Аннотации номера

ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ

АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕГУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ Стжелецки Р. ., Демидова Г. Л., Лукичев Д. В., Поляков Н. А., Абдуллин А. А., Ловлин С. Ю.
1
Рассмотрены алгоритмы управления электромеханическими системами с использованием теории нечеткой логики, приводятся основные положения их синтеза, рассматриваются методы анализа их устойчивости на основе нечетких функций Ляпунова. Эти алгоритмы чаще всего реализуются в виде различных регуляторов, применение которых целесообразно в системах, математическая модель которых не известна, не детерминирована или является строго нелинейной, как вследствие нелинейных возмущающих воздействий внутри структуры, так и вследствие воздействия внешних сил. Описаны основные методы формирования логического решения, используемые при проектировании различных типов регуляторов с нечеткой логикой, предложенные Заде, Мамдани, Такаги, Сугено и Менделем, приводится типовая структурная схема таких регуляторов в общем виде. Особенности применения данных регуляторов при управлении различными техническими объектами позволяют провести их классификацию по различным признакам: топологиям структур, методам формирования лингвистических правил, методам дефаззификации, типам функций принадлежности. Представлены методы настройки таких регуляторов с применением генетических алгоритмов и нейронных сетей, описаны наиболее используемые критерии оптимальности. Показано, что экспертный подход на основе нечеткой логики применим как при управлении различными координатами информационных подсистем робототехнических комплексов, так и при управлении силовыми ключами их энергетических подсистем. При обзоре публикаций упор делался на источники, содержащие сравнение с традиционными подходами к управлению, а также на источники, в которых теоретические исследования подтверждаются экспериментами с использованием различных электромеханических объектов. Статья

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

15
Предмет исследования. Исследовано влияние длины внешнего резонатора с волоконной брэгговской решеткой на спектр лазера с вертикально излучающим резонатором и центральной длиной волны излучения 1554 нм. Коэффициент отражения волоконной решетки Брэгга – 95 %, ширина спектра на полувысоте – 0,095 нм. Метод. С помощью интеррогатора снимались данные центральной длины волны излучения по времени, что позволило провести исследование путем оценки среднеквадратичного отклонения и дрейфа центральной длины волны излучения лазер с вертикальным резонатором как для случая с внешним резонатором на волоконной брэгговской решетке, так и без него. Длина внешнего резонатора в исследовании изменялась (с 1040 до 30 мм) путем уменьшения отрезка волокна от торца до решетки. Основные результаты. В результате исследования получена зависимость спектральных характеристик лазера от длины внешнего резонатора, также показана возможность уменьшения вариации центральной длины волны излучения более чем на порядок. Так, среднеквадратичное отклонение по уровню 3σ составило 0,17 пм с использованием внешнего резонатора длиной 1040 мм, в отличие от 8 пм без внешнего резонатора. Также показана возможность снижения амплитуды дрейфа центральной волны излучения в четыре раза, от 2 до 0,5 пм, при использовании внешнего резонатора. Практическая значимость. Проведенное исследование может оказаться полезным при создании волоконно-оптических распределенных датчиков физических величин доступной стоимости, в конструкции которых необходимо использовать высококогерентный источник излучения.
21
Предмет исследования. Исследовано влияние температуры на величину h-параметра в двулучепреломляющих оптических волокнах для различных образцов: с эллиптической напрягающей оболочкой с двойным акрилатным покрытием (диаметр 250 мкм), а также волокна Bow-Tie с двойным акрилатным покрытием (диаметр 170 мкм). Метод. Применяется метод широкополосной интерферометрии. Использован поляризационный сканирующий интерферометр Майкельсона с широкополосным источником с центральной длиной волны 1575 нм и полушириной спектра 45 нм. Температура изменялась с помощью термостата до +70 °С и с помощью «сухого» льда до –70 °С. Основные результаты. Выявлено, что в области отрицательных температур величина h-параметра увеличивается с ~10–7 1/м при +22 °С до ~10–3–10–4 1/м при –70 °С, в то время как в области положительных температур изменение h-параметра незначительно для всех образцов волокон. Практическая значимость. Сканирующий интерферометр Майкельсона может найти широкое применение для определения качества двулучепреломляющего оптического волокна в процессе производства: отсутствия локальных дефектов, значения h-параметра волокна и длины биения. Понимание влияния температуры на величину h-параметра в двулучепреломляющих волокнах, используемых при создании волоконно-оптических датчиков, позволит расширить эксплуатационные характеристики разрабатываемого устройства, а также повысить его точностные параметры.
