SCI Библиотека

Объектом исследования является новый методологический подход к гранулированию информации, а также к построению и применению гранулярных моделей вычислений как к новому математическому и методологическому инструментарию повышения точности идентификации и оценки уровня вредоносной активности в инфраструктуре Умного города. Предложенный подход основан на практическом приложении элементов теории нечетких множеств в сочетании с элементами информационного гранулирования к задачам оценки признаков вредоносной активности. Произведен подробный анализ отличительных черт этого подхода, определяющих целесообразность и условия его применения для идентификации и оценки уровня вредоносной активности в инфраструктуре Умного города. Изучены и описаны теоретические аспекты применения гранулирования информации и гранулярных моделей вычислений в задачах оценки вредоносной активности, сочетающей различные признаки для различных категорий потенциальных угроз инфраструктуре и субъектам Умного города: категорий «кибератака», «вредоносная вирусная угроза» или «утечка (потеря) данных». Проведен анализ особенностей предложенного подхода, позволяющего учитывать мнения экспертов и устранять нечеткость, связанную с зашумленностью, неупорядоченностью и неформализованностью данных наблюдения, собираемых и предварительно обрабатываемых в интересах оценки угроз и последствий негативного проявления вредоносной активности. Выработана и детально изложена последовательность вычислений и аналитические выражения для расчета оценочных значений признаков наличия вредоносной активности для различных категорий потенциальных угроз инфраструктуре и субъектам Умного города. Подход предполагает практическую возможность оценки признаков вредоносной активности с использованием информационных гранул, образованных на основе учета минимального численного расстояния между значениями функций принадлежности, характеризующими нечетко заданные данные о наличии либо отсутствии наблюдаемых признаков (атрибутов) вредоносной активности, а также гранулярного суммирования и определения функции следа гранулярной суммы. При этом предложенный подход позволяет получать оценки признаков вредоносной активности, адекватные задачам мониторинга политики безопасности Умного города и в конечном итоге обеспечивает повышение достоверности проактивного контроля угроз и анализа возможных последствий негативного проявления подозрительной активности.

Проектирование роботизированных и беспилотных транспортных средств включает этап виртуального ввода в эксплуатацию, обеспечивающего анализ работы объектов с помощью цифровых двойников. Проведение большого числа экспериментов на моделях обусловливает использование методов оценки полученных результатов для выбора лучшего проектного решения. Предложена методика многофакторного анализа эффективности работы комплекса автономных транспортных средств (АТС) агропромышленного назначения. Многофакторный анализ выполняется на этапе виртуального ввода в эксплуатацию с целью раннего планирования мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту. Использован метод анализа среды функционирования для сравнительной оценки различных сценариев эксплуатации. Метод базируется на решении комплекса оптимизационных задач линейного программирования. Предложено формальное описание сценариев виртуальных испытаний. Методика многофакторного анализа реализуется в процессе виртуальных испытаний с использованием системных моделей оптимального назначения и имитационного моделирования АТС. Разработана процедура виртуальных испытаний АТС, включающая поэтапное моделирование и многофакторный анализ. Определены множества входных и выходных ключевых параметров АТС и анализируемых сценариев. Предложено выполнять последовательно две задачи оценки эффективности. Первая задача заключается в сравнительной оценке эффективности отдельных АТС и определении границы их эффективности. Решение второй задачи позволяет оценить эффективность сценариев эксплуатации системы АТС. Получены целевые значения изменения ключевых параметров АТС и сценариев эксплуатации, приводящие к повышению эффективности эксплуатации и технического обслуживания. Проведение многофакторного анализа результатов виртуальных испытаний позволяет сформулировать требования и рекомендации при проектировании систем технического обслуживания АТС.

