрического поля на поверхности земли и на верхней границе электродного слоя) прак-
тически не зависит от атмосферных условий, тогда как высота электродного слоя и, со-
ответственно, масштаб распределения электрических характеристик приземного слоя
меняются в значительной степени. Усиление турбулентного перемешивания в приземном
слое приводит к увеличению высоты электродного слоя и, как следствие, масштабов рас-
пределения его параметров. Усиление электрического поля или загрязнение воздуха аэро-
зольными частицами достаточной концентрации приводит к уменьшению его высоты.
Увеличение концентрации аэрозольных частиц в атмосфере уменьшает значения плотно-
сти электрического заряда у поверхности земли. Теоретические расчеты хорошо согласу-
ются с экспериментальными данными и результатами численного моделирования элек-
трической структуры приземного слоя. Полученные в работе аналитические формулы для
расчетов электрических характеристик приземного слоя и результаты вычислений могут
быть полезны при решении ряда прикладных задач геофизики, в частности для мониторин-
га электрического состояния атмосферы. -
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ НЕТУРБУЛЕНТНОГО ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ
Г. В. Куповых , А.Г. Клово , В. В. Гривцов , О. В. Белоусова2022-08-09Аннотация ▼Представлена электродинамическая модель атмосферного приземного слоя, обуслов-
ленная действием электродного эффекта вблизи поверхности земли, и анализ ее уравнений
методами теории подобия. Отдельно рассмотрены математические модели электриче-
ского состояния приземного слоя в приближениях классического и турбулентного элек-
тродного эффекта. В математической постановке задач моделирования классического
электродного слоя сделан ряд обоснованных физических допущений, позволивших получить
аналитические решения уравнений. Получены аналитические формулы для расчетов про-
филей концентраций аэроионов, плотности объемного электрического заряда и напряжен-
ности электрического поля в электродном слое. В результате математического моделирования исследованы зависимости распределения электрических характеристик приземно-
го слоя от значений электрического поля, степени ионизации воздуха и аэрозольного за-
грязнения атмосферы. Показано, что отношение значений напряжённости электрического
поля на поверхности земли и на верхней границе электродного слоя практически постоян-
но. Усиление электрического поля, скорости ионизации воздуха и присутствие аэрозольных
частиц достаточной концентрации приводит к уменьшению толщины электродного слоя
и, как следствие, масштабов распределения его параметров. Повышение степени иониза-
ции увеличивает, а увеличение концентрации аэрозольных частиц в атмосфере уменьшает
значения плотности электрического заряда в приземном слое. Теоретические расчеты
хорошо согласуются с экспериментальными данными и результатами численного модели-
рования электрической структуры приземного слоя. Полученные в работе аналитические
формулы для расчетов электрических характеристик приземного слоя и результаты вы-
числений могут быть полезны при решении ряда прикладных задач геофизики, в частности
для мониторинга электрического состояния атмосферы. -
ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА СНИЖЕНИЯ ВЗАИМОНАГРУЖЕНИЯ ДВУХ ПРИВОДОВ, ОДНОВРЕМЕННО УПРАВЛЯЮЩИХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ РУЛЕМ МАГИСТРАЛЬНОГО САМОЛЕТА
А.С. Алексеенков , Е. В. Ерофеев , А. И. Стеблинкин , А.Д. Тимофеева2022-03-02Аннотация ▼При совместной работе рулевых приводов на поверхности управления (руле направле-
ния, в определенных случаях на элеронах и руле высоты) магистрального самолета возника-
ют силы их взаимонагружения, приводящие к ускорению расхода ресурса узлов крепления и
снижению показателей качества регулирования. Для уменьшения этих сил применяются раз-
личные методы, в том числе специальные алгоритмы снижения взаимонагружения.