27
Разработана методика, позволяющая изучать изменение пространственной структуры белковых молекул в их низкоконцентрированных водных растворах. Состояние молекул при этом приближено к состоянию, в котором они находятся в живых организмах, активно участвуя, в качестве ферментов, в регуляции метаболизма последних. Изучены синхронные спектры фотофлуоресценции водных растворов молочного белка казеина, регистрируемые в видимой и ближней ультрафиолетовой областях при различных сдвигах длин волн эмиссии относительно длины волны возбуждения (Dwl). Зафиксированы значимые различия как в интенсивности, так и в положении пиков светорассеяния и собственной молекулярной фотофлуоресценции водных растворов казеина не только при разной концентрации в них белковой составляющей, но и разном времени нахождения казеина в растворенном состоянии. Это, по-видимому, обусловлено различиями пространственной структуры белковых молекул в исследуемых растворах (определяемыми, в свою очередь, разной степенью водородного и ван-дер-ваальсова взаимодействия данных высокомолекулярных соединений с окружающими их молекулами воды). Продемонстрировано, что фотолюминесцентные методики предоставляют исследователю достаточно простой, надежный и информативный способ изучения как термодинамических, так и кинетических аспектов взаимодействия белковых молекул, находящихся в состоянии, близком к нативному, с окружающими их молекулами других веществ (включая воду). Для этого могут быть использованы синхронные спектры собственной молекулярной фотофлуоресценции водных белковых растворов, регистрируемые при Dwl = 10 нм в области длин волн возбуждения от 230 до 600 нм. Аналогичные спектры, регистрируемые при Dwl = 0 и 90 нм, могут быть рекомендованы для более точного количественного определения содержания белков в водных растворах.
33
Предмет исследовния.Исследованы условия образования фрактальных кластеров (дендритов) на поверхности высокотемпературных материалов при воздействии импульсного лазерного излучения. Метод. Для анализа размеров зоны оплавления и выявления поверхностных фрактальных кристаллов методами оптической и электронной микроскопии выполнены комплексные исследования морфологии поверхности металлов после воздействия лазерных импульсов микросекундной длительности. По экспериментальным данным рассчитана возможная толщина слоя расплава при конкретных параметрах лазерного излучения. Определен диапазон расчетных значений толщины слоя расплава, при которых происходит устойчивый рост фрактальных кристаллов на поверхности нержавеющей стали. Прктическая значимость. Использованы следующие параметры воздействующих импульсов лазера: энергия 10–15 Дж, длительность импульса 6–12 мкс, диаметр пятна 0,4–2 мм. Определены комбинации параметров образования и устойчивого роста фрактальных кластеров в виде дендритов. Достоверность полученных оценок проверена на нержавеющей стали другой марки с существенно отличными характеристиками. Основные результаты. Результаты исследования позволяют определить параметры импульсного лазерного излучения воздействия для получения поверхностной морфологии с заданными свойствами.
39
Предмет исследования. В зимний фенологический период наибольшая часть потока солнечного излучения отражается от земной поверхности. Причиной является наличие на земной поверхности снежного покрова, обладающего высоким коэффициентом отражения потока излучения. В этих условиях, например, невозможно использовать режим съемки Земли из космоса с длительным временем накопления заряда фотоприемным устройством оптико-электронного комплекса космического аппарата. Низкое качество получаемых снимков существенно затрудняет их интерпретацию.  Метод. Предложенный метод обеспечивает получение снимков земной поверхности, пригодных для интерпретации, с учетом особенностей космической съемки в зимний фенологический период. Актуальность данного метода подтверждается результатами оценивания контраста космических снимков. В основу метода положена идея совместной обработки серии космических снимков, полученных с разным временем накопления заряда фотоприемным устройством оптико-электронного комплекса космического аппарата. Результатом обработки является снимок с расширенным динамическим диапазоном яркости, обладающий высоким контрастом в области темных и светлых полутонов. Такой снимок лучше отображает границы и детали объектов местности, что существенного облегчает его интерпретацию. Основные результаты. Проведен анализ влияния баллистических условий космической съемки на результаты применения метода повышения качества космических снимков, полученных в зимний фенологический период. Сделан вывод о том, что результаты совместной обработки серии космических снимков с разной экспозицией могут быть некорректны. Причиной этого являются геометрические искажения, возникающие вследствие непрерывного взаимного перемещения наблюдаемого участка местности и космического аппарата. Предложен вариант технического усовершенствования фотоприемного устройства. Практическая значимость. Метод обработки данных дистанционного зондирования Земли позволяет получать пригодные для интерпретации снимки объектов, расположенных на земной поверхности в любой фенологический период. Результаты могут быть использованы для топогеодезического обеспечения и картографирования территорий.
