Научный архив: статьи

Произведено численное моделирование переходных режимов работы трёхфазного повышающего выпрямителя с коррекцией коэффициента мощности для генератора летательного аппарата. Посредством расчётной модели в программе LTSpice показано влияние сглаживающих конденсаторов нагрузки на функционирование устройства в переходных режимах работы.

В статье изложены результаты работ в области создания натурного стенда для исследований в области определения структуры и параметров системы управления беспилотными летательными аппаратами коптерного типа с силовой установкой, имеющей в своем составе электродвигатели с винтами фиксированного шага. Представлены особенности конструктивной реализации стенда с учетом перспектив его развития в части количества степеней свободы (каналов тангажа, крена и рыскания). Описан реализованный принцип интеграции Simulink – модели объекта управления, контроллера на базе платформы Arduino, гироскопа-акселерометра для организации обратных связей в интересах формирования алгоритмов автоматического и позиционного (ручного) управления углом тангажа, ручного управления оборотами электродвигателя. Представлен анализ результатов натурного моделирования в части качества переходных процессов и затрат электроэнергии для различных вариантов настройки PID-регулятора, обеспечивающего формирование сигнала оборотов электродвигателя. Сделан вывод о целесообразности создания и использования экспериментальной базы для обоснования применения адаптивных алгоритмов управления беспилотными летательными аппаратами коптерного типа с элементами искусственного интеллекта в интересах обеспечения требуемых пилотажных характеристик в широком диапазоне свойств объектов управления.

Целью системы управления производственной безопасностью является выявление факторов опасностей и разработка совокупности методов для предупреждения травматизма на авиапредприятии, профессиональной заболеваемости, материальных затрат в случае ущерба имуществу и окружающей среде. В ходе анализа структуры профессиональной патологии в зависимости от воздействующих факторов производственной среды и трудового процесса за период 2013–2022 годов показано, что процент заболеваний, связанных с воздействием производственных физических факторов, за данный период остается на прежнем уровне. Данный факт в свою очередь подтверждает актуальность области выбранного исследования. Анализ и выявление складывающейся производственной обстановки необходим для проведения оценки влияния неблагоприятных производственных факторов. В данном исследовании реализован новый подход к построению модели для системы управления производственной безопасностью. Математическое моделирование позволяет более глубоко понять природу некоторых явлений и выявить ту информацию, которая отражает реальную ситуацию и является фактором, стимулирующим развитие новых научных проблем и способов их решения, а также основой для принятия конкретных решений при реализации определенных проектов. Успешное осуществление стратегий в целях создания системы производственной безопасности для гибкой структуры мониторинга и управления неотъемлемо зависит от того, насколько эффективна ее функциональная структура, данное положение объясняется фундаментальностью задач, которые решаются на этапе управления. В статье рассмотрены теоретические положения, касающиеся математического моделирования. При создании модели был использован аппарат абстрактной алгебры – теория множеств. Разработанный в ходе исследования подход дает возможность ввести модель системы управления производственной безопасностью в деятельность авиапредприятий.

В данной статье проводится моделирование работы мембранного датчика определения химического состава растворов в переходном режиме. Исследование направлено на анализ процессов, происходящих в мембранном датчике во время измерения концентрации ионов металлов в водном растворе, что имеет важное значение для мониторинга химических реакций и процессов. Результаты моделирования представляют собой важный вклад в понимание динамики работы мембранных датчиков и могут быть применены для разработки более эффективных и точных методов определения химического состава растворов в различных условиях. В статье предложена электронная модель работы мембранного датчика в переходном режиме для обоснования адекватности быстродействующего метода определения состава раствора.

