Найти

Результаты поиска

• ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДВИЖНОСТИ МОБИЛЬНЫХ РОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ МЕТОДОМ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

  В.А. Горелов, И. В. Рубцов, А.А. Стадухин

  2020-07-10

  Аннотация ▼

  Обосновывается необходимость применения имитационного компьютерного моде-лирования для дальнейшего совершенствования подвижности мобильных робототехниче-ских комплексов. Рассматривается такое направление работ, как исследование шасси с адаптируемой конфигурацией гусеничного обвода с применением программного комплекса автоматизированного анализа динамики систем тел. Данный подход позиционируется как наиболее подходящий для оценки профильной проходимости и выбора потребных характе-ристик приводов машин с нетрадиционным движителем. Также в статье рассмотрены достижения МГТУ им. Н.Э. Баумана по созданию комплекса натурно-математическогомоделирования, предназначенного для исследования динамики мобильных робототехниче-ских комплексов и дистанционно управляемых машин. Комплекс основан на математиче-ской модели движения машины, адаптированной для проведения расчетов в режиме «ре-ального времени». В работе приведена краткая характеристика модели и основные диф-ференциальные уравнения, лежащие в её основе. Помимо это необходимой составляющей комплекса натурно-математического моделирования является программное обеспечение, позволяющее осуществлять синтез трасс по известным заранее заданным статистически-ми характеристиками. Таким образом, разработанный комплекс натурно-математического моделирования позволяет решать следующий ряд основных задач: исследование быстроход-ности машин и получение нагрузочных характеристик тягового привода, а также отладка алгоритмов управления и изучение взаимодействия водителя-оператора с машиной и внешней средой в условиях задержки управляющего сигнала и помех. Метод имитационного моделирования также имеет важное применение в области совершенствования моторно-трансмиссионных установок робототехнических комплексов и дистанционно управляемых машин. В связи с тем, что на данный момент наиболее распространённой схемой трансмиссии таких машин является индивидуальный привод ведущих колёс, повышение скоростей движения мобильных роботов требует применения более мощных, а значит более дорогостоящих и тяжёлых электродвигателей. Так, в статье предложен подход, основывающийся на имитационном и натурно-математическом моделировании, который позволяет осуществлять сбор необходимых статистических данных о режимах нагружения машин и определять требуемые характеристики электродвигателей в кратковременном и длительном режимах работы, а также желаемую область с максимальным коэффициентом полезного действия.

• МЕТОД ОРГАНИЗАЦИИ ДИСКРЕТНО-СОБЫТИЙНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БОЛЬШИХ РАЗРЕЖЕННЫХ НЕСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТРИЦ НА РВС

  А.В. Подопригора

  189-197

  2021-10-05

  Аннотация ▼

  С усложнением моделей исследуемых объектов и процессов в разных областях науки и техники появляется большое количество задач, для которых необходимо применять вы-сокопроизводительные вычислительные системы. Так, для обработки матричных массивов используют кластерные многопроцессорные вычислительные системы с применением специальных методов, направленных на организации параллельных вычислений, и в большинстве случаев производительность вычислительной системы является достаточно высокой. Однако такая эффективность вычислений наблюдается не на всех видах матриц. Матричная структура может содержать большое количество незначимых элементов, большую размерность, и ее портрет может быть неструктурированным. Решение такого рода матриц на кластерных МВС не позволяет получить производительность, близкую к пиковой, поскольку методы обработки никак не учитывают такую сложную структуру обрабатываемой матрицы, в результате чего производительность системы многократно снижается. Разработка методов для кластерных МВС не позволяет в полной мере обеспечить высокую производительность на классе задач, посвященной обработке больших раз-реженных неструктурированных матриц. Жесткая архитектура связей процессоров не учитывает особенности таких матриц, что приведёт к неоднородности загрузки вычис-лительного процессора. Для обеспечения производительности, близкой к пиковой на зада-чах обработки больших разряженных неструктурированных матриц, необходимо приме-нять реконфигурируемые вычислительные системы, архитектура которых позволяет адаптироваться под структуру решаемой задачи. Это позволяет организовывать конвейерную обработку так, чтобы вычислительный ресурс РВС был использован только на информационно значимые операции. Помимо использования общепринятых методов структурной организации высокопроизводительных вычислений для РВС, необходимо разработать формат хранения и передачи больших разреженных неструктурированных матриц, определить принципы построения базовых матричных макроопераций и возможность организации составных дискретно-событийных матричных функций для решения прикладных задач. В результате проведенных исследований положено начало метода, позволяющего организовать вычисления, операндами которых являются большие разреженные не-структурированные матрицы. Применение этого метода для организации вычислений позволяет существенно повысить производительность и обеспечить повышение эффективности работы такой системы.

• ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА СНИЖЕНИЯ ВЗАИМОНАГРУЖЕНИЯ ДВУХ ПРИВОДОВ, ОДНОВРЕМЕННО УПРАВЛЯЮЩИХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ РУЛЕМ МАГИСТРАЛЬНОГО САМОЛЕТА

  А.С. Алексеенков , Е. В. Ерофеев , А. И. Стеблинкин , А.Д. Тимофеева

  2022-03-02

  Аннотация ▼

  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.

• ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТКАЗОВ ДАТЧИКОВОЙ ГРУППЫ СИСТЕМЫ ВОЗДУШНЫХ СИГНАЛОВ ПУТЕМ ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕКРЕСТНОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ

  А.А. Задорожний

  2022-03-02

  Аннотация ▼

  Приводится описание типовых методов реализации кворум-контроля параметров
  воздушных данных, и анализ их возможностей по определению параметрических отказов,
  возникающих в системе воздушных сигналов. Для выполнения расчетов были выбраны наи-
  более часто встречаемые виды отказов тракта восприятия и измерения воздушных давле-
  ний системы воздушных сигналов, вызывающие катастрофические последствия, описаны
  физические принципы их возникновения, реализация которых позволила построить мате-
  матические модели искажения сигналов. По результатам моделирования работы типовых
  методов кворум-контроля, и их реакции на искусственно введённых в систему отказов
  определены достоинства и недостатки используемых методов. С целью устранения обна-
  руженных в результате анализа недостатков предложен альтернативный метод опреде-
  ления отказов датчиковой группы системы воздушных сигналов путем реализации пере-
  крестного контроля параметров, полученных от пневматической и флюгерной датчиковой группы системы. Для предложенного метода приведены результаты моделирования, про-
  веденного на основе реальных полетных данных магистрального самолета с искусственно
  введенными в них параметрическими отказами. Оценена возможность использования ал-
  горитма перекрестного контроля в одноканальных системах воздушных сигналах малораз-
  мерных летательных аппаратов. Постановка задачи исследования формулируется сле-
  дующим образом: с целью обеспечения безопасности полетов летательного аппарата при
  использовании в контуре управления информации от одноканальной системы воздушных
  сигналов необходимо обеспечить обнаружение и исключение недостоверных данных из
  массива информации, выдаваемой системой потребителям информации. При этом задачу
  обнаружения и исключения данных необходимо решить собственными средствами самой
  системы воздушных сигналов, без использования дополнительных данных от других систем
  самолета. Математический анализ, численное моделирование, определение корректирую-
  щих коэффициентов и подготовка исходных данных проводились в программно-
  математическом комплексе MathCAD. Анализ результатов исследования алгоритма пере-
  крестного контроля, реализованного в ПМК MathCAD, показал, что задача определения
  достоверности информации может быть решена автономно и при реализации в лета-
  тельном аппарате одноканальной системе воздушных сигналов.

• МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА НА ОСНОВЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ ПРЕДСКАЗАНИЯ ТРАФИКА НА ДОРОГАХ

  Аламир Хайдер Сагбан Хуссейн, Е.В. Заргарян, Ю. А. Заргарян

  124-132

  2021-08-11

  Аннотация ▼

  В связи с индустриализацией современного общества, ростом транспортных систем нашей страны, увеличения определенных необходимых для развития потребностей граждан нашей страны количество транспортных средств разных видов и типов с каждым годом продолжает увеличиваться с большой скоростью, вызывая огромные пробки на транспортных дорогах, особенно в больших городах и мегаполисах. Таким образом, прогнозирование транспортных потоков является важным и необходимым компонентом оптимального управления трафиком в современных условиях развития транспортной сети. В качестве решения этой проблемы данная статья нацелена на анализ и описание приме-нения методов искусственного интеллекта, в частности нейронных сетей, что представляет современный подход к моделированию в сложных и нелинейных ситуациях, возникаю-щих при прогнозировании модели транспортного потока. Показанный метод точности основан на разработке нейронной сети для прогнозирования дневного потока трафика. Затем ожидаемый транспортный поток сравнивается с реальным набором данных, записанным на участке дороги и предоставленным менеджером инфраструктуры. Фактически, нейронные сети способны извлекать уроки из прошлых возникших ситуаций и предсказывать будущие ситуации на транспортной сети. В этом исследовании были изучены раз-личные структуры нейронной сети, и результаты моделирования показали, что лучшие прогнозы были получены с использованием многослойной архитектуры персептрон, кото-рая имеет хорошую систему обобщения со средней общей квадратичной ошибкой 0,00927 при текущем наборе транспортных средств. Первая часть статьи посвящена определению различных концепций, относящихся к текущей области исследований, включая обзор литературы по прогнозированию трафика и нейронным сетям. Вторая часть посвящена описанию проблемы перегрузки трафика с помощью задач прогнозирования и представлению предлагаемого метода решения с акцентом на искусственные нейронные сети, как средство прогнозирования спроса и его различных структур. Затем численные эксперименты проиллюстрированы анализом результатов прогноза после формирования и тестирования различных архитектур нейронных сетей.

• ПРИМЕНЕНИЕ ЧЕТЫРЁХПОЛЮСНИКА ПУАНКАРЕ-СТЕКЛОВА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕРФЕЙСА ПРИ ПОЛУНАТУРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ СИСТЕМ

  М.Н. Максимов , С.М. Максимова

  2022-01-31

  Аннотация ▼

  В статье рассматривается возможность применения фильтра Пуанкаре–Стеклова
  для построения интерфейса при полунатурном моделировании системы. Приводится Z и Y –
  форма представления четырёхполюсника. Полунатурное моделирование (HIL) предполагает
  разбиение исходной системы на части, причём одна часть моделируется численно на компь-
  ютере, а вторая часть представлена реальным физическим объектом. Части системы об-
  мениваются данными друг с другом через программно-аппаратный интерфейс, который
  может быть реализован по-разному и должен обеспечивать устойчивость, а также сходи-
  мость результатов полунатурного моделирования к результатам моделирования исходной
  системы. Варианты построения программно-аппаратных интерфейсов ITM, TLM, TFA,
  PCD, DIM, GCS и фильтр Пуанкаре-Стеклова описаны в соответствующих литературных
  источниках. В статье показано, как исходная система с помощью фильтра Пуанкаре-
  Стеклова была разбита на части, что соответственно привело к разбиению на части сис-
  темы уравнений, описывающей поведение исходной системы. Далее были вычислены значения
  стабилизирующих параметров фильтра Пуанкаре-Стеклова и в соответствии с полученны-
  ми значениями скорректированы системы уравнений разбитой на части системы. На сле-
  дующем этапе в статье приводятся результаты численного моделирования исходной и раз-
  битой на части системы в MATLAB. При моделировании по частям части системы обмени-
  вались данными друг с другом на каждом шаге моделирования только один раз с задержкой τ
  равной шагу моделирования. Такой способ численного моделирования разбитой на части сис-
  темы максимально приближен к процессам, происходящим при полунатурном моделировании
  систем. Сравнение полученных результатов моделирования исходной и разбитой на части
  системы позволил сделать вывод, что фильтр Пуанкаре-Стеклова при правильном выборе
  значений стабилизирующих параметров позволяет обеспечить устойчивость и сходимость
  результатов полунатурного моделирования систем.

• ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧЕТЫРЁХПОЛЮСНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ФИЛЬТРА ПУАНКАРЕ-СТЕКЛОВА ДЛЯ ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ

  М. Н. Максимов , С. М. Максимова

  2022-01-31

  Аннотация ▼

  В статье показана возможность использования фильтра Пуанкаре-Стеклова для
  обеспечения устойчивости полунатурного моделирования нелинейных систем. Полунатур-
  ное моделирование (HIL) предполагает разбиение исходной системы на части, причём одна
  часть моделируется численно на компьютере, а вторая часть представлена реальным
  физическим объектом. Части системы обмениваются данными друг с другом через про-
  граммно-аппаратный интерфейс, который может быть реализован по-разному и должен
  обеспечивать устойчивость, а также сходимость результатов полунатурного моделиро-
  вания к результатам моделирования исходной системы. Варианты построения программ-
  но-аппаратных интерфейсов ITM, TLM, TFA, PCD, DIM, GCS и фильтр Пуанкаре-
  Стеклова описаны в соответствующих литературных источниках. В статье показано,
  как исходная нелинейная система с помощью фильтра Пуанкаре-Стеклова была разбита
  на части, что соответственно привело к разбиению на части системы уравнений, описы-
  вающей поведение исходной системы. Далее были вычислены значения стабилизирующих
  параметров фильтра Пуанкаре-Стеклова и в соответствии с полученными значениями
  скорректированы системы уравнений разбитой на части системы. На следующем этапе в
  статье приводятся результаты численного моделирования исходной и разбитой на части
  системы в MATLAB. При моделировании по частям части системы обменивались данными
  друг с другом на каждом шаге моделирования только один раз с задержкой h. Такой способ
  численного моделирования разбитой на части системы максимально приближен к процес-
  сам, происходящим при полунатурном моделировании систем. Сравнение полученных ре-
  зультатов моделирования исходной и разбитой на части системы позволил сделать вывод,
  что фильтр Пуанкаре-Стеклова при правильном выборе значений стабилизирующих пара-
  метров позволяет обеспечить устойчивость и сходимость результатов полунатурного
  моделирования как линейных, так и нелинейных систем.

• ТРАНСФОРМАТОРЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН МИКРОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ ПЕЧАТНЫХ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК

  А. О. Касьянов

  2022-01-31

  Аннотация ▼

  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.

• РЕАЛИЗАЦИЯ ВЕРОЯТНОСТНОГО ДЕКОДЕРА ГЛУБОКОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ДЛЯ КОДОВ СТАБИЛИЗАТОРА

  С. М. Гушанский , В. Н. Пуховский , В.С. Потапов

  2021-12-24

  Аннотация ▼

  В последнее время наблюдается стремительный рост интереса к квантовым компь-
  ютерам. Их работа основана на использовании для вычислений таких квантово-
  механических явлений, как суперпозиция и запутывание для преобразования входных данных
  в выходные, которые реально смогут обеспечить эффективную производительность на
  3–4 порядка выше, чем любые современные вычислительные устройства, что позволит
  решать перечисленные выше и другие задачи в натуральном и ускоренном масштабе вре-
  мени. Данная работа является исследованием влияния среды на квантовую систему куби-
  тов и результаты ее выполнения. Разработан вероятностный декодер глубокой нейронной
  сети для кодов стабилизатора. Проанализированы и рассмотрены вопросы исправления
  ошибок для трехбитового кода без декодирования состояния. Актуальность данных иссле-
  дований заключается в математическом и программном моделировании и реализации кор-
  ректирующих кодов для исправления нескольких видов квантовых ошибок в рамках разра-
  ботки и выполнения квантовых алгоритмов для решения классов задач классического ха-
  рактера. Научная новизна данного направления выражается в исключении одного из не-
  достатков квантового вычислительного процесса. Научная новизна данного направления в
  первую очередь выражается в постоянном обновлении и дополнении поля квантовых ис-
  следований по ряду направлений.

• ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ РЕШЕНИЯ СЕТОЧНЫХ УРАВНЕНИЙ НА ГРАФИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЯХ

  Н.Н. Грачева , В.Н. Литвинов , Н. Б. Руденко , А.В. Никитина , А. Е. Чистяков

  2021-12-24

  Аннотация ▼

  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.

• РАЗРАБОТКА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАЛВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМИ ПРОЦЕССАМИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА

  А.Л. Ляшенко

  2021-12-24

  Аннотация ▼

  Рассмотрена необходимость регулирования температуры теплоносителя в гидрав-
  лических прессах, обеспечивающих горячее склеивание фанеры, регулирование давления в
  каналах пресса и поддержания технологических параметров на заданном уровне. В качест-
  ве объекта управления рассмотрен колонный гидравлический пресс П-714-Б для горячего
  склеивания фанеры, установленный на Усть-Ижорском фанерном комбинате. В статье
  представлено описание колонного гидравлического пресса. Для мониторинга параметров
  представленной установки фанерного производства, предлагается рассмотреть нагрева-
  тельные плиты пресса и пакеты фанеры как объект с распределенными параметрами.
  Для разработки математической модели объекта управления была рассмотрена функцио-
  нальная схема данного устройства с основным оборудованием и технологическими пото-
  ками теплоносителя. Разработана методика моделирования объектов данного класса как
  объектов с распределёнными параметрами. Рассмотрение процессов, протекающих в каналах нагревательных плит, позволило составить дифференциальные уравнения движения,
  описывающие течение рабочей среды в системе каналов. Разработанная методика мате-
  матического моделирования распространения тепла в нагревательных плитах пресса и
  пакетах фанеры позволила составить математическую модель для рассматриваемого
  объекта. Данная математическая модель получилась достаточно сложной, и решить
  полученную систему дифференциальных уравнений в частных производных аналитически
  (выделить передаточную функцию) не представляется возможным. Для численного анали-
  за рассматриваемого объекта управления были составлены дискретная модель уравнений
  и вычислительный алгоритм. В процессе составления дискретных моделей были решены
  задачи «стыковки» граничных условий, обеспечения устойчивости вычислительной схемы и
  выбраны шаги дискретизации по пространственным переменным. Для компьютерного
  моделирования было специально разработано программное обеспечение. С его помощью
  были рассчитаны значения температур в контрольных точках. Представленная матема-
  тическая модель позволила произвести численный эксперимент, в результате которого
  были получены частотные характеристики исследуемого объекта. Данные характеристи-
  ки были использованы при синтезе распределенного высокоточного регулятора.

• КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АВИАЦИОННОГО ОПРЫСКИВАНИЯ ПРИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ АВИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИХ РАБОТ

  В. П. Асовский , А.С. Кузьменко

  2021-12-24

  Аннотация ▼

  Рассмотрены отдельные практические вопросы решения задач совершенствования
  технологии авиационно-химических работ с использованием методов компьютерного модели-
  рования его процессов, в частности на нетрадиционных режимах авиационного опрыскивания.
  Эти режимы характерны для обработок участков с препятствиями на границах, когда внесе-
  ние рабочих жидкостей производится при снижении воздушного судна в заходе на производст-
  венный проход над участком на требуемой высоте полета и наборе высоты после его оконча-
  ния. Проведенные расчетно-теоретические исследования на примере самолета-биплана Ан-2 с
  использованием разработанных и апробированных ранее многофакторных программных
  средств моделирования процессов формирования вихревого следа самолета и осаждения в нем
  характерного для авиационного опрыскивания спектра капель рабочих жидкостей показали,
  что использование нетрадиционных технологических режимов обработок способно сущест-
  венно повысить производительность, безопасность и интегральную эффективность авиаци-
  онно-химических работ и мероприятий химизации сельскохозяйственного производства в це-
  лом. В частности, показано, что для повышения эффективности авиационного опрыскивания
  участков, ограниченных препятствиями, технически возможно и экономически целесообразно
  использовать схему проведения работ, предусматривающую начало и окончание обработки
  таких участков на этапе снижения и набора высоты при удалениях от препятствий, соответ-
  ствующих 1-2 с полета воздушного судна (для самолета Ан-2 на удалениях 50–150 м при высоте
  полета до 20 м). Такая схема обеспечивает рост производительности авиационного опрыски-
  вания до 10–15 %, уменьшение себестоимости обработок на 3–5 % и увеличения экономической
  эффективности на 2–3 % при росте их суммарного эффекта на 6–8 %.

• ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ ЛОЖНОГО РЕЗУЛЬТАТА РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ВЫПОЛНЯЕМЫХ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ МНОГОАГЕНТНОЙ СИСТЕМОЙ

  В.А. Литвиненко , С.А. Ховансков , В.С. Хованскова

  2021-11-14

  Аннотация ▼

  Рассматриваются вопросы защиты распределённых вычислений организованных на ос-
  нове многоагентной системе для решения задач многовариантного моделирования.
  При моделировании выбор одного из многих вариантов может потребовать перебора огром-
  ного множества параметров недоступного для быстродействующей ЭВМ. Для сокращения
  времени решения таких задач используют распределенные вычисления. Существует множе-
  ство различных подходов для организации распределенных вычислений в компьютерной сети
  – технология grid, metacomputing (BOINC, PVM и другие). Все они предназначены для создания
  централизованных систем распределенных вычислений. Распределенные вычисления организуются на основе многоагентной системы на вычислительных узлах любой компьютерной
  сети. При использовании в качестве вычислительной среды компьютерную сеть большого
  масштаба могут возникнуть угрозы безопасности распределенных вычислений. Одной из
  таких угроз является получение в процессе вычислений ложного результата от злоумышлен-
  ников. Ложный результат может привести в процессе моделирования к принятию не опти-
  мального, либо неправильного решения. Управляющие агенты централизованной системы
  распределенных вычислений, кроме управления распределенной системой, вынуждены выпол-
  нять обнаружение ложных результатов процесса вычислений. Разработана методика рас-
  чета вероятности обнаружения ложного результата в зависимости от общего количества
  агентов многоагентной системы и количества управляющих агентов. Приведены примеры
  расчёта количество управляющих агентов, обеспечивающих в многоагентной системе тре-
  буемую вероятность обнаружения ложных результатов.

• БЕСКОНТАКТНЫЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ КЛАПАНА

  С.А. Матюнин , Р.А. Жигалов , А.А. Иголкин

  204-217

  2025-08-04

  Аннотация ▼

  Целью исследования является разработка бесконтактного феррозондового датчика положения для контроля открытого/закрытого состояния клапана. Существует немало примеров использования в современной техники элементов или устройств, взаимодействующих с магнитным полем. Одной из актуальнейших задач является использование влияния магнитного поля в качестве средства контроля или составляющей управляющей среды. Применение магнитооптических датчиков для контроля функционирования технических объектов обусловлено их бесконтактным способом измерения, возможностью изме-рения не только магнитных, но и других различных физических величин, относительной простотой, надежностью и дешевизной конструкции чувствительного элемента, гибко-стью в применении, эксплуатацией в низкотемпературных и высокотемпературных средах. Одним из датчиков подобного типа является феррозондовый преобразователь магнитного поля. Примером объекта внедрения феррозондового датчика являются клапаны различных пневмогидравлических систем. Сущность поставленной задачи заключается в создании бесконтактного концевого переключателя золотника клапана, сигнализирующего о закрытом или открытом состоянии клапана и передающего эту информацию в систему контроля. Предлагается разбиение данной задачи на этапы и последовательное их выпол-нение. Сначала производится поиск и анализ уже существующих решений, реализующих датчик положения с использованием феррозондового метода контроля для усовершенст-вования разрабатываемой конструкции. Далее, разрабатывается первоначальная конст-рукция чувствительного элемента феррозондового преобразователя, согласно начальной конструкции, создается геометрическая 3D-модель чувствительного элемента, выбирается предполагаемый материал составляющих элементов датчика. С помощью численных методов компьютерного моделирования моделируется работа датчика и определяется его выходная характеристика при различных режимах работы. По расчетным характеристикам выбирается и рассчитывается оптимальная конструкция и конфигурация чувствительного элемента датчика. По итогам моделирования разрабатываются сборочные и рабочие чертежи датчика. Предложенный способ решения задачи характеризуется сложностью изучения нелинейных магнитных систем и их моделирования. Результаты данного исследования могут быть рекомендованы для разработки магнитооптических датчиков подобного или иного типа и изучения материалов с нелинейными магнитными свойствами.

• РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ И РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА В РАМКАХ КВАНТОВЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ

  С.М. Гушанский , В. С. Потапов , В.И. Божич

  2021-08-11

  Аннотация ▼

  В последнее время наблюдается стремительный рост интереса к квантовым компьюте-
  рам. Их работа основана на использовании для вычислений таких квантово-механических явле-
  ний, как суперпозиция и запутывание для преобразования входных данных в выходные, которые
  реально смогут обеспечить эффективную производительность на 3–4 порядка выше, чем лю-
  бые современные вычислительные устройства, что позволит решать перечисленные выше и
  другие задачи в натуральном и ускоренном масштабе времени. Данная статья посвящена ре-
  шению задачи исследования и разработки методов оптимизации квантовых вычислений в рам-
  ках применения квантовых ускорителей. Предложена структурная схема аппаратного ускори-
  теля для увеличения производительности моделируемых квантовых вычислений. Была проведе-
  на разработка структурной схемы модуля связи аппаратного ускорителя и программной моде-
  ли.Актуальность данных исследований заключается в математическом и программном моде-
  лировании и реализации корректирующих кодов для исправления нескольких видов квантовых
  ошибок в рамках разработки и выполнения квантовых алгоритмов для решения классов задач
  классического характера. Научная новизна данного направления выражается в исключении
  одного из недостатков квантового вычислительного процесса. Научная новизна данного на-
  правления в первую очередь выражается в постоянном обновлении и дополнении поля кванто-
  вых исследований по ряду направлений, а компьютерная симуляция квантовых физических явле-
  ний и особенностей слабо освещена в мире.

• ЭВОЛЮЦИОННЫЙ АЛГОРИТМ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ

  В.В. Курейчик , А.Э. Саак , Вл.Вл. Курейчик

  2021-07-18

  Аннотация ▼

  Рассмотрена одна из важных задач оптимизации – задача диспетчеризации. Она от-
  носится к классу NP- сложных оптимизационных задач. В работе приведена и описана
  постановка задачи диспетчеризации. Здесь массив заявок пользователей на компьютерноеобслуживание в Grid- системах моделируется протяжённой линейной полиэдралью коор-
  динатных ресурсных прямоугольников. При этом диспетчирование представляется лока-
  лизацией линейной полиэдрали в оболочку области вычислительно-временных ресурсов сис-
  темы согласно многоцелевому критерию качества применяемого назначения заявок на об-
  служивание. В связи со сложностью данной задачи для ее эффективного решения предла-
  гаются методы эволюционного моделирования. В статье предложена и описана модифи-
  цированная архитектура эволюционного поиска. В качестве модификации введены допол-
  нительно три блока. Это блок «внешней среды», блок эволюционной адаптации и блок «не-
  перспективных решений». Для ее реализации авторами разработан модифицированный
  эволюционный алгоритм, использующий в качестве отбора решений модели эволюций Ч.
  Дарвина и Ж. Б. Ламарка. Это позволяет значительно сократить время получения резуль-
  тата, частично решить проблему преждевременной сходимости алгоритма и получать
  наборы квазиоптимальных решений за полиномиальное время. Разработан программный
  модуль на языке C#. Проведен вычислительный эксперимент на тестовых примерах. Про-
  веденные экспериментальные исследования, показали, что качество решений, полученных
  на основе разработанного эволюционного алгоритма, в среднем на 5 процентов превосхо-
  дит результаты решений, полученные с использованием известных алгоритмов последова-
  тельного, начально-кольцевого и уровневого при сопоставимом времени, что говорит об
  эффективности предложенного подхода.

• ПРОГРАММНАЯ ПОДСИСТЕМА ДЛЯ РЕШЕНИЯ NP-СЛОЖНЫХ КОМБИНАТОРНО-ЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА ГРАФАХ

  В.В. Курейчик , Вл. Вл. Курейчик

  2021-07-18

  Аннотация ▼

  Работа посвящена созданию программной подсистемы для решения NP- трудных и
  NP-сложных комбинаторно-логических задач на графах. В статье приведено описание
  комбинаторно-логических задач на графах. Для эффективного их решения предлагаются
  новые многоуровневые архитектуры поиска, такие как простая комбинированная, парал-
  лельная комбинированная, двухуровневая, интегрированная и гибридная. Данные архитек-
  туры основаны на методах, инспирированных природными системами. Ключевым отличием данных архитектур является разделение поиска на два или три уровня и применение на
  них различных алгоритмов эволюционного моделирования и биоинспирированного поиска.
  Это позволяет получать наборы квазиоптимальных решений выполнять параллельную
  обработку и частично устранять проблему преждевременной сходимости. В статье при-
  ведено подробное описание разработанной программной подсистемы и ее модулей. В каче-
  стве модулей в подсистеме имеется пять разработанных архитектур и набор разрабо-
  танных алгоритмов эволюционного моделирования и биоинспирированного поиска, таких
  как эволюционный, генетический, пчелиный, муравьиный, светлячковый и обезьяний. Благо-
  даря модульной структуре в подсистеме имеется возможность конструировать более 50
  различных вариантов комбинаций поиска. Это позволяет использовать все достоинства
  методов биоинспирированной оптимизации для эффективного решения NP-сложных ком-
  бинаторно-логических задач на графах. Для подтверждения эффективности разработан-
  ной программной подсистемы был проведен вычислительный эксперимент на тестовых
  примерах. Проведенные серии тестов и экспериментов показали преимущество использо-
  вания программного продукта для решения комбинаторно-логических задач на графах
  большой размерности, по сравнению с известными алгоритмами, что говорит о перспек-
  тивности применения такого подхода. Временная сложность разработанных алгоритмов
  в лучшем случае O(nlogn), в худшем случае – О(n3).