47
Предмет исследования. Рассмотрена задача формирования импульсных помеховых оптических сигналов в широком спектральном диапазоне для противодействия визуально-оптическим и оптико-электронным средствам наблюдения и визирования, работающим в разных участках оптического спектра. Метод. Для создания высокоинтенсивного источника оптического излучения применена малогабаритная короткодуговая ксеноновая лампа высокого давления в металлокерамическом корпусе со встроенным отражателем. Для получения значений плотности энергии выше заданных критериальных уровней на дистанциях подавления в излучателе применено мультиплицирование ламп. Основные результаты. Создан излучатель визуально-оптических помех в спектральном диапазоне 0,35–2,5 мкм с частотой низкочастотной модуляции 5–15 Гц и высокочастотной модуляцией 5 кГц низкочастотных импульсов при глубине модуляции 60 %. Достигнуты максимальная интенсивность светового потока 95∙105 кд и энергетическая освещенность 120 Вт/м2 на удалении 10 метров. Ширина луча изменяется от 6 до 15°. Излучатель может эксплуатироваться при температуре от –40 до +50 °C и влажности воздуха до 98 %. Практическая значимость. Применение короткодуговых ксеноновых ламп в металлокерамическом корпусе с интегрированным внутренним фиксированным отражателем позволяет создавать малогабаритные формирователи импульсных оптических сигналов высокой мощности. Лампы взрывобезопасны, не подвержены расстекловыванию и разгерметизации. Излучатели на их основе не требуют юстировки в процессе эксплуатации, надежны и долговечны. Для размещения на носителях с различным энергоресурсом излучатель может создаваться в конфигурациях с различной мощностью ламп и их количеством.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

52
Рассмотрена задача идентификации линейно меняющейся частоты синусоидального сигнала, имеющего неизвестные амплитуду и фазу, возникающая, например, при управлении телескопом. Традиционно методы синтеза алгоритмов идентификации линейно меняющейся частоты синусоидального сигнала используют неограниченные функции времени, что вызывает технические проблемы, поскольку в этом случае наличие шумов при измерении может существенно исказить настраиваемый параметр. Предложен подход к идентификации линейно меняющейся частоты, предусматривающий итеративную фильтрацию (с использованием линейных устойчивых звеньев первого порядка) измеряемого синусоидального сигнала, которая позволяет получить простую линейную регрессионную модель с одним неизвестным постоянным параметром. Приведены результаты компьютерного моделирования, иллюстрирующие работоспособность представленного алгоритма идентификации. Компьютерное моделирование выполнено как при наличии шумов в измерениях, так и в их отсутствие. Путем компьютерного моделирования проведен сравнительный анализ предлагаемого подхода с полученными ранее методами, и показано, что представленное решение обеспечивает существенное повышение точности идентификации неизвестной частоты при наличии шумов.
ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КАК УСЛОВНАЯ ВАРИАЦИОННАЯ ЗАДАЧА С ПОДВИЖНОЙ ПРАВОЙ ГРАНИЦЕЙ Ведяков А. А., Милованович Е. В., Тертычный-Даури В. Ю., Тимофеева Г. В.
59
Предмет исследования. Рассмотрена задача оптимального управления динамической системой, относящаяся к классу условных вариационных задач с подвижными границами. Выполнено вариационное исследование управляемой упругой механической системы с регулируемой жесткостью пружины. Методы. Задача решена с использованием схем и процедур классического вариационного исчисления, которые включают вывод вариации вспомогательного функционала качества и соответствующих уравнений Эйлера. При решении общей условной вариационной задачи изучена полученная замкнутая система дифференциальных уравнений для конструирования оптимальной системы управления исходным динамическим объектом с заданным функционалом качества. Основные результаты. Обобщаются результаты безусловной постановки задачи на случай дополнительных дифференциальных (неголономных) связей. В вариационной задаче оптимального управления условие трансверсальности сформулировано в терминах условия локального программирования. В модельном примере с упругим осциллятором построен алгоритм оптимального управления и найдено конечное время переходного процесса. Практическая значимость. Предложенная вариационная схема оптимального синтеза может быть использована при расчете и проектировании управляемых динамических систем. Эта оптимизационная схема перспективна также для применения в управляемых динамических системах, у которых время функционирования заранее не фиксировано.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

ОСОБЕННОСТИ ФОТОРАЗЛОЖЕНИЯ ДИАЗОКРАСИТЕЛЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ, СОДЕРЖАЩИХ СОЛИ ЦИНКА, АЛЮМИНИЯ И ЭРБИЯ Евстропьев К. С., Масленников С. Ю., Дукельский К. В., Колобкова Е. В., Никоноров Н. В., Болтенков И. С., Евстропьев С. К.