В ходе исследования проведена оценка качества работы алгоритма и определено его влияние
на статические и динамические свойства системы из двух приводов. В статье представлена
программно-математическая модель совместной работы двух электрогидравлических руле-
вых приводов (ЭГРП) на аэродинамическом руле, учитывающая нелинейности ЭГРП (ограни-
чение по ходу и скорости золотника, нелинейность коэффициента расхода жидкости, огра-
ничение скорости и максимального перемещения штоков гидроцилиндров) и жесткости ме-
ханических креплений штоков ЭГРП к поверхности управления. Разработаны тестовые ре-
жимы, воспроизводящие наиболее тяжелые режимы работы привода. Проведена оценка
влияния алгоритма на переходные процессы отклоняемой поверхности управления, на запасы
устойчивости системы двух ЭГРП и отклоняемой поверхности управления, и на количест-
венные показатели снижения силового нагружения. Показано, что алгоритм на основе
ПИД-регулятора с обратной связью по перепаду давлений в полостях гидроцилиндров значи-
тельно (до 95%) снижает силовое взаимонагружение в системе одновременно работающих
приводов. При использовании разработанного алгоритма не выявлено уменьшение запасов
устойчивости системы из двух ЭГРП. Также показано, что в режимах работы с внешней
нагрузкой следует вводить ограничение величины корректирующего сигнала алгоритма для
уменьшения просадки штоков до определенных в техническом задании значений. Результаты
работы будут использованы для уточнения методики испытаний одновременно работающих
приводов и, в дальнейшем, для внедрения алгоритма снижения взаимонагружения на магист-
ральные отечественные летательные аппараты. -
ТРАНСФОРМАТОРЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН МИКРОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ ПЕЧАТНЫХ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК
А. О. Касьянов2022-01-31Аннотация ▼Статья посвящена анализу результатов численного исследования характеристик
рассеяния печатных поляризаторов на основе электродинамического моделирования мик-
рополосковых дифракционных решеток. Задачи моделирования решены методом инте-
грального уравнения. С помощью разработанной математической модели выполнено все-
стороннее численное исследование микроволновых трансформаторов поляризации поля
возбуждающей поляризаторы электромагнитных волн, выполненных в виде многоэлемент-
ных мультипланарных печатных отражательных антенных решеток. На основе проведен-
ных исследований найдены конструктивные решения для поляризаторов в интегральном
исполнении, реализующих функции трансформаторов поляризации волн микроволнового
диапазона. Рассмотрены вопросы конструктивного синтеза планарных поляризаторов для
создания устройств трансформации поляризации, интегрируемых в излучающие и распре-
делительные системы современных многоэлементных фазированных антенных решеток в
печатном исполнении. Получены численные результаты электродинамического моделиро-
вания трансформаторов поляризации волн микроволнового диапазона на основе печатных
дифракционных решеток, которые могут быть использованы для выбора наиболее рацио-
нальных вариантов топологий поляризаторов при разработке многофункциональных обте-
кателей в антеннах СВЧ. На основе полученных численных данных рассматриваются воз-
можности применения ряда вариантов плоских дифракционных решеток в качестве поля-
ризаторов проходного и отражательного типа в составе антенных обтекателей. Пред-
ложенные в работе трансформаторы поляризации электромагнитного поля в виде муль-
типланарных печатных решеток, входящих в состав антенных обтекателей, предназначе-
ны для обеспечения расширения функциональных возможностей перспективных радио-
электронных средств, содержащих сканирующие антенные решетки, устанавливаемые
под антенными обтекателями. Кроме того, применение предложенных в работе твист-
рефлекторов и пространственных поляризаторов в составе интеллектуальных радио-
электронных покрытий открывает дополнительные возможности по цифровому управле-
нию полями рассеяния различных объектов радиолокационного наблюдения, позволяя созда-
вать желаемые радиолокационные образы защищаемых объектов. -
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ РЕШЕНИЯ СЕТОЧНЫХ УРАВНЕНИЙ НА ГРАФИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЯХ
Н.Н. Грачева , В.Н. Литвинов , Н. Б. Руденко , А.В. Никитина , А. Е. Чистяков2021-12-24Аннотация ▼Для прогнозирования чрезвычайных ситуаций (ЧС) и необратимых последствий дея-
тельности человека ученые широко применяется математическое моделирование. При
возникновении ЧС очень важно минимизировать время принятия решения. Разработка
проекта решения может основываться на прогнозе изменения моделируемого процесса.
При численном решении задач гидрофизики и биологической кинетики возникает необходи-
мость в разработке эффективных методов решения систем сеточных уравнений большой
размерности с несамосопряженным оператором. Большой объем обрабатываемой инфор-
мации и сложность вычислений приводят к необходимости использования вычислительных
кластеров, в состав которых добавляются видеоадаптеры для увеличения производитель-
ности вычислительной системы и скорости обработки информации. Целью исследования
является разработка программного модуля, реализующего алгоритм решения системы
линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) модифицированным попеременно-треугольным
итерационным методом (МПТМ) (самосопряженный и несамосопряженный случаи) с ис-
пользованием технологии NVIDIA CUDA. Описан способ декомпозиции расчетной области
в трехмерном случае. Предложена графовая модель организации параллельного конвейер-
ного вычислительного процесса, ориентированная на графический ускоритель GPU (Graphics Processing Unit). Для двух видеоадаптеров с различными характеристиками были
проведены экспериментальные исследования для определения оптимальной двумерной кон-
фигурации потоков в вычислительном блоке, реализуемом на одном потоковом мультипро-
цессоре, при которой время реализации на GPU одного шага МПТМ является минималь-
ным. Проведенные исследования показали, что выбор способа декомпозиции расчетной
области в виде параллелепипедов необходимо выполнять с учетом архитектуры видео-
адаптера. Разработанные алгоритм и программный модуль позволяют более эффективно
задействовать вычислительные ресурсы GPU, используемой для решения вычислительно-
трудоемких задач гидрофизики.
1 - 9 из 9 результатов