• РАЗРАБОТКА МИКРОКОМАНД И ОСНОВНЫХ БЛОКОВ АППАРАТНОГО УСКОРИТЕЛЯ КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ

  С. М. Гушанский, В. С. Потапов , Ю.М. Бородянский

  2021-02-13

  Аннотация ▼

  На всех этапах развития информационных технологий уделялось и уделяется в на-
  стоящее время большое внимание вопросам моделирования функционирующих специализи-
  рованных высокопроизводительных вычислительных систем, позволяющих обеспечивать
  необходимые показатели по быстродействию в сочетании с минимизированными затра-
  тами программных ресурсов и потребляемой энергии. Разработанная информационная
  система, ориентированная на человеко-машинное взаимодействие, позволяет наглядно
  увидеть сильные и слабые стороны разрабатываемого квантового вычислительного уст-
  ройства, доказать преимущества его использования. Разрабатываемая моделирующая
  информационная система является наглядным пособием для понимания основных методов
  взаимодействия информационных процессов и информационных ресурсов. Ряд важнейших
  задач не может быть решен с помощью классических вычислительных машин, в том чис-
  ле, классических суперкомпьютеров, за разумное время. В последнее время наблюдается
  стремительный рост интереса к квантовым компьютерам. Данная статья посвящена
  решению задачи исследования и разработки схемы и методики симуляции аппаратного
  ускорителя квантовых вычислений. Работа затрагивает задачи исследования и разработ-
  ки методов функционирования квантовых схем и моделей квантовых вычислительных уст-
  ройств. Актуальность данных исследований заключается в математическом и программ-
  ном моделировании и реализации основополагающих компонентов моделей квантовых вы-
  числений. Научная новизна данного направления выражается в оптимизации квантового
  вычислительного процесса. Научная новизна данного направления в первую очередь выра-
  жается в постоянном обновлении и дополнении поля квантовых исследований по ряду на-
  правлений. Целью работы является реализация методики построения аппаратного уско-
  рителя. Реализовано техническое обеспечение информационной квантовой системы и про-
  цессов, в том числе новые программные средства передачи и представления информации.
  Использование информационной системы квантовых вычислений отличается от своих
  аналогов существенным увеличением скорости решения вычислительных задач и, самое
  главное, экспоненциальным увеличением скорости решения NP-полных задач, которые на
  классических машинах могут решаться за неприемлемое время. В следствии того, что
  класс NP задач широк, применимость и значимость разработанной методики построения
  модульной системы квантовых вычислений не вызывает сомнения.

• ЭФФЕКТЫ НЕЛИНЕЙНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОРСКИХ ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

  А. А. Курносов

  2021-01-19

  Аннотация ▼

  Применительно к взаимодействию сложных систем рассматриваются вопросы мони-
  торинга информационной обстановки, типы информационных взаимодействий и топологи-
  ческий подход к учёту многосредного взаимодействия сложных систем в подводной среде.
  Приведена классификация основных эффектов, возникающих при информационном взаимо-
  действии морских техногенных объектов. Выделены три основные группы эффектов, связан-
  ные с физикой сред, с особенностями распространения энергии в этих средах и с особенно-
  стями собственно взаимодействия двух и более объектов. Приведена схема кластеризации
  эффектов – неопределённость, несовместимость, нелинейность, релятивистские эффекты,
  эффекты на границах сред. Внутри указанных кластеров в статье рассмотрены эффекты:
  роста интенсивности информационного обмена, появления непрогнозируемых новых связей,
  каузальной несовместимости, антиподов, бликов, подсветок, релятивистские эффекты.
  Показано, что существуют определенные различия в информационном взаимодействии объ-
  ектов, находящихся в средах с разными скоростями взаимодействия и диссипацией энергии
  взаимодействия. Эти различия проявляются в росте интенсивности обмена в плотных сре-
  дах на некоторых расстояниях «близости». При этом наблюдается появление непрогнози-
  руемых причинно-следственных связей. В ходе обмена информацией в этих областях сингу-
  лярности, помимо эффектов, обусловленных особенностями распространения сигналов в
  воде, наблюдаются эффекты, связанные именно с информационным взаимодействием двух и
  более объектов. Отмечено, что практически все эффекты способны приводить к сущест-
  венному искажению воспринимаемой объектами информации и к нарушению процесса при-
  нятия решений. Наибольшим катастрофическим потенциалом обладают эффекты несо-
  вместимости. При высоких скоростях движения морских техногенных объектов для отдель-
  ных наблюдателей возможно нарушение причинности. Показана схема нарушения причинно-
  сти при взаимодействии объектов, связанная с потерями информации двух типов – реляти-
  вистского (за счёт превышения скорости перемещения объектов над скоростью взаимодей-
  ствия в среде) и геометрического (за счёт выхода «быстрого» объекта из области «медлен-
  ного» распространения импульса). Сделан вывод о необходимости проведения физического
  имитационного моделирования с использованием высокопроизводительных систем и совре-
  менных математических методов на единой критериальной базе.

• МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ФИЛЬТРОВ САНТИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

  А. Н. Зикий , П. Н. Зламан

  2021-01-19

  Аннотация ▼

  Полосовые фильтры являются неотъемлемой составной частью любой радиоприем-
  ной аппаратуры. Именно они определяют избирательность приемника по всем каналам
  приема. Целью настоящей работы является моделирование двух микрополосковых фильт-
  ров сантиметрового диапазона волн. Объектом исследования в данной работе являются
  два микрополосковых фильтра на частоты 5,75 и 4,6 ГГц. Такие фильтры можно исполь-
  зовать в конвертере сантиметрового диапазона волн в качестве сигнального и гетеродин-
  ного фильтров. Проведено моделирование двух фильтров в среде Microwave Office. Пред-
  ставлены результаты в виде моделей двух фильтров и четырех амплитудно-частотных
  характеристик. Даны геометрические размеры фильтров, достаточные для их изготовле-
  ния на материале RT5870 фирмы Роджерс. Фильтры имеют ширину полосы пропускания
  200 МГц и потери в полосе пропускания не более 3 дБ. Потери в полосе заграждения для
  сигнального фильтра составили не менее 45 дБ, и не менее 35 дБ для гетеродинного
  фильтра, что является очень хорошим результатом для двухзвенного фильтра. Приемле-
  мые электрические параметры, малые габариты и умеренная стоимость изготовления
  фильтров позволяет их широко использовать в профессиональной и радиолюбительской
  аппаратуре. Для повышения технологичности изготовления выбран материал с малой ди-
  электрической проницаемостью. При этом зазоры и допуски на точность их изготовления
  получаются приемлемыми. Конструкция фильтров позволяет их легко интегрировать с
  другими узлами конвертера: малошумящим усилителем, смесителем, усилителем проме-
  жуточной частоты, усилителем в гетеродинном тракте.

• ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА ЗЕРНА ЭНЕРГИЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СВЧ ПОЛЯ

  Н. Н. Кисель , А. А. Ваганова , А. Н. Савицкий

  2020-10-11

  Аннотация ▼

  Высокая скорость и эффективность нагрева диэлектриков микроволновым излучени-
  ем позволяют использовать электромагнитное поле для нагревания и высушивания прак-
  тически любых содержащих влагу материалов. Одним из перспективных направлений ис-
  пользования СВЧ-энергии является интенсификация процесса сушки зерна. Для обеспечения
  быстрого прототипирования и снижения возможности потерь, обусловленных ошибками
  на различных стадиях разработки и внедрения оборудования, особую значимость приобре-
  тает разработка моделей. Цель данной работы состоит в выполнении имитационного
  моделирования волноводно-щелевой решетки для сушки зерна. Основная задача, котораястоит при моделировании, обеспечить равномерное распределение мощности каждой ще-
  лью. В качестве среды моделирования используется специализированный программный
  комплекс FEKO. Для описания модели используется точный метод расчета – метод мо-
  ментов. Получено распределение электрического поля и удельной поглощаемой мощности в
  слое зерна, подвергающегося СВЧ облучению. Модели были верифицированы путем сравне-
  ния результатов, полученных при различном мешировании элементов поверхности. Моде-
  лирование распределения напряженности электрического поля показало, что отдаление
  волноводов от кюветы с зерном приводит к выравниванию неравномерностей поля, однако
  в этом случае некоторая часть излучаемой мощности рассеивается в пространство.
  При этом увеличение расстояния между волноводами и кюветой с зерном не влияет на
  КСВ антенн. Следует отметить, что в реальной обстановке волновой характер поля
  сглаживается за счет теплопереноса, и это явление не может быть учтено в процессе
  электромагнитного моделирования. Кроме того, следует исследовать весь спектр воз-
  можного изменения диэлектрических параметров зерна, чтобы проанализировать процесс
  распространения волны при высокой влажности зерна. Целесообразно также рассмот-
  реть другие модификации волноводно-щелевых антенн, которые смогут обеспечить более
  равномерный нагрев внутри кюветы с зерном.

• ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА МОЛОКА ЭНЕРГИЕЙ СВЧ ПОЛЯ

  Н. Н. Кисель , А. А. Ваганова, И. А. Ваганов

  2020-10-11

  Аннотация ▼

  Термообработка диэлектрических материалов и пищевых продуктов является одним
  из важных направлений развития производства различной продукции. Использование энер-
  гии электромагнитного поля сверхвысоких частот для сушки, нагрева, размораживания и
  пастеризации пищевых продуктов является перспективным, поскольку такие технологии
  подходят обработки различных диэлектрических материалов и при этом являются эф-
  фективными и экологически чистыми. Несмотря на наличие множества разработок в сфе-
  ре обработки материалов с помощью СВЧ, создание универсального устройства, подходя-
  щего для тепловой обработки любых материалов, затруднительно из-за разнообразия их
  форм и размеров, а также существенного различия электрофизических свойств диэлек-
  триков. Поэтому в каждом конкретном случае требуется создавать оптимальную конст-
  рукцию устройства и выбирать вариант возбуждения электромагнитного поля. Данная
  работа посвящена моделированию поглощения энергии электромагнитного поля СВЧ в
  устройстве для пастеризации молока. С применением САПР FEKO построена 3D модель
  устройства и выполнено моделирование его работы. Проведено исследование влияние угла
  наклона кварцевых трубок на распределение электромагнитного поля в волноводе. Получен-
  ные результаты показывают, что большая часть мощности поглощается ближе к началу
  волновода, причем при увеличении угла наклона трубок это явление имеет более выражен-
  ный характер. На основании проведенных расчетов установлен оптимальный угол наклона
  трубок. Также рассмотрено влияние диаметра и материала трубок. Получены распределе-
  ния электрического поля и удельной мощности, поглощенной на кг диэлектрика в волноводе.Выполнена оценка точности результатов. Возможными модификациями предлагаемой
  конструкции устройства пастеризации могут быть другие варианты расположения тру-
  бок с жидкостью. Также влияние на поглощаемую мощность может оказывать толщина
  стенок трубки. Кроме того, состав молока изменяет его электрофизические свойства, и
  соответственно также может повлиять на уровень поглощаемой мощности. Однако эти
  вопросы требуют дальнейшего исследования.