67
Предмет исследования. Исследованы водные растворы, содержащие органический диазокраситель Chicago Sky Blue 6B, нитраты цинка и алюминия и соли эрбия. Проанализировано влияние типа и концентрации солей этих металлов на спектральные свойства растворов и кинетические закономерности процессов разложения диазокрасителя под действием ультрафиолетового излучения ртутной лампы высокого давления ДРТ-240. Метод. Методика проведенных исследований состояла в последовательном измерении спектров поглощения растворов на спектрофотометре Perkin-Elmer Labda 650 в ультрафиолетовой и видимой части спектра после облучения ультрафиолетовым светом различной продолжительности и анализе наблюдаемых спектральных изменений. Основные результаты. Исследования показали, что в присутствии солей металлов в растворах спектр поглощения красителя изменяется, и на характерной широкой и интенсивной полосе поглощения красителя в видимой части спектра (λ=540–680 нм) появляется дополнительный максимум, что позволяет предположить протекание процессов структурирования молекул красителя. При введении в раствор солей металлов существенно изменяется и механизм его разложения под действием ультрафиолетового излучения. В присутствии солей металлов наряду с уменьшением интенсивности полосы поглощения красителя в видимой части спектра наблюдается ее существенный сдвиг в коротковолновую область. Исследования кинетики разложения красителя при ультрафиолетовом облучении показали, что в присутствии в растворах нитратов металлов резко увеличивается скорость фоторазложения красителя. Особенно сильное влияние на процессы фоторазложения красителя в водном растворе оказывает введение в раствор нитрата цинка. Практическая значимость. Полученные экспериментальные результаты могут быть использованы при разработке фотохимических процессов очистки воды от органических загрязнений.
74
Предложена комплексная инструментальная оптико-электрохимическая микробиотестовая система, которая может быть использована для оценки токсичности различной продукции и отходов ее производства, а также степени экологической безопасности различных помещений, водоемов, территорий и источников загрязнения окружающей среды. В качестве примера анализа, проводимого с помощью описанной системы, приведена методика, в ходе осуществления которой емкости с Chlorella vulgaris инкубировались в течение 12 часов в присутствии разных концентраций пяти типичных нефтепродуктов в водном растворе, содержащем сахарозу с различными минеральными добавками. При этом в каждой из упомянутых емкостей в течение всего времени их инкубации с интервалом 60 минут измерялись эффективность упругого светорассеяния в области длин волн 820–915 нм (Iod), оптическая плотность в области длин волн 435±5 нм (Avd) и значение редокс-потенциала (Е). После чего рассчитывались значения ΔIod/Δτ, ΔAvd/Δτ, ΔE/Δτ в каждый момент времени τi, а также частные и общая степени активирования либо ингибирования (+/–) жизнедеятельности C.vulgaris заданной концентрацией каждого из тестируемых нефтепродуктов. В результате было показано, что изменение Iod в большей мере характеризовало интенсивность роста и размножения C.vulgaris; тогда как изменение E в большей мере характеризовало активность метаболизма тестовых микроорганизмов. При концентрациях тестируемых нефтепродуктов 2∙10–3 об.% и более, они в тем большей степени оказывали угнетающее действие на C.vulgaris, чем в большей концентрации эти продукты присутствовали в среде, а также чем больше они содержали ароматических составляющих и химически активных групп. В то же время при концентрации нефтепродуктов 2∙10–5 об.% и менее жизнедеятельность C.vulgaris активировали даже весьма химически активные ароматические углеводороды. Причем степень такого активирования оказывалась тем меньшей, чем более неоднородная смесь различных углеводородов присутствовала в тестируемой пробе. Таким образом мы убедились, что представленная микробиотестовая система предоставляет исследователю чувствительный, экспрессный, доступный и информативный способ оценки про- и антимикробной активности различной продукции и отходов, а также экологической безопасности различных помещений, территорий и т.п.
