Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 54.
-
МОДЕЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ БИОМОРФНЫХ ПОДВОДНЫХ РОБОТОВ
Е. Ю. Смирнова , Д.К. Серов , Д. К. Пельменев , Н.П. Коренко, А.Ю. Никулина2025-04-27Аннотация ▼В настоящее время активно развивается область подводной робототехники для решения при-
кладных и исследовательских задач. Одним из перспективных направлений применения подводных
роботов является использование конструкций с биоподобным типом плавания. Использование авто-
номных биоморфных подводных роботов (БПР) потенциально позволит расширить область приме-
нения малошумных и безопасных для местной фауны подводных роботов для задач мониторинга и
исследования местности. Целью работы является разработка и апробация методики модельно-
ориентированного проектирования системы управления движением БПР. В рамках данной работы
рассмотрена типовая конструкция туниморфного БПР с осцилляторным типом плавания. На при-
мере рассматриваемой конструкции БПР описаны проблемные вопросы моделирования динамики
БПР, а также синтеза их систем управления. Для БПР с осцилляторным типом плавания выделены
типовые технологические операции (ТОП), выполняемые с учетом конструктивных особенностей
БПР и состава их движительно-рулевого комплекса (ДРК). Предложена методика проектирования
системы управления БПР на базе совместного использования технологий численного моделирования
и классической теории автоматического управления (ТАУ). На основании предложенной методики
разработана численная гидродинамическая модель движения туниморфного БПР с осцилляторным
типом плавания. Проведены идентификационные вычислительные эксперименты, в рамках которых
сняты переходные процессы, характеризующие динамику движения БПР при выполнении каждой
отдельной ТОП. На основании проведенных экспериментов разработаны кибернетические модели
движения БПР, позволяющие за счет упрощенного моделирования динамики с использованием типо-
вых звеньев теории автоматического управления с переменными коэффициентами воспроизвести
движение БПР в рамках выполнения типовых технологических операций. В рамках кибернетических
моделей в соответствии с предложенной методикой проведен синтез алгоритмов управления дви-
жением БПР для каждой из типовых технологических операций с использованием методов числен-
ной оптимизации. Выполнена апробация разработанных алгоритмов на базе вычислительных экспе-
риментов, проведенных в рамках численных гидродинамических моделей. Определены достоинства
предложенной методики, а также сформулированы возможные перспективы применения БПР -
ОЦЕНКА ИНФРАСТРУКТУРНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СУБЪЕКТА КРИТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРИ ДЕСТРУКТИВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
Е. А. Максимова , Н.П. Садовникова2021-11-14Аннотация ▼C принятием №187 ФЗ «О безопасности критической информационной инфраструкту-
ры», реализация которого на практике не возможна без комплексной оценки информационной
безопасности (ИБ) субъектов критической информационной инфраструктуры (СКИИ). Одна-
ко, существующие в настоящее время руководящие документы регуляторов не рассматривают
СКИИ с точки зрения системного подхода, не учитывается инфраструктурная составляющая
СКИИ при построении системы защиты информации. В это же время, оценка ИБ СКИИ без
учета влияния на состояния и поведение системы возникающих в системе межобъектных и
межсубъетных связей приводит к погрешности оценки, так как сама система при определен-
ных условиях может генерировать деструктивизм инфраструктурного характера. Таким об-
разом, погрешность в оценке ИБ СКИИ возникает за счет не учета показателя неспособности
СКИИ реализовывать свой функционал в полном объеме под воздействием рисков инфраструк-
турного характера, т.е. инфраструктурного деструктивизма. С точки зрения теории устой-
чивости, данный показатель можно соотнести с категорией «инфраструктурная устойчи-
вость СКИИ». Предлагаемая авторами исследования модель оценки инфраструктурной устой-
чивости (ИУ) СКИИ представлена 1) с использованием аппарата когнитивного моделирования,
2) с использованием аппарата теории надежности технических систем. В рамках когнитивно-
го моделирования, значение концептов задается экспертно. В представленном исследовании для
данной оценки предложено использовать аппарат логико-вероятностного моделирования, пу-
тем четкой структуризации системы – СКИИ. Таким образом, оценка инфраструктурной
устойчивости СКИИ характеризуется возможностью оценивания вероятности безотказной
работы объектов КИИ и предотвращения сбоев в функционировании сфер КИИ, что гаранти-
рует стабильность и требуемый уровень ИБ. Проблема оценки ИУ в данном случае приобрета-
ет ключевой характер при комплексной оценке ИБ СКИИ. -
ВЕРОЯТНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОГОВОГО АЛГОРИТМА ОБНАРУЖЕНИЯ СИНХРОИМПУЛЬСОВ В СИСТЕМЕ КВАНТОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧА НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИИ СО СМЕЖНОЙ ПАРЫ ВРЕМЕННЫХ СЕГМЕНТОВ
К. Е. Румянцев , Я.К. Миронов , П. Д. Миронова2020-11-22Аннотация ▼Системы квантового распределения ключа (КРК) обеспечивают повышенную защи-
щённость передаваемой информации. Для стабильной работы системы КРК необходима
точная синхронизация станций пользователей при минимальных временных затратах.