• РАЗРАБОТКА КОРРЕКТИРУЮЩИХ КОДОВ ДЛЯ ИСПРАВЛЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ КВАНТОВЫХ ОШИБОК

  С.М. Гушанский , В. С. Потапов, В. И. Божич

  2020-10-11

  Аннотация ▼

  В последнее время наблюдается стремительный рост интереса к квантовым компь-
  ютерам. Их работа основана на использовании для вычислений таких квантово-
  механических явлений, как суперпозиция и запутывание для преобразования входных данных
  в выходные, которые реально смогут обеспечить эффективную производительность на
  3–4 порядка выше, чем любые современные вычислительные устройства, что позволит
  решать перечисленные выше и другие задачи в натуральном и ускоренном масштабе вре-
  мени. Данная статья посвящена решению задачи исследования и разработки корректи-
  рующих кодов для исправления нескольких видов квантовых ошибок, появляющихся при вы-
  числительных процессах в квантовых алгоритмах и моделях квантовых вычислительных
  устройств. Целью работы является изучение существующих методов исправления различ-
  ных видов и типов квантовых ошибок и создание 3-кубитного корректирующего кода для
  квантового исправления ошибок. Работа затрагивает задачи исследования и разработки
  методов функционирования квантовых схем и моделей квантовых вычислительных уст-
  ройств. Актуальность данных исследований заключается в математическом и программ-
  ном моделировании и реализации корректирующих кодов для исправления нескольких видов
  квантовых ошибок в рамках разработки и выполнения квантовых алгоритмов для решения
  классов задач классического характера. Научная новизна данного направления выражается
  в исключении одного из недостатков квантового вычислительного процесса. Научная но-
  визна данного направления в первую очередь выражается в постоянном обновлении и до-
  полнении поля квантовых исследований по ряду направлений, а компьютерная симуляция
  квантовых физических явлений и особенностей слабо освещена в мире. Целью работы явля-
  ется компьютерное моделирование квантового вычислительного процесса с использовани-
  ем метода исправления фазовых типов ошибок, который позволяет оценить собственную
  фазу унитарного гейта, получившего доступ к квантовому состоянию, пропорционально
  собственному вектору.

• МЕТОДИКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ГРУППОВОГО УПРАВЛЕНИЯ РОБОТИЗИРОВАННЫМИ ПЛАТФОРМАМИ

  А. С. Болдырев, А.Л. Веревкин, К. В. Пшихопова, Л. С. Веревкина

  2020-10-11

  Аннотация ▼

  Одним из актуальных направлений развития робототехники являются проектиро-
  вание систем группового управления. В предложенной структуре группа из пяти роботи-
  зированных платформ (РП) управляется с носимого или стационарного пультов. Такой
  состав группы предопределяет схемы с перестраиваемыми связями между составными
  частями и изменением принципов функционирования. В статье приведены эксперимен-
  тальные исследования вычислительной эффективности методов планирования траекто-
  рий РП в пространстве и определены оптимальный метод и требуемые параметры вы-
  числителя РП. Рассмотрены варианты схем с разным числом РП и модели холодного ре-
  зервирования РП, пультов и общего всей системы. При таком многообразии конфигураций
  возникают проблемы, обоснования и выбора методов расчета, и однозначного, обобщен-
  ного представления параметров надежности системы группового управления. Повышен-
  ные требования к надежности компонент системы группового управления, требуют
  точной оценки надежности и продиктованы значительной стоимостью оборудования и
  функциональным назначением. Разработанная методика предназначена для моделирова-
  ния надежности разработанной системы группового управления роботизированными
  платформами РП. В предложенной методике показано использование структурного,
  вероятностного и матричного методов для расчета моделей надежности системы груп-
  пового управления. А также предложен подход к моделированию надежности целочислен-
  ного, избыточного, скользящего, холодного резервирования РП и пультов управления. Полу-
  ченные результаты численных расчетов параметров надежности системы группового
  управления, позволяют оценить риски и выбирать режимы, в зависимости от требуемой
  эффективности выполнения миссии.

• ПОДХОД К КОДИРОВАНИЮ РЕШЕНИЙ В ЭВОЛЮЦИОННЫХ МЕТОДАХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ПЛАТФОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

  Э. В. Кулиев, А. А. Лежебоков, М. М. Семенова, В.А. Семенов

  2020-07-20

  Аннотация ▼

  Рассмотрены актуальные вопросы и проведен анализ проблемы трехмерной инте-
  грации и трехмерного моделирования, возникающей на этапе конструкторского проекти-
  рования в ходе решения задачи оптимального планирования компонентов больших и сверх-
  больших интегральных схем и корпусных устройств электронной вычислительной аппара-
  туры. Представлены и достаточно детально описаны основные преимущества примене-
  ния принципов трехмерной интеграции, позволяющие эффективно организовывать произ-
  водство персонифицированной электроники, оптимально планировать конфигурацию
  больших и сверхбольших интегральных схем с учетом тепловых и энергетических характе-
  ристик. В ходе выполнения исследований авторами разработан подход к кодированию ре-
  шений на основе интеллектуального механизма, который характеризуется наличием
  встроенных средств контроля допустимых решений. Одним из таких средств, экспери-
  ментально доказавших свою эффективность, является встроенный механизм «смертель-
  ных мутаций», учитывающий статусы генов и заранее заданные ограничения на итоговую
  конфигурацию корпуса проектируемого устройства. В работе предложен ряд общих под-
  ходов и конкретных алгоритмов решения задачи планирования, основывающихся на ре-
  зультатах исследований авторского коллектива и современных подходах к решению
  NP-полных задач. Важнейшим практически значимым результатом исследований обозна-
  ченной проблемы является разработанная программно-инструментальная платформа
  проектирования на современном кроссплатформенном языке программирования Java. Вы-
  бранная технология разработки позволяет использовать все основные достоинства со-
  временных многоядерных и многопроцессорных архитектур, по использованию программ-
  ной многопоточности для реализации параллельных схем решения комбинаторных задач.
  Программно-инструментальная платформа обладает дружественным интерфейсом, что
  позволяет эффективно управлять процессом решения задачи планирования компонентовбольших и сверхбольших интегральных схем трехмерной интеграции, путем визуализации
  ключевых показателей работы алгоритмов на графиках и в блоках текстовой статисти-
  ки. Разработанное прикладное программное обеспечение позволило провести серию вычис-
  лительных экспериментов, на основе наборов случайных данных также, как и наборах от-
  крытых данных бенчмарков для подобного рода задач. Результаты экспериментальных
  исследований позволили подтвердить теоретические оценки временной сложности и эф-
  фективности предложенных подходов и алгоритмов, в том числе генетического алгорит-
  ма, который использует предложенный в работе новый механизм кодирования решений.