82
Предмет исследования. Предложен метод выявления дефектов в изделиях из высокотеплопроводного материала и определения теплопроводности изделия путем бесконтактной невозмущающей тепловизионной макросъемки. Метод. Согласно предложенному методу производится локальный нагрев и последующее охлаждение изделия, измеряются температурные поля его поверхностей. Метод выявления дефектов основан на анализе температурных полей. Основные результаты. Разработана экспериментальная установка, состоящая из измерительной ячейки исследуемого образца, на одном крае которого устанавливается охладитель, на противоположном крае монтируется электрический нагреватель. Исследуемые образцы представляли собой пластины размером 120×602× мм из карбида кремния с алмазным заполнением. Проведена тепловизионная съемка образцов. Диапазон нагрева образцов: от 10 до 90 °С. Исследуемые образцы находились в двустороннем лучисто-конвективном теплообмене с окружающей средой. Получены термограммы с результатами тепловизионной съемки, выполнено сравнение распределения температуры на образце. В образце с дефектом в виде трещины наблюдалось ступенчатое изменение температуры в области трещины, в образца без дефекта – равномерный градиент температуры. Практическая значимость. Предложенный метод тепловизионной съемки является неразрушающим и позволяет бесконтактно контролировать качество изделий радиоэлектронной техники, а также их теплофизические свойства. По градиенту температур и измеренным значениям теплового потока определяется теплопроводность исследуемого образца. Метод предназначен для исследования высокотеплопроводных (с теплопроводностью выше 200 Вт/(м·К)) керамических материалов. При проведении тепловизионной съемки необходимо обеспечить высокий коэффициент излучения наблюдаемой поверхности исследуемого образца, например, нанеся краску с коэффициентом излучения не менее 0,95 или покрыв поверхность сажей.
87
Предмет исследования. Исследовано влияние температуры на пороговые значения плотности энергии записи флуоресцентных меток излучением видимого диапазона длин волн при нелинейном фотопреобразовании производных молекул хромонов, а также на величину порогов и характер наблюдаемых разрушений светочувствительного материала. Методика эксперимента. В качестве образцов для исследования использовались пленки из полиметилметакрилата толщиной около 20 мкм с внедренными в них светочувствительными производными молекул хромонов. Запись люминесцентных меток в образцах полимерных пленок производилась с помощью твердотельного микрочип-лазера, работавшего в режиме пассивной модуляции добротности, с генератором второй гармоники. Длительность импульса генерации составляла 1 нс, длина волны – 532 нм. Управление температурой образца в диапазоне от 0 до 100 °С осуществлялось с помощью элемента Пельтье. Изображение записанных меток считывалось и анализировалось с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа. Основные результаты. Показано, что охлаждение исследуемой светочувствительной пленки с 25 °С до 0 в процессе записи приводило к снижению порогов разрушения материала полимерной матрицы. При нагреве образца с 25 °С до 100 наблюдалось снижение порога записи люминесцентной метки при фиксированной энергии и длительности записывающего импульса. Практическая значимость. На основании измеренных зависимостей сформулированы требования к системе термостабилизации в устройстве, предназначенном для нелинейной оптической записи архивной информации.
ДИССИПАТИВНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОВЯЗКИХ СРЕД Тишин В. Б., Федоров А. В., Новоселов А. Г., Федоров А. А., Мамедов Э. Р.
95
Исследование реологических свойств высоковязких сред представляет и практический, и научный интерес, поскольку их необходимо учитывать при расчете энергетических затрат на производство, оборудования, а также при изучении структуры сред и законов течения. Как правило, исследования реологических свойств высоковязких сред, проявляющих неньютоновские свойства, проводятся на ротационных или капиллярных вискозиметрах. Однако использовать полученные таким образом данные в технических расчетах оборудования довольно сложно. Причина кроется в различии гидродинамических условий, от которых зависит вязкость неньютоновских жидкостей. Предложен метод исследования реологических свойств высоковязких жидкостей, основанный на превращении механической энергии сил трения при перемешивании в тепловую. Обоснована необходимость использования предлагаемого метода в реологических исследованиях высоковязких сред. Представлено теоретическое объяснение физической сути метода, выполнен вывод уравнения для расчета вязкости. Проведена экспериментальная проверка предложенного метода на примере определения вязкости водного раствора глицерина 95 %-ной концентрации, полученные данные сопоставлены с известными результатами из литературы. Расхождение опытных и расчетных значений критерия мощности составило не более 14 %.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

102
Изучена информационная безопасность мультиагентных робототехнических систем. Для исследования выбрана децентрализованная коллективная стратегия группового управления благодаря возможности обеспечения надежного и согласованного взаимодействия агентов посредством общего канала связи. Для корректного и эффективного функционирования группы необходима безопасная передача информации по коммуникационным каналам. Рассмотрены механизмы обеспечения «жесткой» и «мягкой» безопасности в робототехнических системах. Особое внимание уделено сохранению прагматической целостности информации, разработан метод, основанный на теории кредита. Метод подразумевает регламентирование объема передаваемых агентами данных посредством установления фиксированного количества условных единиц информации в единицу времени (рассрочки). В случае удержания агентом данных впоследствии для него снижается объем выплат, принятых к учету, тем самым растет его задолженность. По окончании периода рассрочки вычисляется уровень доверия и репутации агента. При внедрении в группу нового агента рассчитывается кредит, при котором новый агент будет получать информацию от остальных членов группы не в полном объеме, а за вычетом заданной процентной ставки. При этом он должен передавать данные в соответствии с установленными условиями рассрочки. По окончании срока кредита определяется, станет новый агент полноценным членом группы или будет заблокирован. Для оценки эффективности предложенного метода смоделировано взаимодействие группы из десяти агентов. В группу внедрялось два новых агента, один из них являлся диверсантом. Пороговым значением задолженности для принятия агента в группу являлась половина от установленного размера кредита. Реализован ряд независимых опытов, в результате которых диверсант был заблокирован в 90,8 % случаев.