Предложен алгоритм обнаружения синхросигнала с пороговым тестом. Предполагается,
что синхроимпульс одновременно находится в двух соседних временных сегментах. Веро-
ятность обнаружения пары временных сегментов, где присутствует синхроимпульс, оп-
ределяется вероятностью превышения порогового уровня суммарным количеством сиг-
нальных и шумовых импульсов, регистрируемых в двух соседних сегментах. Цель исследо-
ваний направлена на сравнительный анализ порогового уровня и вероятностных характе-
ристик аппаратуры синхронизации при пороговом тестировании каждой пары временных
сегментов внутри временного кадра, полученных при ориентации на модели Гаусса и Пуас-
сона для числа фотонов и импульсов темнового тока (ИТТ), принимаемых за время анализа
временного сегмента. Исследованы вероятностные характеристики алгоритма обнару-
жения синхросигналов в системе квантового распределения ключа на основе сравнения
числа фотонов со смежной пары временных сегментов с пороговым уровнем. Анализирует-
ся применение аппроксимации статистических свойств процессов на выходе фотодетек-
тора законом Пуассона и нормальным распределением. Оценивается влияния модели Пуас-
сона и Гаусса на выбор порогового уровня и расчёт эффективности синхронизации при
пороговом тестировании каждой пары временных сегментов внутри временного кадра,полученных при ориентации на модели Гаусса и Пуассона для числа фотонов и ИТТ, прини-
маемых за время анализа временного сегмента. Установлено, что выбор порогового уров-
ня, исходя из нормального распределения, даёт заниженное значение. Аппроксимация ста-
тистики фотонов и импульсов темнового тока нормальным законом обеспечивает поро-
говый уровень ниже требуемого. Причём различие растёт с ужесточением требований к
вероятности ложного срабатывания. Полученные вероятностные свойства алгоритма
обнаружения синхросигнала на основе анализа суммы отсчетов со смежной пары сегмен-
тов с пороговым уровнем позволяют сформулировать рекомендации по выбору аппрокси-
мации статистики сигнала: для экспресс-расчётов вероятностных характеристик целе-
сообразно использовать модель Гаусса, в случае необходимости более высокой точности
анализа рекомендуется использовать модель Пуассона. -
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ МУЛЬТИМОДЕЛЬНЫХ ХРАНИЛИЩ ДАННЫХ В ИГРОВОЙ ИНДУСТРИИ
А.А. Коблов , О.М. Ромакина , А.С. Клемешева , А. З. Арсеньева105-1212025-12-30Аннотация ▼Проводится исследование целесообразности и эффективности применения мультимодельных баз данных для хранения и обработки данных в игровой индустрии. Современные игровые проекты характеризуются высокой сложностью и разнородностью данных: от строго структурированной информации об игроках, предметах и квестах до слабоструктурированных и сильносвязанных данных, таких как системы рецептов, диалоговые деревья, отношения между кланами и внутриигровые энциклопедии. Существующие подходы, основанные на реляционных или одномодельных NoSQL-хранилищах, часто не обеспечивают необходимой гибкости, производительности и удобства разработки для таких комплексных сценариев. Целью исследования является проектирование и сравнительный анализ производительности мультимодельного решения в контексте типовых игровых механик. Авторами разработана структура мультимодельного хранилища на базе СУБД ArangoDB, которая интегрирует документную, графовую и ключ-значение модели данных. Архитектура решения охватывает ключевые компоненты RPG-игр: управление игроками и инвентарём, систему квестов, диалогов, рецептов крафта, таблиц добычи, клановых взаимоотношений, а также полнотекстовый поиск по внутриигровой энциклопедии с использованием ArangoSearch. Экспериментальная часть включает подробное сравнение производительности разработанного мультимодельного хранилища с реляционной СУБД PostgreSQL и документной MongoDB на реалистичных наборах данных и запросах. Результаты демонстрируют значительное преимущество мультимодельного подхода при выполнении операций, требующих обхода сложных связей: например, поиск враждебных игроков через граф клановых отношений в ArangoDB выполняется в среднем в 11 раз быстрее, чем аналогичный JOIN-запрос в PostgreSQL.
В то же время, для сценариев с частыми модификациями линейно организованных данных (например, обновление статуса квестов) мультимодельное хранилище показывает несколько более низкую производительность по сравнению с реляционной моделью, что однако является допустимым в контексте общей архитектуры игрового проекта. Исследование подтверждает, что мультимодельные СУБД, в частности ArangoDB, представляют собой перспективное решение для игровой индустрии, позволяя в рамках единой платформы эффективно комбинировать различные модели данных, упрощать разработку и достигать высокой производительности на сложносвязанных данных, что является критически важным для современных многопользовательских игр -
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЗАЩИЩЕННОЙ ОТ ЗАРАЖЕНИЯ ВИРУСАМИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ SIR-МОДЕЛИ
Е. В. Карачанская , О.В. Рыбкина145-1572025-12-30Аннотация ▼Представлен анализ детерминированных моделей распространения эпидемии компьютерных вирусов (SIR-модели) и их классификация. Выделены основные направления исследований данных моделей. Приведен анализ существующих стохастических моделей на основе SIR-модели и их разнообразие. Предлагается метод построения стохастической SIR-модели на основе классической SIR-модели в виде системы стохастических дифференциальных уравнений Ито с винеровским процессом. Особенностью предложенного метода является сохранение инвариантов, один из которых присутствует в классической модели, а второй связан с постановкой задачи информационной безопасности. Показана возможность построения стохастической и детерминированной модели информационной системы, защищенной с вероятностью 1 от заражения компьютерными вирусами: стохастическая, инфицирование которой вирусами происходит непрерывно, и детерминированная, в которой вирус находится в информационной системе. Математическая стохастическая модель информационной системы, защищенной от эпидемии компьютерных вирусов, строится как система стохастических дифференциальных уравнений, первыми интегралами которой являются инварианты, сохраняющиеся с вероятностью 1. В качестве показателя защищенности системы рассматривается некоторое функциональное соотношение между переменными модели, сохраняющие постоянное значение. Внесение в модель компенсатора (программное управлением с вероятностью 1 (PCP1)), позволяет сохранять с вероятностью 1 заданный показатель защищенности, описанный с помощью переменных модели. Аналогичным образом, на основе предложенного алгоритма, строится детерминированная модель информационной системы, защищенной от заражения компьютерными вирусами. В построенную модель вводится управление, подобное программному управлению с вероятностью 1, которое позволит сохранять значение инвариантов. Особенность предлагаемых моделей состоит в том, что в модели сохраняются инварианты, связанные со свойствами, которые обеспечивают защищенность информационной системы. Исследование поведения построенных моделей проводится с использованием численного моделирования в среде MathCad. По результатам исследований сделаны выводы о возможности применения предложенного метода при построении стохастических моделей на основе других моделей распространения эпидемии, а также для моделей защиты информационной системы от распространения эпидемии компьютерных вирусов
-
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОЙ МАРШЕВЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА
В. В. Костенко, Н.А. Найденко, И.Г. Мокеева, А. Ю. Толстоногов2020-07-10Аннотация ▼Целью исследования является оценка достоинств и недостатков существующих ме-тодов управления тягой маршевых движителей (МД) необитаемого подводного аппарата (НПА). В качестве объекта исследования была принята математическая модель МД АНПА "Х-200" разработки ИПМТ ДВО РАН, состоящая из совокупности моделей гребного электродвигателя, гребного винта и блока управления двигателем. В ходе проведенных исследований решались следующие задачи: разработка математической модели бескол-лекторного гребного электродвигателя МД с уточнением параметров по результатам его нагрузочных испытаний; разработка математической модели гребного винта на основа-нии его кривых действия, определенных в соответствии с регрессионной базой модельных испытаний PROPS; разработка математической модели блока управления двигателем (БУД); моделирование реакции движителя на ступенчатое изменение заданной тяги с ре-гулированием электродвижущего момента электропривода по разомкнутому контуру, с обратной связью по частоте вращения гребного винта и с обратной связью по измеренной тяге. В результате проведенного моделирования реакции МД на ступенчатое изменение заданной тяги в швартовном режиме установлено, что варианты управления тягой разли-чаются только временем переходного процесса, а статическая ошибка регулирования практически отсутствует для всех вариантов. При этом было выявлено почти двукратное преимущество в быстродействии регулирования МД по тяге и частоте вращения над регулированием по моменту, обусловленное увеличенным энергопотреблением привода в переходном процессе. Моделирование управления МД при попутном потоке, обусловленной движением подводного аппарата, показало что регулирование по измеренной тяге имеет минимальную статическую ошибку и сопоставимое с регулированием по частоте вращения время переходного процесса.
-
ИММУНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕКСТОНЕЗАВИСИМОЙ ГОЛОСОВОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЛИЧНОСТИ
Ю. А. Брюхомицкий6-132022-05-26Аннотация ▼Предлагается иммунологическая модель клональной селекции с положительным от-
бором, которая основана на принципах массово-параллельной обработки данных, наблю-
даемых в искусственной иммунной системе. Модель предназначена для текстонезависимой
идентификации личности по голосу. В отличие от известных парольных систем иденти-
фикации голоса, предлагаемая модель реализует децентрализованное распознавание голо-
совых данных путем их сопоставления с детекторами, моделирующими иммунокомпе-
тентные клетки иммунной системы. Исходные голосовые признаки формируются в линей-
ном предсказателе речи и представляются кепстральными коэффициентами. Последова-
тельность кепстральных коэффициентов расчленяется далее на равные временные участ-
ки – морфемы, представляющие собой абстрактные языковые единицы, объединяющие
фонемы. Морфемы несут индивидуальную окраску воспроизводимых голосом последова-
тельных временных участков речи, что позволяет продуктивно использовать их в качест-
ве идентификационных признаков голоса. Сопоставление голосовых морфем с детектора-
ми осуществляется по принципу позитивной селекции на основе меры близости Евклида.
Принятие моделью идентификационного решения «свой-чужой» реализуется на основе
статистического подхода по частоте срабатывания детекторов. Предлагаемая модель
реализует идентификацию личности говорящего в темпе поступления его голосовых дан-
ных. При этом идентификация личности инвариантна языку, объему и содержанию речи.
Преимущество модели – полная защищенность от атак воспроизведения. Эффективная
реализация модели, точность и скорость идентификации обусловлены возможностью
организации высокоскоростного анализа больших объемов голосовых данных, что в пер-
спективе согласуется с темпами разработки и применения вычислительных систем высо-
кой производительности. -
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОНОМНОСТИ ДЛЯ МОБИЛЬНОГО ДВУХКОЛЕСНОГО РОБОТА
А. А. Ткаченко , Д.Д. Девяткин2022-04-21Аннотация ▼Управление с прогнозированием (Model Predictive Control) – это усовершенствован-
ный метод управления процессами, который используется при соблюдении набора ограни-
чений. С инженерной точки зрения MPC-метод проектирования систем управления явля-
ется привлекательным, т.к. является сравнительно простым при проектировании, в том
числе для решения сложных производственных задач. Данный метод схож с классическим
синтезом системы управления на основе линейно-квадратичного регулятора (LQR). Ключе-
вое различие между MPC и LQR заключается в том, что управление с прогнозированием
решает задачу оптимизации в пределах скользящего временного горизонта, в то время как
линейно-квадратичный метод используется для решения той же задачи фиксированное
временное окно. В работе рассматривается способ построения системы управления для
двухколесного мобильного робота с использованием Model Predictive Control. Приведен про-
цесс построения математической модели механической системы робота, а также выпол-
нена линеаризация полученной модели. Представлены основные принципы построения сис-
темы управления на основе MPC для линейных систем без внешних возмущений, а также с
использованием наблюдателя для оценки состояний модели при влиянии аддитивных белых