В статье представлена графовая модель функционирования сети с адаптивной топологией, где узлы сети представляют собой вершины графа, а обмен данными между узлами представлен в виде ребер. Динамический характер сетевого взаимодействия осложняет решение задачи мониторинга и контроля функционирования сети с адаптивной топологией, которую необходимо выполнять для обеспечения гарантированно корректного сетевого взаимодействия. Значимость решения такой задачи обосновывается созданием современных информационных и киберфизических систем, в основе которых лежат сети с адаптивной топологией. Динамический характер связей между узлами, с одной стороны, позволяет обеспечивать саморегуляцию сети, с другой стороны, существенно осложняет контроль за работой сети в связи с невозможностью выделения единого шаблона сетевого взаимодействия. На базе разработанной модели функционирования сети с адаптивной топологией предложен графовый алгоритм предсказания связей, распространенный на случай с одноранговыми сетями. В основу алгоритма положены значимые параметры узлов сети, харатеризующие как их физические характеристики (уровень сигнала, заряд батареи), так и их характеристики как объектов сетевого взаимодействия (характеристики центральности вершин графа). Корректность и адекватность разработанного алгоритма подтверждена экспериментальными результатами по моделированию одноранговой сети с адаптивной топологией и ее саморегуляции при удалении различных узлов.

Рассматривается система из трех связанных в кольцо генераторов с несимметричной нелинейностью и специальной нелинейной связью. Исследуемая система моделирует электрическую цепь, в которой каждый из трех идентичных генераторов представляет собой колебательный контур с нелинейным элементом. Вольт-амперная характеристика этого элемента имеет S-образный характер. Нелинейная связь между генераторами организована так, что имеет близкий к единичному коэффициент передачи в прямом направлении и близкий к нулевому в обратном. Асимптотическими методами сначала изучается задача о решениях, ветвящихся от состояний равновесия, а затем численными методами исследуется исходная система. Изучена зависимость динамики системы от степени несимметричности кубической нелинейности, описывающей характеристику нелинейного элемента.

Рассматривается метод косвенной оценки линейной плотности лубяных волокон по их тонине, основанный на анализе цифрового изображения волокнистой пробы с применением алгоритма «карты расстояний» (distance transform). Идентифицируются погрешности, возникающие при практическом применении данного метода. Источниками погрешностей являются перекрещивание отдельных волокон в пробе и особенности формы топологического скелета в зонах окончаний волокон. На базе проведенного анализа создано программное обеспечение, позволяющее выполнять моделирование влияния этих факторов на общую погрешность измерения тонины волокон. Моделирование производится методом построения схематического изображения волокон с заранее известными параметрами с последующим его анализом с применением алгоритма «карты расстояний». Влияние рассматриваемых факторов на распределение измеренных значений тонины хорошо согласуется с теоретическими выкладками. По результатам исследования предложено направление дальнейшего совершенствования модельного эксперимента с целью учета особенностей размещения волокон в пробе.

Современные технологические требования и развивающаяся городская инфраструктура ставят задачу разработки методов распознавания и классификации пожароопасных ситуаций. Быстрое и эффективное распознавание начальных признаков возгорания становится жизненно важным аспектом обеспечения безопасности людей, а также материальных ценностей. В связи с этим разрабатываются, реализуются, тестируются и внедряются системы, способные автоматически распознавать и классифицировать пожароопасные ситуации. Классификации пожароопасных ситуаций позволяет определить степень опасности обнаруженных отклонений, что способствуют к принятию более эффективных решений по предотвращению последствий пожаров и их признаков таких как, однократное кратковременное повышение температуры и уровня задымленности которое может указывать на выход из строя электрических компонентов, расположенных возле датчиков. Алгоритм классификации пожароопасных ситуаций разработан для комплекса взаимосвязанных датчиков, который в свою очередь, за счет своей структуры, позволяет обнаруживать даже малейший признака пожара. В рамках данного исследования приводится алгоритм классификации пожароопасных ситуаций на основе нейросетевых технологий. Приведено описание существующих классов пожароопасных ситуаций, а также критерии, по которым размечались данные по указанным классам. Проведено моделирование алгоритма на обучающей и тестовой выборках с приведением используемых параметров точности, формулой их расчетов, результатами классификации пожароопасных ситуаций. Проведено исследование влияния шага отсчета в выборке базы данных на параметры точности и время обучения нейронной сети. Разработанный алгоритм реализован на языке программирования Python в IDE PyCharm. Датасет для обучения и тестирования получены из реальных источников, содержащих информацию об обнаруженных пожароопасных ситуациях в метрополитенах, в которых установлен комплекс взаимосвязанных датчиков. Результаты моделирования алгоритма показали, что предложенный алгоритм обладает высокой точностью для предиктивной классификации пожароопасных ситуаций на реальных объектах.