109
Рассмотрены вопросы безопасности в интернете вещей, а именно организация безопасного разграничения доступа при использовании протокола MQTT. Проанализированы методы и механизмы безопасности, реализованные или поддерживаемые MQTT. Так, протокол реализует аутентификацию по логину и паролю, а также поддерживает криптографические преобразования над передаваемой информацией по протоколу TLS. Для аутентификации могут быть использованы сторонние сервисы по протоколу OAuth. Авторизация происходит путем настройки ACL-файлов или через сторонние сервисы и базы данных. Предложена модель управления дискреционным разграничением доступа устройств для межмашинного взаимодействия по протоколу MQTT, которая основана на модели Харрисона–Руззо–Ульмана. Модель предусматривает шесть операторов: добавление и удаление субъекта, добавление и удаление объекта, добавление и удаление прав доступа. Модель разграничения прав доступа имеет вид матрицы доступа и содержит три вида прав: чтение, запись и владение. Модель реализована таким образом, чтобы быть совместимой с протоколом широко распространенной версии v3.1.1. Изменение прав доступа происходит с помощью доступных в протоколе MQTT видов сообщений. Рассмотрен алгоритм такого построения служебного блока данных, чтобы этот блок можно было легко распознать в теле сообщения. Используя предлагаемую модель, можно минимизировать участие администратора за счет того, что устройства сами будут определять права доступа к информационным ресурсам без участия человека. Приведены рекомендации по политике безопасности при организации информационного обмена в соответствии с протоколом MQTT.
118
Выполнено исследование в области сохранения культурного наследия с применением современных информационных технологий, в частности, семантического подхода и сенсорных сетей. Предмет исследования – комплексная автоматизация управления параметрами микроклимата музея на основе онтологии. Проведен анализ существующих систем, выявлены их достоинства и недостатки. Рассмотрены уязвимости безопасности систем такого класса, предложен подход к систематизации угроз. Показано, что платформы обеспечения безопасности широко используемых информационных систем и баз данных не гарантируют в полной мере безопасности баз знаний ввиду многих факторов и особенностей, связанных с логическим выводом знаний. Применение общемодельного подхода на базе сенсорных сетей к защите знаний позволит дифференцировать факты и выводимые знания, обеспечив безопасность системы в целом. Предложены онтология предметной области для формализации музейных сущностей и онтология безопасности для формализации существующей структуры безопасности музейного учреждения и обеспечения ограничения логического вывода на графе знаний, зависящего от уровня доступа. Введены сущности, связанные с сетевыми устройствами и интернетом вещей, а также новый уровень доступа Transit Traversal, позволяющий пройти по графу через промежуточные узлы с ограничением доступа к последним. Разработка системы на базе предложенных онтологий с применением данных Госкаталога позволит модернизировать процессы климат-контроля и организации экспозиций, а также обеспечить их безопасность как внутри музея, так и при интеграции с внешними структурами.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

126
Рассмотрены алгоритмы анализа компьютерных моделей электрических цепей с перспективными нелинейными элементами. Выполнено экспериментальное сравнение четырех методов построения двухпараметрических бифуркационных диаграмм – метода на основе гистограммы максимальных значений временной области, метода на основе оценки ядерной плотности, метода скользящего среднего и алгоритма построения рекуррентных диаграмм, основанного на методе кластеризации. Для экспериментальной части работы выбрана модель простой мемристивной цепи с многовитковым аттрактором, обладающей хаотическим поведением. Представлены алгоритмы анализа хаотических систем, основанные на комплексировании подходов бифуркационного и рекуррентного анализа с методами математической статистики. Приведены способ построения двухпараметрических бифуркационных диаграмм высокого разрешения, основанный на методе скользящего среднего, и способ построения рекуррентных диаграмм, основанный на методе кластеризации. Исследована вычислительная эффективность численных методов интегрирования, используемых при синтезе дискретных моделей моделируемой цепи. С помощью графика эффективности выбран оптимальный решатель обыкновенных дифференциальных уравнений – экстраполяционный алгоритм восьмого порядка алгебраической точности на основе симметричного полуявного опорного метода. Экспериментально показано, что метод скользящего среднего обеспечивает наиболее точное построение двухпараметрических бифуркационных диаграмм. Практическая значимость результатов работы обусловлена потребностью в высокоточных инструментах моделирования схем с перспективными нелинейными элементами. Область применения полученных результатов не ограничена моделированием электронных схем. Так, предложенные методы могут быть использованы для решения задачи поиска скрытых аттракторов в хаотических динамических системах.  