Решается одна из проблем теории управления объектами с высокой степенью неопределенности поведения: предложена разработка теоретических основ анализа, методов моделирования и совершенствования биокибернетических систем, их алгоритмического и программного обеспечения, необходимого для повышения эффективности процесса управления. Для решения указанной задачи предлагается использовать математический аппарат теории информации, на базе которого рассчитываются информационные характеристики канала передачи управляющего сигнала от источника к объекту управления через внешнюю среду с учетом шумов экосистемы объекта управления. Проанализированы существующие системы, применяющие мономодальные управляющие сигналы, не несущие смысловой нагрузки, а также описаны недостатки и ограниченность возможностей совершенствования рассматриваемых систем управления. На примере одной из систем управления поведением насекомых с трихромным видом зрения выполнено сравнение полученных результатов при использовании различных технических средств, применяемых в качестве источников управляющего сигнала. С целью повышения эффективности систем управления при использовании многомодальной структуры управляющего сигнала предложены различные алгоритмы построения управляющих систем с использованием многомодальной структуры управляющего сигнала, а именно: последовательная и параллельная схемы, комбинированная, совмещающая последовательные и параллельные алгоритмы задействования источников управляющего сигнала. В качестве метода дальнейшего повышения эффективности систем управления биологическими объектами с высокой степенью неопределенности предложено использовать биологические сигналы, содержащие большую смысловую нагрузку для объекта управления, которая определяет его поведенческую реакцию. Сформулированы направления дальнейших исследований с целью максимизации количества информации, передаваемой объекту управления.

Актуальность моделирования вынужденных колебаний микрокапельных агрегатов, входящих в состав магнитных жидкостей, связана с проблемой прогнозирования параметров рабочих тел новых устройств и с созданием новых магниточувствительных сред с управляемыми свойствами. Научный интерес обусловлен уникальной чувствительностью к магнитному полю микрокапельных агрегатов, что связано как с их высокой (для жидких сред) магнитной проницаемостью, так и низким межфазным натяжением на границе раздела агрегата с окружающей его жидкостью, что позволяет получать вынужденные колебания большой амплитуды, характер которых определяется параметрами агрегатов, напряженностью и частотой внешнего поля. Особенности вынужденных колебаний микрокапельных агрегатов при большой амплитуде мало изучены, в частности, представляет интерес разработка универсального метода моделирования, пригодного для проведения вычислительных экспериментов в широком диапазоне изменения межфазного натяжения и исследование возможности подавления колебаний с ростом частоты, проведенное в данной работе. В основу моделирования вынужденных колебаний положен энергетический подход и предположение о том, что форму удлиненного вдоль поля агрегата можно представить эллипсоидом вращения, а его намагниченность - линейной зависимостью от напряженности внешнего магнитного поля. Это позволило провести вычислительный эксперимент при изменении межфазного натяжения на порядок в диапазоне от 2∙10-6 Н/м до 2∙10-5 Н/м и получить удовлетворительное согласование с результатами натурных экспериментов. В результате вычислительного эксперимента установлено, что повышение межфазного натяжения приводит к уменьшению амплитуды колебаний и сокращению удлинения, т. е. подавляет колебания. Практическую ценность представляет прогнозирование деформации агрегатов под действием магнитного поля для разработки новых материалов с управляемыми свойствами.

Математическое моделирование системы «расходомерная трубка - жидкость» представляет актуальное направление в инженерной и научной практике, поскольку позволяет оптимизировать конструкцию расходомерных трубок, оценить влияние различных факторов, таких как давление, температура, вязкость и состав жидкости на работу системы без необходимости проведения сложных и дорогостоящих натурных экспериментов. В связи с этим, данная статья направлена на разработку алгоритмов для реализации математической модели системы «расходомерная трубка - жидкость» кориолисова расходомера. В работе синтезирован алгоритм разработки численной модели в пакете мультифизического моделирования COMSOL Multiphysics, позволивший повысить достоверность моделирования, снизить трудоемкость создания и отладки за счет использования модульного принципа. Разработан вычислительный алгоритм и выполнено математическое описание расчета средней временной задержки сигналов датчиков кориолисова расходомера. Алгоритм использует метод линейной интерполяции на основе известных точек массивов данных, полученных в результате вычислительного эксперимента. Предложен алгоритм работы программы на языке Python с использованием Comsol API, автоматизирующий обработку массивов данных и расчет средних временной и фазовой задержек. Алгоритмы реализованы с использованием языка UML в программном продукте Enterprise Architect. Материалы статьи представляют практическую ценность для специалистов в области численного моделирования и оптимизации параметров кориолисова расходомера.