Целью исследования является разработка способа взаимодействия судна с подводным грузом для его приема и транспортировки. В статье представлены результаты создания комплекса подъема подводного груза на судно-носитель. Облик комплекса формировался на основе оценки возможных технических решений, проведения теоретических расчетов и моделирования. Выполнен анализ предыдущего опыта создания аналогов. Для стыковки с подводным грузом с судна-носителя опускается на четырех точках подвеса специальный приемный модуль, причем выбор сделан в пользу схемы тросового подвеса. Разработаны четыре механизма, составляющие основу комплекса - механизм подъема, механизм компенсации, механизм демпфирования и механизм фиксации. Основу механизма подъема составляют лебедки с электроприводом, использующие электрические асинхронные двигатели с векторным управлением. Канат механизма подъема заведен через полиспаст к грузу. Для компенсации возмущений, вызванных качкой судна-носителя, в разрыв канатной линии включена гидропневматическая система, которая парирует возникающие динамические нагрузки путем перемещения штоков гидроцилиндров. Механизм демпфирования поглощает энергию соударения платформы спускаемого модуля с корпусом судна-носителя в режиме причаливания. Механизм фиксации обеспечивает надежное крепление спускаемого модуля с подводным грузом или без него в походном положении с корпусом судна носителя. Модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором получена из обобщённой схемы, путем замыкания обмоток ротора накоротко. Предусмотрен частотный способ управления, за базовый вектор принят вектор потокосцепления ротора. В модели тросового подвеса учтена его деформация при движении в процессе эксплуатации. Модель механизма компенсации создана на основании адиабатического процесса в макроскопической системе, при котором система не обменивается теплотой с окружающим пространством. В ходе расчетов и моделирования параметры узлов и механизмов подобраны таким образом, что обеспечиваются технически реализуемые условия функционирования комплекса. При этом ограничены нагрузки на тросовую систему и исключены ее провисания, ход каретки компенсатора минимизирован. В результате был получен квазиравномерный подъем подводного груза с незначительными колебаниями скорости при качке судна-носителя.

В современном городском рельефе существует большое количество препятствий в виде зданий, проводов, деревьев, являющихся причинами переотражения сигнала, что в свою очередь приводит к сложностям при детектировании исходного сигнала. Многолучевое распространение происходит из-за отражения, рассеяния и дифракции электромагнитных волн при попадании на природные и техногенные препятствия. В результате в приемную антенну приходит множество волн с различными задержками, затуханиями и фазами. Для борьбы с этим негативным эффектом возможно применение систем с технологией MIMO. В настоящее время технология MIMO (Multiple Input Multiple Output) используется практически во всех современных беспроводных технологиях. Данная технология позволяет использовать несколько приемо-передающих антенн для увеличения пропускной способности каналов связи и уменьшения ошибок, возникающих при передаче данных. В работе рассматриваются приемник с декорреляцией (ZF-приемник) и приемник, минимизирующего среднеквадратическую ошибку оценивания (Minimum Mean Square Error (MMSE). Также дается алгоритм работы модели системы передачи MIMO с применением ZF- и MMSE-приемников. В заключительной части статьи приводятся результаты моделирования BER при различном количестве приемо-передающих антенн.

Предложено техническое решение отрезного резца с управлением передним углом режущего клина, реализованным поворотом конструктивно выделенного в нем сектора вокруг режущей кромки. Результаты моделирования условий равновесия сил, действующих на поворотный сектор резца на операциях отрезки, подтвердили возможность его технической реализации. Приведены рекомендации по выбору его параметров и определены условия наиболее эффективного использования.

В работе на основе численного моделирования исследуются тепловые процессы в системе «погружной двигатель - скважинный флюид» при работе электроцентробежной насосной установки в периодическом кратковременном режиме. Для улучшения условий теплоотвода от погружного двигателя используется специальное потокоотклоняющее устройство, позволяющее перенаправить поток жидкости из затрубного пространства скважины к погружному двигателю с целью его дополнительного охлаждения. Показано, что применение предлагаемого устройства предлагает значительно снизить величину разогрева погружного двигателя и повысить надежность его работы.