134
Проанализированы некоторые свойства алфавитов, построенных на базе сигнальных широкополосных символов. Объект исследования: алфавиты сигнальных широкополосных символов и отдельные сигнальные широкополосные символы. Предмет исследования: методы синтеза и анализа широкополосных радиосигналов. Сформулирован метод синтеза ортогональных алфавитов на базе сигнальных широкополосных символов. Выполнен анализ некоторых статистических характеристик широкополосных символов и сообщений. Показано, что характер распределения амплитудных значений, взаимно ортогональных сигналов и сообщений на их основе имеет вид распределения Гаусса. Определен параметр, влияющий на корреляционные свойства алфавитов сигнальных широкополосных символов. Исследования показали, что характеристики корреляционной функции зависят от относительной полосы частот, занимаемой сигнальными широкополосными символами. Произведено сравнение с теоретической моделью вероятности ошибки в канале с аддитивным белым гауссовым шумом при использовании сигнальных широкополосных символов. Результаты моделирования совпадают с теоретическими и не превосходят теоретической границы вероятности ошибки. Оценена скорость передачи информации с помощью алфавитов, построенных на базе ортогональных сигнальных широкополосных символов. Оценка скорости показывает значительный потенциал информационного уплотнения, особенно при увеличении относительной полосы частот, занимаемой сигнальными широкополосными символами.
144
Представлены экспериментальные результаты идентификации инерционных параметров и диссипации энергии для тел в жидкости с использованием симметричных движений. Объектом исследования является энергетический метод, дополненный учетом в математической модели движения коэффициентов при разгонном и тормозном этапах движений, а также учетом влияния твердой стенки. Предметом исследования является возможность обеспечения точной симметрии движений тел в различных средах и настройка регуляторов с выбором начальных значений. При помощи управляемого электродвигателя телам задавались движения по углу рыскания в малом опытовом бассейне и в воздухе. С целью снижения ошибки слежения выбраны участки измерений с наибольшей симметрией, это позволяет отделить в расчетных формулах инерционные параметры от диссипативных. Для обеспечения симметрии движений предложены процедура итеративной настройки робастного регулятора по углу поворота, а также модификации алгоритма адаптации для адаптивного регулятора. С целью улучшения качества переходных процессов для робастных регуляторов предложено выбирать начальные значения исходя из предварительного приближенного теоретического расчета. Приведены сравнительные результаты использования предложенного метода, метода наименьших квадратов и теоретических формул. Эксперименты проведены для корпуса судна и эллипсоида с учетом подобия по числу Фруда и Струхаля при двух осадках. Результаты эксперимента в воздухе отличаются от результатов по методу наименьших квадратов не более чем на 5,1 %, а в жидкости при ошибке слежения не более 0,01% – максимум на 25 %. Расчет по известным формулам показал различные результаты. Практическая значимость разрабатываемого метода связана с возможностью получить точные значения интересующих параметров при медленных движениях с использованием малого числа интервалов программных движений (с сокращением времени проведения эксперимента).
155
Предмет исследования. Рассмотрена задача оптимизации управления наземными беспилотными транспортными средствами в сложных дорожных условиях. Показано, что при централизованном способе управления транспортными средствами на участках дорог с сужением проезжей части возможно минимизировать время преодоления опасного участка, соблюдая требования безопасности для участников дорожного движения. Метод управления движением беспилотных транспортных средств основан на модели динамического программирования. Метод. Метод обладает потенциально высокой скоростью по сравнению с простым перебором вариантов проезда опасного участка. Такой результат достигается за счет приведения задачи управления к классу экстремальных задач, решение которых основывается на рекуррентном соотношении Беллмана. В рамках предлагаемого метода участок дороги с находящимися на ней автомобилями рассматривается как система с дискретным временем, которая обладает конечным множеством состояний. После нахождения оптимального решения центральное устройство передает команды управления на транспортные средства об изменении скорости и направления движения таким образом, чтобы выполнялись заданные критерии и ограничения. Основные результаты. Работоспособность метода проиллюстрирована на примере управления транспортными средствами на двухполосной дороге, одна из полос которой перекрыта для движения. Доказано, что существует решение, позволяющее за минимальное время всем автомобилям покинуть опасный участок с обеспечением мер безопасности. Практическая значимость. Разработанный метод применим для управления беспилотными транспортными средствами, имеющими радиосвязь с центральным процессором, входящим в состав дорожной инфраструктуры в условиях изолированной среды, когда в составе транспортных средств отсутствуют автономные транспортные средства.