Одной из важнейших задач, с которыми сталкиваются разработчики пневматических систем автоматизации, является сокращение времени анализа и проектирования на научно-исследовательском этапе. Использование специализированного программного обеспечения позволяет значительно улучшить работу пневматических систем автоматизации. Моделирование пневматических роботов-манипуляторов позволяет определить уязвимые места, провести оптимизацию процессов управления, провести виртуальные испытания различных сценариев работы, что поможет улучшить планирование и управление, при этом достичь значительного повышения производительности и надежности работы системы. В статье представлена информационно-измерительная система для пневматического привода звеньев робота (манипулятора) специализированного промышленного назначения модели МП-11 в виде имитационной модели, которая реализована методом имитационного моделирования пневматических систем на базе пакета FluidSIM-P (FluidSIM Pneumatic) фирмы «Festo». Результатом работы информационно-измерительной системы являются графики переходных процессов перемещения штоков пневматических цилиндров, которые адекватно описывают реальный рабочий режим пневмопривода манипулятора МП-11. Материалы статьи представляют практическую ценность для специалистов, занимающихся проектированием и анализом систем автоматизации. Кроме того, результаты статьи могут быть полезны для студентов и исследователей, изучающих область автоматизации и системного проектирования. Любой, кто интересуется применением технологий автоматизации в различных сферах, найдет в статье ценную информацию для своей работы и исследований.

Рассматриваются актуальные вопросы, связанные с проблемой расчетов и прогнозирования при выработке солнечной электроэнергии как возобновляемого источника энергии. Для обнаружения проблем выявлены исходные данные для моделирования и их источники. Источники исходных данных для моделирования систематизированы, и для каждого приведен пример. Анализ состояния мирового энергетического рынка и положение государственной политики в области энергетики в России показал, что необходимо уделять внимание вопросам солнечной энергии и решать проблемы прогнозирования выработки электроэнергии. Это связано не только с доступностью ресурсов, но и экологичностью. Рассмотрена классификация существующих моделей и методов прогнозирования выработки энергии солнечной электростанции (СЭС). Существующие методики позволяют производить расчеты по прогнозированию мощности выработки электроэнергии, но приводят средние показатели за год. Требуются новые технологические и инновационные методы для решения существующей проблемы. Представлены ключевые факторы и аспекты внедрения и эксплуатации солнечной электростанции. Главной сложностью в прогнозировании является учет множества нелинейных характеристик. Предложена попытка решить данную проблему. Сделан обзор состояния проблемы и тенденций развития солнечной энергетики, среди которых определены основные проблемы и намечены пути решения.

Системы виртуального окружения активно применяются во многих областях деятельности человека. В частности, широкое распространение получили виртуальные (компьютерные) тренажеры для моделирования и управления сложными механическими системами. Некоторые из таких систем оснащены гидроприводами в качестве исполнительных устройств. В данной работе рассматривается задача моделирования динамики гидроприводов в системах виртуального окружения в масштабе реального времени. Предлагаемое решение этой задачи базируется на подходе, когда осуществляется совместное моделирование динамики гидропривода и системы шарнирно связанных тел. Для этого задействован метод последовательных импульсов, в рамках которого получены ограничения относительно координат и скоростей поршня и двух связанных тел. Идея такого подхода состоит в том, что сначала путем интегрирования уравнений гидравлики с помощью полунеявной схемы Эйлера вычисляется скорость движения поршня без учета нагрузки, а затем эта скорость корректируется с помощью импульса, который обеспечивает ограничения скоростей поршня и двух связанных тел. Предлагаемый подход является итерационным и позволяет реализовать динамику систем шарнирно связанных тел с гидроприводом в масштабе реального времени. Основной результат заключается в том, что разработанный подход является универсальным и позволяет обрабатывать все ограничения в системе тел единым образом. В отличие от других аналогичных методов он не требует громоздких матричных вычислений и решения систем линейных уравнений большой размерности. Апробация в созданном программном комплексе VirSim показала адекватность и эффективность предложенных решений. Практическая значимость работы заключается в том, что предложенные методы и подходы для моделирования динамики гидроприводов могут быть использованы при реализации тренажеров, предназначенных для обучения операторов навыкам управления роботами, машинами различного типа, механизмами, техникой и т.д.

Представлена методика синтеза проекций полётной палубы авианосца на заданные картинные плоскости с использованием линейных матричных операторов, реализующих афинное преобразование. Показана их связь с кватернионами. Геометрическая модель палубы описана в виде замкнутой ломаной линии, а проекции зависят от параметров конечного участка траектории средства воздушного нападения.

Рассмотрены система мониторинга нагрузки и аварийного предупреждения, разрабатываемая АО «РАА «Спецтехника», и её зарубежный аналог. Представлена математическая модель комплекса автоматического контроля системы мониторинга нагрузки на поверхность, созданная для облегчения процесса определения первоначальной настройки системы. Описаны два способа формирования математической модели, один из которых использует язык программирования MATLAB, а другой - блоки Simulink.