гауссовских шумов. Рассмотрен вариант синтеза системы управления с накладываемыми
ограничениями на входной сигнал. Также представлен способ определения положения двух-
колесного робота в пространстве с помощью системы технического зрения, которая ос-
нована на использовании искусственной нейронной сети. Приведена архитектура модели,
использующаяся совместно со стереокамерой, с помощью которой реализуется построе-
ние карты глубины изображения. В качестве архитектуры нейронной сети используется,зарекомендовавшая себя модель YOLOv3. В работе описываются модели, которые неспо-
собны проводить обработку данных в режиме реального времени. Помимо вышеперечис-
ленного в работе подробно описывается принцип работы модели глубокого обучения –
YOLOv3, которая основана на нескольких блоках обработки входных данных. Представле-
но подробное описание реализации стереокамеры в связке с моделью искусственной ней-
ронной сети с помощью языка программирования Python и библиотек для работы с видео-
данными и стереокамерой. -
ГИБРИДНАЯ МЕТОДИКА ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО ПРИОРИТЕТНОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ
С.А. Ткалич2022-03-02Аннотация ▼Рассматривается задача построения системы принятия решений в рамках автома-
тизированных систем безаварийного управления технологическими процессами на основе
моделей прогнозирования. Представлен анализ моделей и методов прогнозирования аварий-
ных ситуаций. Сформулирована задача разработки методики практической реализации
системы на основе интегрального критерия безаварийного управления, учитывающего
запасы времени на приведение процесса в нормальное состояние (система прогнозирования
аварийных ситуаций) и ресурсную составляющую (система планово-предупредительного
обслуживания). Сделан вывод о целесообразности построения систем принятия решений и
автоматизированных систем управления на основе моделей прогнозирования, как наиболее
перспективного подхода к решению задачи безаварийного управления технологическими
процессами. Принцип построения системы принятия решений основан на использовании
интегрального критерия безаварийного управления. Представлена блок - схема алгоритма
расчёта интегрального критерия безаварийного управления. Предложена гибридная мето-
дика практической реализации подобных систем на основе приоритетного регулирования,
включающего в себя и штатный регулятор. Описана процедура формирования приоритет-
ных регуляторов по данным прогноза. Приведена блок-схема алгоритма приоритетного
регулятора, определяющего критический параметр на основе теории чувствительности.
В случае положительного прогноза на аварию происходит выбор критического параметра
по максимуму коэффициента чувствительности и на штатный регулятор из матрицы
критических значений подается в качестве уставки минимальное или максимальное значе-
ние параметра в зависимости от знака скорости его изменения. Дана структура системы
принятия решения на основе концепции безаварийного управления технологическими про-
цессами. Станция безаварийного управления формирует данные для модуля принятия ре-
шения на основе композиционной модели прогнозирования аварийных ситуаций и инте-
грального критерия безаварийного управления. Приведена блок-схема алгоритма модуля
принятия решения по приоритетному регулированию. -
АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИНТЕЗАТОРАХ ЧАСТОТ С РАЗЛИЧНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ НЕЛИНЕЙНОГО ЗВЕНА В КОНТУРЕ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ
А. М. Пилипенко , А.А. Кольцов2022-01-31Аннотация ▼Рассмотрены синтезаторы частот на основе системы фазовой автоподстройки
частоты (ФАПЧ), в которых используются фазовые детекторы (ФД) с различными нели-
нейными передаточными характеристиками. Целью данной работы является оценка бы-
стродействия синтезаторов частот в зависимости от вида нелинейности ФД и матема-
тическое описание нелинейной характеристики ФД, обеспечивающей максимальное быст-
родействие синтезатора частот. В соответствии с поставленной целью в статье были
решены следующие задачи: разработана обобщенная модель синтезатора частот с
ФАПЧ; описаны математические модели статических характеристик нелинейного звена
системы ФАПЧ при использовании различных видов известных ФД и модифицированногоФД с апериодической характеристикой; выполнен анализ динамики системы ФАПЧ при
изменении статической характеристики нелинейного звена. Модифицированный ФД обес-
печивает релейное управление процессами установления заданной частоты в синтезаторе
при возникновении большого фазового рассогласования. Получены численные оценки быст-
родействия синтезатора частот в зависимости от начального отклонения частоты при
использовании известных ФД и модифицированного ФД. Показано, что применение моди-
фицированного ФД позволяет уменьшить время установления частоты примерно в 1,5
раза по сравнению с наилучшим по быстродействию известным ФД. Определены опти-
мальные значения управляющего сигнала, обеспечивающие максимальное быстродействие
синтезатора частот с модифицированном ФД при заданных отклонениях частоты в ре-
жиме больших возмущений. Результаты данной работы справедливы для синтезаторов
частот на основе ФАПЧ UHF, L, S и С-диапазонов (от 300 МГц до 8 ГГц), использующихся
в беспроводных системах связи четвертого поколения (4G) и пятого поколения (5G). -
РЕАЛИЗАЦИЯ ВЕРОЯТНОСТНОГО ДЕКОДЕРА ГЛУБОКОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ДЛЯ КОДОВ СТАБИЛИЗАТОРА
С. М. Гушанский , В. Н. Пуховский , В.С. Потапов2021-12-24Аннотация ▼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. -
КОМПЕНСАЦИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В АВИАЦИОННЫХ ПЬЕЗОРЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКАХ ДАВЛЕНИЯ
М. Е. Дробынин , Давуд Мохаммед Аль-Таи Омар, Е. В. Филина , П.А. Львов , С.А. Кузин2021-12-24Аннотация ▼В настоящее время пьезорезистивные датчики давления (ПДД) широко применяются
в различных микроэлектронных устройствах, используемых в авиационной технике. Пове-
дение электрического сигнала таких ПДД в основном зависит от температуры окружаю-
щей среды. Известно, что на температурный дрейф выходного сигнала ПДД влияют раз-
личные факторы: температурный эффект, зависимость сопротивления чувствительного
элемента от концентрации примесей, зависимость модуля Юнга мембраны датчика и под-
ложки от температуры и др. Установлено, что разработанная ранее аналитическая ка-
либровочная модель выходного сигнала ПДД, учитывающая отдельные температурные
эффекты, не позволяет измерять давление с требуемой точностью в диапазоне изменения
температур, характерном для авиационной техники, — от минус 60 до 140 С. Поэтому
для описания зависимости выходного сигнала ПДД от измеряемого давления и температу-
ры используются традиционные полиномиальные математические модели. В работе ис-
пользуется традиционный подход, когда зависимость выходного напряжения от давления
представляется с помощью полинома относительно невысокого порядка, а зависимости
коэффициентов этого полинома от температуры также задаются соответствующими
полиномами. К сожалению, температурные зависимости коэффициентов адекватно опи-
сываются только полиномами высокого порядка (не менее 7), что усложняет процедуру
идентификации модели и ведет к ошибкам вычислений. Поэтому авторы предложили ис-
кать зависимости коэффициентов от температуры в виде кубических сплайнов. В работе
подробно описана методика идентификации рассматриваемой полиномиальной модели и
получены выражения для корректировки показаний ПДД при измерениях давления в широ-
ких температурных пределах. С целью экспериментального подтверждения работоспо-
собности предложенного метода была использована интеллектуальная промышленная
автоматизированная система градуировки ПДД, описанная в работе. Показано, как с ее
помощью можно снимать экспериментальные данные для градуировки показаний датчика
в широких температурных пределах, и описана процедура идентификации математиче-
ской модели датчика давления, необходимой для минимизации затрат на его сертифика-
цию. Приведены результаты экспериментальных исследований конкретных ПДД, исполь-
зуемых в авиационной технике. -
РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОФИЛЬНОЙ ПРОХОДИМОСТИ ДВУХЗВЕННОГО ВНУТРИТРУБНОГО РОБОТА
А.И. Комиссаров , К. Е. Бяков , В.Б. Холоденко , О. А. Корниенко2021-12-24Аннотация ▼Способность многозвенного внутритрубного робота преодолевать изогнутые уча-
стки трубопроводов является важным показателем его профильной проходимости. Оцен-
ка данного показателя на этапе проектирования невозможна без проведения математиче-
ского моделирования процесса пространственного движения робота с учетом силового
взаимодействия движителей робота с трубопроводом. Целью данной работы является
создание динамической модели для оценки профильной проходимости двухзвенного внут-
ритрубного робота с колесными движителями. Разработка модели проводилась в про-
граммном комплексе автоматизированного анализа динамики систем тел «Универсальный
механизм» с использованием стандартных элементов описания механических систем и
специально разработанной модели контактного взаимодействия колесных движителей
робота с внутренней поверхностью трубопровода. Модель контактного взаимодействия
колес с трубопроводом была создана в среде MATLAB и скомпилирована в динамически
подключаемую библиотеку. Полученная динамическая модель верифицировалась по качест-
венному поведению робота при движении через изогнутый участок трубопровода и графи-
кам индикаторов профильной проходимости. Рассматривалось два варианта направления
изгиба трубопровода. В качестве индикатора профильной проходимости было предложено
использование минимального расстояния от выступающих электродвигателей актуато-
ров робота до внутренней поверхности трубопровода. Анализ результатов математического моделирования подтвердил адекватность поведения модели и показал, что разрабо-
танная динамическая модель может применяться для оценки профильной проходимости
внутритрубного двухзвенного робота на ранних этапах проектирования до изготовления
его натурного образца -
ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА МОДЕЛИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ДАТЧИКА ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
С. И. Клевцов2021-11-14Аннотация ▼Рассматриваются вопросы выбора вида и параметров модели характеристики пре-
образования интеллектуального датчика физических величин на примере датчика давле-
ния. Характеристика преобразования интеллектуального датчика представляет собой
математическое, алгоритмической и программное обеспечение для вычисления физической
величины на основе электрических сигналов, которые поступают с измерительных каналов
датчика. Модель характеристики преобразования должна быть адаптирована к конфи-
гурации функции преобразования чувствительного элемента датчика и особенностям по-
ведения этой функции при воздействии внешних дестабилизирующих факторов. В работе
рассмотрены различные модели характеристики преобразования, определены особенности
их применения, достоинства и недостатки, достижимые уровни погрешности аппрокси-
мации реальной характеристики, которые влияют на конечную точность измерений ин-
теллектуального датчика. Интеллектуальные датчики используются для задач измерения
физических величин в различных технических системах и требования к точности измере-
ний в реальных задачах различны. Точность измерений в значительной степени определя-
ется степенью аппроксимации реальной характеристики датчика ее математической
моделью. Чем сложнее модель, тем, как правило, сложнее ее реализовать в датчике и тем
выше стоимость измерений. Поэтому важно управлять погрешностью аппроксимации
характеристики преобразования, чтобы эффективно использовать датчик. Для управле-
ния погрешностью аппроксимации характеристики преобразования интеллектуального
датчика давления предложено воспользоваться методом мультисегментной пространст-
венной аппроксимации, а в качестве сегментов использовать модели линейных или нелиней-
ных пространственных элементов. Определены основные математические выражения,
схема управления погрешностью. Представлены результаты моделирования, которые по-
казывают возможность и преимущества использования метода для формирования про-
странственных моделей характеристики преобразования, которые адаптивны к измене-
ниям реальной функции преобразования датчика, учитывают влияние внешних факторов
на результаты измерений. Кроме того, метод позволяет модифицировать текущую мо-
дель пространственной аппроксимации, изменяя типы локальных пространственных эле-
ментов и таким образом, управлять погрешностью измерений -
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ И РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА В РАМКАХ КВАНТОВЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ
С.М. Гушанский , В. С. Потапов , В.И. Божич2021-08-11Аннотация ▼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. -
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УСКОРЕНИЯ
В.В. Янчич2021-07-18Аннотация ▼Исследования выполнены с целью получения данных, необходимых для повышения
точности расчета и оптимизации конструкций пьезоэлектрических датчиков механиче-
ских величин, которые широко используются для контроля, мониторинга и диагностики
сложного оборудовании и инженерных сооружений в различных областях техники. Задача
исследований состоит в изучении особенностей рабочих деформаций в пьезоэлектрическом
электромеханическом преобразователе в области крепления к основанию датчика и оценке
их влияния на основные метрологические характеристики. Объектом исследования являет-
ся электромеханический преобразователь в виде цилиндрического монолитного блока из
пьезоэлектрической керамики с отношением высоты к диаметру от 0,33 до 2, закреплен-
ный на основании датчика, на которое воздействует поступательное ускорение вибраци-
онных колебаний со стороны контролируемого объекта. С использованием программного
пакета ANSYS Multiphysics исследована математическая модель преобразователя с двумя
принципиально разными типами крепления «свободно-скользящего» и «жесткого». При
этом выявлен механизм поперечного механического шунтирования деформации преобразо-
вателя в области границы жесткого креплении. Для количественной оценки влияния усло-
вий крепления на характеристики преобразователя предложены «коэффициент влияния
крепления» и формула для его определения при различных отношениях высоты к диаметру
преобразователя. Для определения влияния крепления преобразователя в реальных конст-
рукциях датчиков разработана методика и проведены экспериментальные исследования с
учетом свойств используемых на практике конструкционных материалов и наиболее час-
то применяемого упругого поджатия элементов. Установлено, что свойства материала
основания и соотношения размеров преобразователя в реальной конструкции датчика мо-
гут вызывать изменения его коэффициента преобразования по напряжению до 15 %, ко-
эффициента преобразования по заряду до 22 %, электрической емкости до 9 % и частоты
продольного резонанса до 16 %. Влияние граничных условий крепления снижается одновре-
менно с возрастанием относительной высоты преобразователя. Экспериментально полу-
чены данные для расчета коэффициента влияния крепления при выполнении основания
датчиков из металлов с модулем упругости от 74 до 300 ГПа и плотностью от 2,7 до 17,5
т/м3. Результаты проведенных исследований могут учитываться при конструировании
пьезоэлектрических датчиков механических величин. -
МОДЕЛЬ РАССЕЯНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ ОТ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
В. А. Деркачев2021-07-18Аннотация ▼Рассматривается модель рассеяния радиолокационных сигналов от беспилотных ле-
тательных аппаратов (БПЛА) мультироторного типа для формирования обучающих дан-
ных нейросетевого классификатора. В последнее время к изучению вопроса обнаружения и
классификации малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) наблюдает-
ся повышенный интерес, который связан с развитием номенклатуры БПЛА в продаже и
производстве. Помимо развития БПЛА увеличение производительности вычислителей по-
зволило создавать классификаторы с использованием новых нейросетевых алгоритмов.
Данная модель осуществляет формирование радиолокационных изображений, получаемых
в результате отражения от беспилотного летательного аппарата радиолокационного
сигнала с линейной частотной модуляцией с учетом конфигурации, характеристик, теку-
щего местоположения и параметров полета наблюдаемого объекта. При расчете отра-
женного сигнала учитывается углы поворота БПЛА (тангажа, крена и рыскания), скоро-
сти полета, размера и местоположения винтов в текущей конфигурации БПЛА. Получен-
ная модель может быть полезна для формирования обучающего набора классификатора
беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа, построенного с использо-
ванием сверточных нейронных сетей. Необходимость использования модели, формирую-
щей данные для нейронной сети, обуславливается требованием к большому числу обучаю-
щих и верифицирующих выборок, а также большим разнообразием конфигураций беспи-
лотных летательных аппаратов, что сильно увеличивает сложность и стоимость созда-
ния обучающего датасета с применением экспериментальных измерений. Помимо собст-
венно обучения нейронной сети, данную модель можно применить для оценки возможно-
сти обнаружения и классификации различных видов мультироторных БПЛА, в разработке
специализированной радиолокационной станции обнаружения данного вида объектов. -
АНАЛИТИЧЕСКОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВИАЦИОННОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ОПТИМАЛЬНЫХ НАБЛЮДАТЕЛЕЙ
А. А. Иноземцев , А.С. Плешивых , И. Н. Грибков , А.Н. Саженков , Н.Г. Ламанова2022-05-26Аннотация ▼Предлагается аналитическое резервирование в системе автоматического управления
турбореактивного двухконтурного двигателя (САУ ТРДД) на основе оптимальных наблю-
дателей. Настоящая статья основана на ранее полученных результатах в предшествую-
щих авторских работах и является обобщением, и анализом этих результатов с целью
разработки методики повышения отказоустойчивости САУ ТРДД. Этот метод основан
на использовании оптимальных наблюдателей: фильтра Калмана и фильтра Язвинского,
согласованных с математической моделью САУ ТРДД. Анализ математической модели
САУ проводился по методу наименьших квадратов в движущемся окне. Точность иденти-
фикации математической модели и требуемое время запаздывания обеспечиваются опти-
мизацией ширины движущегося окна. Оцениваемые при помощи оптимальных наблюдате-
лей вектор выхода САУ ТРДД включает следующие параметры: частота вращения рото-
ра компрессора низкого давления nв, частота вращения ротора компрессора высокого дав-
ления nk, давление воздуха за компрессором высокого давления PK, температура газа за
турбиной низкого давления TT. При моделировании фильтра Калмана предварительно про-
водился корреляционный анализ входных сигналов. Приводится обоснование преимущества
адаптивного фильтра Язвинского по сравнению с фильтром Калмана. Представлены ре-
зультаты математического моделирования алгоритмического метода резервирования
канала измерения САУ ТРДД по данным летных испытаний двухконтурного двигателя
типа ПС-90А в составе магистрального узкофюзеляжного самолета ТУ-214 как на ста-
ционарном, так и переходном режимах. Проведен статистический анализ ошибок оцени-
вания вектора выхода САУ ТРДД на основе фильтра Калмана и Язвинского. Показано, что
предлагаемый алгоритм аналитического резервирования обеспечивает выполнение требо-
ваний по точности и устойчивости оценок вектора выхода САУ ТРДД при использовании
фильтра Язвинского и может быть рекомендован для использования в перспективных САУ
ТРДД. По результатам анализа предлагаемого метода резервирования сформировано на-
правление дальнейших исследований. -
КЛАССИФИКАЦИЯ ЗОНЫ МАНЕВРИРОВАНИЯ РТК НА ОСНОВЕ ТАКТИЛЬНОЙ И ЗРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
В. П. Носков, И.В. Рубцов, К.Ю. Машков , А.В. Вазаев2021-04-04Аннотация ▼Для повышения возможностей и расширения области применения робототехниче-
ских комплексов специального и военного назначения предлагается переходить сначала от
принимаемых в настоящее время на вооружение систем дистанционного управления к полу-
автономным системам, осуществляющим контроль за действиями оператора и выполняю-
щим часть его функций. А затем – к автономным системам управления, способным функ-
ционировать в режиме “молчания”, в экранированных зонах и за пределами дальности
средств радиосвязи. Такая интеллектуализация бортовых систем управления позволит ис-
ключить принципиальные ограничения и недостатки, обусловленные каналом связи, и обеспе-
чивает реализацию группового управления. Показано, что основой повышения автономности
робототехнических комплексов через интеллектуализацию бортовых систем управления, как
при управлении движением, так и при управлении навесным оборудованием, является решение
бортовыми средствами задач формирования модели внешней среды и определения координат
объекта управления. Наличие модели внешней среды и текущих координат объекта управле-
ния позволяет автоматизировать планирование и отработку траектории движения, что и
обеспечивает автономное функционирование робототехнических комплексов. Рассмотрена
сложная проблема классификации зоны маневрирования по критериям геометрической и
опорной проходимости с учетом характеристик движителя, геометрии рельефа и опорных
свойств грунта. Описаны существующие методы и алгоритмы, а также приведены резуль-
таты экспериментальных исследований по решению следующих основных задач данной про-
блемы: – классификации зоны маневрирования по критерию геометрической проходимости
по данным бортовой системы технического зрения на основе 3D-лазерного сенсора; – распо-
знавания типов грунтов по данным комплексированной системы технического зрения, со-
стоящей из взаимно-юстированных 3D-лазерного сенсора, цветной видеокамеры и теплови-
зора, имеющих общую зону обзора; – использования аппарата нейронных сетей для повыше-
ния достоверности распознавания типов грунтов; – определения опорных характеристик
грунта по измерениям реакций движителя в процессе движения. Сформулированы перспек-
тивные направления дальнейших исследований в части комплексирования тактильной и зри-
тельной информации для повышения достоверности классификации участков зоны маневри-
рования по комплексному критерию геометрической и опорной проходимости. -
МНОГОЭТАПНЫЙ МЕТОД АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ИСКАЖЕННЫХ ТЕКСТОВ
Д. В. Вахлаков, В.А. Пересыпкин, С. Ю. Мельников2021-02-25Аннотация ▼Одним из основных факторов, существенно затрудняющих понимание, перевод и
анализ текстов, полученных при автоматическом распознавании речи или оптическом
распознавании изображений текстов, являются содержащиеся в них искажения в виде
ошибочных символов, слов и словосочетаний. Наиболее характерными ошибками систем
распознавания являются: – замена слова на похожее по звучанию или графическому напи-
санию; – замена нескольких слов на одно; – замена одного слова несколькими; – пропуск
слов; – вставка или удаление коротких слов (в т.ч. предлогов и союзов). В результате рас-
познавания получается текст, имеющий искажения и состоящий, в основном, из словарных
слов, в том числе и в местах искажений. При большом количестве искажений тексты
становятся практически нечитаемыми. Автоматическая обработка таких текстов весь-
ма затруднительна, хотя эта задача является актуальной как для русского, так и для дру-
гих распространенных языков. Программные средства коррекции, хорошо работающие при
малых искажениях в тексте, в случае текстов с высоким уровнем искажений, вне зависи-
мости от их происхождения, показывают неудовлетворительные результаты. Это дела-
ет необходимым разработку самостоятельных подходов к коррекции искаженных тек-
стов. Предложен новый многоэтапный метод коррекции искаженных текстов, основан-
ный на последовательном определении ошибок и исправлении искаженных текстов. Иска-
женными считаются несловарные словоформы и словоформы, вероятность появления
которых в тексте в соответствии с выбранной вероятностной моделью меньше заданно-
го порога. После установки признака искаженности для отдельных слов происходит рас-
пространение этого признака на их сочетания, т.е. выделяются искаженные фрагменты
текста. Для них строится список возможных вариантов слов, в который попадают толь-
ко те словоформы из словаря, которые находятся от исследуемого слова на определенном
расстоянии Левенштейна. Скорректированный текст из вариантов слов получается в
результате поиска наиболее вероятной цепочки словоформ. Метод коррекции состоит из
нескольких этапов, на каждом этапе корректируются лишь те фрагменты текста, кото-
рые остались искаженными после предыдущего этапа коррекции. Метод позволяет за-
метно повысить качество (точность) коррекции. В проведенных экспериментах качество
коррекции в терминах F1-меры для средне искаженных текстов повысилось на 9 %, а для
сильно искаженных текстов – на 7.7 %. -
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ
О. С. Волуева2021-02-13Аннотация ▼Одной из главных задач при получении непрерывно-литой стальной заготовки явля-
ется обеспечение внутренней однородности слитка, которая во многом определяется про-
цессами начальной кристаллизации. Несовершенство управления процессом разливки на
начальном участке «стальковш-промковш-кристаллизатор», а именно уровнем металла в
кристаллизаторе, приводит к возникновению не только внутренней неоднородности, но и
дефектов поверхности, а также искажению формы заготовки. Так, падение уровня ниже
заданного значения ведет к окислению внутренней поверхности образовавшейся корочки
слитка и его структурной неоднородности. При повышении уровня металла происходит
перелив за твердую корку, что приводит к увеличению глубины следов качания и захвату
неметаллических и шлаковых включений. Поэтому важнейшим технологическим элемен-
том машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) является кристаллизатор. Научная и
техническая сложность задачи управления уровнем обусловлена отсутствием технических
средств, способных осуществлять измерение уровня металла в реальных технологических
условиях с требуемой точностью, а также изменения параметров объекта в процессе
эксплуатации и в нестационарных режимах работы. Одним из направлений повышения
эффективности управления стабилизацией уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ яв-
ляется модернизация существующих систем управления за счет внедрения новых алгорит-
мов управления. Для этого необходимо выделить факторы, влияющие на стабильность
уровня металла, с целью их оценки и компенсации. В работе предложено использовать
принцип комбинированного управления на основе компенсации основных возмущений и об-
ратной связи по регулируемой координате. Выполнен синтез статических компенсаторов
с постоянным и переменным коэффициентом компенсации в соответствии с принципом
инвариантности, что позволило значительно уменьшить отклонение управляемой величи-
ны в нестационарных режимах работы. -
РАЗРАБОТКА МИКРОКОМАНД И ОСНОВНЫХ БЛОКОВ АППАРАТНОГО УСКОРИТЕЛЯ КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
С. М. Гушанский, В. С. Потапов , Ю.М. Бородянский2021-02-13Аннотация ▼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. -
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЙ ПАРАМЕТРА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ДИНАМИКИ ФОРМЫ СОВОКУПНОСТИ ЕГО ЗНАЧЕНИЙ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
С. И. Клевцов2020-10-11Аннотация ▼Одной из важных задач мониторинга технических объектов является предотвраще-
ние аварийных ситуаций. Эта задача связана с выполнением достоверной и адекватной
оценки работоспособности объекта. Оценка работоспособности объекта основывается
на анализе поведения его контролируемых параметров в реальном времени. Тогда она бу-
дет актуальной. В работе предложен метод определения характера изменения парамет-
ра, основанный на анализе последовательности специальных пространственных графиче-
ских форм, называемых графиками Пуанкаре. Выбранный параметр должен в значитель-
ной степени определять работоспособность контролируемого объекта. Графики форми-
руются на основе временного ряда контролируемого параметра. Выбирается временноеокно, которое вырезает заданное количество значений параметра. График строится для
каждого шага перемещения окна по временному ряду параметра. Анализируется транс-
формация формы заданного типа, которая накладывается на совокупность значений па-
раметра, представленных в виде графика. По изменению параметров формы делается
вывод о характере изменений параметра. В работе показана возможность использования
графиков Пуанкаре для отслеживания изменения состояния технического объекта в ре-
альном времени. При этом учитываются особенности съема информации с датчиков.
Оценка реализуется с помощью микропроцессорного модуля, входящего в систему монито-
ринга. Также предложена структура обобщенной однофакторной модели, которая от-
слеживает изменение состояния объекта на основе анализа графиков Пуанкаре. Приведен
вариант оценки состояния объекта с помощью сравнения характеристик графика с кри-
териями. Критерии получены после предварительной обработки большого массива данных
о поведении контролируемого параметра. Каждому значению критерия поставлена в со-
ответствие экспертная оценка, определяющая состояние объекта. Оценка позволяет оп-
ределить степень работоспособности объекта и реализовать необходимые действия в
случае опасности. -
РАЗРАБОТКА КОРРЕКТИРУЮЩИХ КОДОВ ДЛЯ ИСПРАВЛЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ КВАНТОВЫХ ОШИБОК
С.М. Гушанский , В. С. Потапов, В. И. Божич2020-10-11Аннотация ▼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. -
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАЛОГАБАРИТНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ УСТРОЙСТВ ОХЛАЖДЕНИЯ
Е.С. Алексюнин2020-10-11Аннотация ▼Развитие современных систем подачи воздуха для охлаждения технических систем требует новых подходов, в которых приборостроение использует пьезокерамические тех-нологии. При этом необходимо провести исследования как на уровне подбора новых пер-спективных пьезоматериалов, что и было сделано в работе, так и новых типов компонов-ки устройства с точки зрения конструкции. Традиционно используемые системы охлажде-ния имеют вращающиеся части, создают дополнительный акустический шум. Этих не-достатков лишены устройства подачи воздуха, использующие пьезокерамические компо-ненты. Статья содержит материалы о разработке современных устройств охлаждения, основанных на использовании пьезокерамических пластин. Проведён анализ процессов, про-исходящих в воздушной среде в соответствии с современными представлениями о теории вещества. Приведены различные варианты проектирования такого рода устройств. Рас-смотрен процесс проектирования от математического моделирования до воплощения в макетах. Моделированию были подвергнуты как сами пьезокерамические устройства, так и процессы распределения потоков в воздушной среде. В процессе моделирования исследо-ваны наиболее простые в изготовлении и надёжные в эксплуатации конструкции. Все рас-смотренные варианты относятся к пьезоэлектрическому биморфному типу, и являются пьезоэлектрическими актюаторами, преобразующими электрические сигналы в механиче-ские усилия. Приводятся различные схемы компоновки таких колебательных систем, де-монстрируются варианты их математического моделирования, конечно-элементные мо-дели воздушной среды, амплитудно-частотные и фазово-частотные характеристики мо-делируемых макетов. Проводится сравнительный анализ изделий, их электрофизических характеристик, исходя из перспектив дальнейшего применения. Для исследований применя-лись различные пьезокерамические материалы, как традиционные, так и новые перспек-тивные материалы. Ряд изделий представлен в размерах с детальным описанием, приведе-ны их сравнительные характеристики. В заключении сделаны выводы о перспективных вариантах дальнейшего проектирования таких устройств и направлениях исследования.