166
Резонансные состояния (квазисобственные функции) играют большую роль в задаче рассеяния и при описании транспортных процессов. Для квантовых графов, имеющих как конечные, так и бесконечные ребра, рассматривается полнота системы резонансных состояний на конечном подграфе. На ребрах графов действует оператор Шредингера. Учитывается связь задачи рассеяния с функциональной моделью Секефальви–Надя. В частности, матрица рассеяния является характеристической функцией функциональной модели, а вопрос о полноте системы резонансных состояний сводится к выяснению типа факторизации характеристической функции на произведение Бляшке и сингулярную внутреннюю функцию. Это позволяет использовать для доказательства полноты (неполноты) имеющийся в функциональной модели эффективный признак отсутствия сингулярного сомножителя при разложении на множители характеристической функции. Доказана неполнота системы резонансных состояний для графа типа «кольцо», соединенного с волноводом в одной точке (исходный граф). Исследуется зависимость полноты системы резонансных состояний от изменения геометрии исходного графа.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРЕВА ФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБЪЕКТОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ Васильев Ю. А., Семенов Д. С., Яцеев В. А., Ахмад Е. С., Петряйкин А. В., Марусина М. Я., Васильева Ю. Н.
173
Предмет исследования. Магнитно-резонансная томография – один из востребованных методов медицинской визуализации, основанный на явлении ядерного магнитного резонанса. Несмотря на отсутствие ионизирующего излучения, существуют некоторые факторы риска для пациента, один из которых вызван наличием в организме пациента металлоконструкций. Исследован тепловой процесс, возникающий при проведении магнитно-резонансного исследования пациентам, имеющим в организме ферромагнитные объекты. Методика эксперимента. Исследование нагрева поверхности металлических объектов проводилось с использованием оптоволоконных датчиков. Разработан фантом, на котором были закреплены исследуемые объекты из разных материалов: сталь, феррит, латунь, неодимовый магнит. Для получения максимально возможного нагрева были выбраны соответствующие условия сканирования с максимально возможным удельным коэффициентом поглощения. Основные результаты. Представлены результаты измерения нагрева материалов. Показано, что температура всех объектов увеличилась в диапазоне от 2,5 до 4,0 °С за общее время сканирования 90 минут, тогда как температура за пределами данных объектов не изменилась. При этом ни для одного из объектов не наблюдался нагрев, превышающий ограничение в 1 °С за 6 минут. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть применены при разработке и идентификации математических моделей теплопереноса в рамках комплексного обеспечения безопасности пациента в кабинете магнитно-резонансной томографии. Кроме того, они открывают перспективу расширения показаний к проведению магнитно-резонансного исследования у пациентов с металлическими инородными телами, которые нуждаются в данном виде диагностики (без учета других рисков – механического смещения, ухудшения визуализации).

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

180
Предмет исследования. Рассмотрены особенности реализации двухканального алгоритма минимума дисперсии шума (MVDR) для выделения речи из когерентного шума с использованием двухэлементных микрофонных решеток. Методы. Исследование выполнено с использованием аналитических моделей и записей, сделанных в безэховой камере. Основные результаты. Алгоритм MVDR может быть представлен как комбинация дифференциального алгоритма с адаптивной настройкой нуля в направлении источника когерентной помехи и эквалайзера, выравнивающего пространственно-частотный отклик в направлении целевого источника. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть применены при проектировании систем с большим числом микрофонов.
184
Исследован современный рынок труда в области IT-технологий в России, проанализированы требуемые компетенции для соискателей. Показаны проблемы, связанные с обучением студентов проектированию встроенных и киберфизических систем, а также особенности традиционных подходов к обучению программистов. Предложен подход к повышению качества обучения программистов информационных систем за счет использования низкоуровневого программирования. Представлен разработанный модульный учебный лабораторный стенд SDK-1.1M.
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика