Аннотации номера

ФОТОНИКА И ОПТОИНФОРМАТИКА

189
Предмет исследования. Исследовано усиление флуоресценции полупроводниковых нанокристаллов и органических красителей с помощью плазмонных резонансов. В продолжение работ, посвященных флуоресценции при нерезонансном взаимодействии молекул и металлических наночастиц, выполнено экспериментальное исследование усиления флуоресценции при нерезонансном взаимодействии металлических наночастиц и квантовых точек. Метод. Образцы металлических наночастиц, имеющих плазмонные резонансы в видимой области спектра, изготовлены методом осаждения паров серебра в высоковакуумной камере. Эквивалентная толщина слоя 5 нм, латеральный размер островков 30–50 нм. Полупроводниковые нанокристаллы CdSe/ZnS с максимумом люминесценции на длине волны 630 нм и нанокристаллы CdSe/ZnS с градиентным составом оболочки ZnS и максимумом люминесценции на длине волны 520 нм создавались методом «горячей инжекции». Растворы квантовых точек наносились на островковые пленки методом spin-coating. Поглощение образцов измерено на спектрофотометре СФ-56. Флуоресценция определялась с помощью спектрофлуориметра RF-5301PC. Исследована кинетика затухания люминесценции образцов. Основные результаты. Показано усиление люминесценции при резонансном взаимодействии квантовых точек и тушение люминесценции при нерезонансном взаимодействии, в обоих случаях наблюдалось сокращение времени жизни люминесценции, характерное для эффекта Парселла. Практическая значимость. Металлические наночастицы в качестве резонатора позволят увеличить квантовый выход флуоресценции различных квантовых излучателей
196
Исследован процесс распространения электромагнитной волны в волноводе полного внутреннего отражения с квантовой ямой, помещенной в его центр. Использован метод матриц переноса, позволяющий описать распространение света в слоистых структурах и рассчитать спектр отражения, связав его с собственными модами системы. Предсказано взаимодействие экситонов квантовой ямы и электромагнитной волны в виде антипересечения в спектре отражения рассматриваемой структуры, что является характерной особенностью для таких квазичастиц, как экситон-поляритоны. Полученная величина расщепления Раби составляет несколько миллиэлектронвольт для экситон-поляритонов в волноводе полного внутреннего отражения с GaAs квантовой ямой. Показано, что взаимодействие между экситонами квантовой ямы и электромагнитными волнами TE- и TM-поляризаций различно, это можно наблюдать в спектре отражения исследуемой структуры. Такое различие соответствует оптическим правилам отбора. Предложенная альтернативная микрорезонаторам система, в которой могут наблюдаться экситон-поляритоны, может быть использована в полупроводниковой индустрии для передачи информации.

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

202
Предложен метод выявления сахарного диабета IIтипа. Для анализа сывороток крови применен метод инфракрасной спектроскопии с последующей обработкой методами мультивариантного анализа. Исследована сыворотка крови 44 больных сахарным диабетом и 30 здоровых доноров – в качестве контрольной группы. ИК-спектры образцов сыворотки регистрировались в диапазоне 4000–600 см–1на спектрометре Tensor 37 фирмы Bruker при помощи приставки  для регистрации спектров  нарушенного полного внутреннего отражения MIRacle фирмы Pike с кристаллом из селенида цинка и алмазным напылением. Спектры каждого образца регистрировались с разрешением 2 см–1 и усреднялись по 32 накоплениям. Измерения проводились при постоянной температуре и влажности воздуха. Применены многомерные методы обработки больших массивов данных, такие как кластерный анализ, метод проекции на латентные структуры, метод главных компонент для дифференциации групп здоровых доноров и пациентов, больных сахарным диабетом. Каждый из трех представленных методов дает наилучшие результаты при рассмотрении первой производной спектров во всем измеренном диапазоне длин волн. Кластерный анализ обеспечивает чувствительность 100 % и специфичность 95,8 % для используемой выборки. Метод главных компонент позволяет разделить выборку по группам. Анализ по методу проекции на латентные структуры показал чувствительность 100 % и специфичность 96,6 %. Показана целесообразность применения методов мультивариантного анализа для определения принадлежности образца сыворотки крови к группе пациентов.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

209
Малогабаритные мультироторные беспилотные летательные аппараты применяются для решения разнообразных задач, но в настоящее время их широкое применение сдерживается несовершенством систем стабилизации и навигации. Для преодоления указанных проблем предлагается использовать методы нейроуправления с целью учета нелинейного поведения аппарата. Предложен способ организации системы управления мультироторного летательного аппарата на основе гибридного параллельного нейрорегулятора, использующего искусственную нейронную сеть радиально-базисных функций. Параллельное нейроуправление предусматривает одновременное использование в контуре управления и традиционного регулятора, и нейрорегулятора, при этом их выходы комбинируются. С целью оптимизации вычислений, выполняемых при обучении второго слоя сети нейрорегулятора, в качестве функции активации нейронов второго слоя выбрана кусочно-линейная функция из N сегментов, симметричная относительно нуля. Предложен малозатратный способ оптимизации параметров активационных функций нейронов скрытого слоя, позволяющий выполнять обучение сети в режиме реального времени. Предложен гибридный параллельный нейрорегулятор, построенный на основе искусственных нейронных сетей радиально-базисных функций. Стендовые испытания показали, что при стабилизации по трем осям гибридный нейрорегулятор обеспечивает лучшее качество управления, чем обычный пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, настроенный вручную, а именно сокращение времени переходного процесса, меньшую амплитуду колебаний при стабилизации мультироторного беспилотного летательного аппарата и повышение устойчивости аппарата к внешним воздействиям. Применение гибридных параллельных нейрорегуляторов позволит решить проблемы маневрирования и стабилизации аппарата для перехода к решению задачи локальной навигации.
216
Рассматривается движение механической системы с несколькими степенями свободы в окрестности нуля фазового пространства состояний при постоянно действующих малых возмущениях. Обобщенные силы представлены в динамических уравнениях однородными многочленами первой и третьей степени относительно фазовых координат и малыми постоянно действующими возмущениями. Рассматривается случай отсутствия кратных собственных значений матрицы линейной части системы. Для положительно определенной квадратичной функции Ляпунова определяется дифференциальное неравенство с дифференциальным уравнением сравнения вида Риккати, наряду с которым определяется нелинейное экспоненциальное дифференциальное неравенство, интегрируемое в квадратурах. При решении квадратичного дифференциального неравенства Риккати предполагается известным одно частное решение уравнения Риккати. В результате интегрирования в квадратурах экспоненциального дифференциального неравенства получена оценка переходных процессов в конечной области фазовых координат.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

222
Исследованы спектральные и люминесцентные свойства стекол состава 98MgCaSrBaYAl2F14-2Ва(РО3)2 с содержанием ErF3 0; 0,1; 0,5 и 1,0 мол. %. Образцы стекол получены методом высокотемпературного синтеза в атмосфере аргона. Установлено, что матрица фторалюминатного стеклаобладает широкой областью спектральной прозрачности от 0,2 до 6,7 мкм, что свидетельствует о большой практической значимости исследуемого стеклообразногосоставав качестве материала для устройств оптоэлектроники. По спектрам инфракрасного пропускания идентифицированы полосы поглощения, обусловленные наличием гидроксильных и фосфатных группировок, максимумы которых расположены около 3,0 и 4,7 мкм соответственно. Установлено, что фторалюминатная стеклообразная матрица содержит относительно мало примесей ОН-групп.Для активированных ионами эрбия образцов, при возбуждении с длиной волны 487 нм, получены спектры люминесценции в области 500–900 нм. Природа данных полос объяснена на основе упрощенной энергетической диаграммы иона эрбия в стеклообразной матрице. Проанализированы концентрационные зависимости интегральных интенсивностей полос люминесценции, установлено, что максимальным значением обладает образец, содержащий 0,1 мол. % ErF3, а наиболее подвержен влиянию концентрационного тушения излучательный переход 2H11/2→4I15/2.
229
Предмет исследования. Представлены результаты исследования термоэлектрического охлаждающего модуля с демпфирующим тепло- и электропроводящим веществом на холодных спаях. В качестве материала термоэлектрического элемента использован теллурид, синтезированный в печи плавления. Размер термоэлектрического элемента 2,0×2,0×1,5 мм. Модули монтировались на керамические пластины размером 30×30×0,89 мм из 96 %-ного Al2O3. В качестве материала коммутационных шин использована медь, покрытая слоем никеля. Модули крепились на плату пайкой. В качестве сборочного припоя использовалась оловянно-висмутовая паяльная паста (Тпл = 139 °С). Методы. Для повышения эффективности теплового контакта термоэлектрического модуля, работающего в условиях большого температурного градиента между горячей и холодной сторонами термоэлектрического элемента, особенно у элементов n-типа, на горячих спаях предложено использовать упругий электропроводящий клей на основе силикона с удельным сопротивлением 0,02 Ом/см, плотностью 3,7 г/см3, теплопроводностью 2,1 Вт/(м·К). Токопроводящий силиконовый клей-герметик EX-A302L состоял из однокомпонентного силикона холодной вулканизации с вкраплениями токопроводящих микрогранул. Рабочая температура от –50 до +120 °С позволяет применять этот клей как для обычных холодильных модулей, так и для холодного спая среднетемпературных модулей. Предложена поэтапная технология сборки модуля. Основные результаты. Проведены сравнительные испытания экспериментального термоэлектрического модуля и стандартного промышленного термоэлектрического модуля ТВ-31-2.0-1.5 на измерительных установках производства ООО «Криотерм». Целостность модулей проверялась на тепловизоре Testo. Установлено, что разница между рабочими характеристиками экспериментального и промышленного модулей не превышает 10 %, что лежит в пределах допустимой нормы. Выявлено, что динамика разрушения модулей после температурного циклирования фактически одинакова. Практическая значимость. Полученные результаты демонстрируют возможность использования электропроводящего клея в качестве контактного слоя для термоэлемента. Предложенная технология позволит использовать в ветвях термоэлектрических модулей материалы с различными коэффициентами температурного расширения, что повысит коэффициент полезного действия термоэлектрического устройства.
236
Предмет исследования. Исследовано влияние на жизненную активность Еscherichia coliразличных концентраций наиболее устойчивых ионных форм переходныхметаллов 4-го периода таблицы Менделеева. Метод исследования. Использована комплексная микробиотестовая система, предусматривающая инструментальную регистрацию изменений интенсивности упругого светорассеяния при 520 нм (Iod), оптической плотности при 300 нм (Auv), рН и редокс-потенциала (E) образцов, содержащих исходно одинаковое количество жизнеспособных тестовых микроорганизмов, инкубируемых в присутствии и в отсутствие тестируемых веществ в жидкой питательной среде при различных концентрациях в течение заданного времени при определенной температуре. Основные результаты. Показано, что наиболее устойчивые ионные формы переходныхметаллов 4-го периода по степени убывания их антимикробной активностиможно выстроить в следующий ряд: Cu2+, Ni2+, Mn2+, Cr3+, Co2+, Fe3+, Zn2+. Исследована тонкая динамика жизненной активности тестовых микроорганизмов в присутствии упомянутых ионов металлов. Показано, что максимум скорости роста E.coli (характеризуемой значениями ΔIod/Δτ) во всех случаях достигался раньше, чем максимум скорости изменения метаболической активности этих микроорганизмов (характеризуемой значениями ΔЕ/Δτ); а также то, что в начальный период инкубации ΔE/Δτ в результате жизнедеятельности E.coliс течением времени изменялись немонотонно (что отражало, вероятно, метаболические процессы приспособления E.coliк присутствию в тестовой среде избыточных количеств ионов металлов). Практическая значимость. Результаты исследования могут быть применены при разработке различных способов оценки экологического состояния окружающей среды, а также регуляции жизненной активности микроорганизмов, участвующих в различных биотехнологических процессах (в качестве продуцентов, биодеградантов различных изделий и материалов и т.п.), вызывающих различные инфекционные заболевания, являющихся частью полезной микрофлоры различных водоемов, почв, многоклеточных живых организмов и т.д.
242
Рассмотрена возможность полирования с помощью химико-механического метода поверхностей материалов, обладающих нелинейно-оптическими свойствами, на основе сокристаллов 4-нитрофенола с аминопиридинами (2-аминопиридин; 2,6-диаминопиридин). Полирование поверхностей исследуемых сокристаллов осуществлялось с использованием следующих растворителей: изопропанол (C3H8O); бутанол (C4H9OH). Эксперименты показали увеличение значений коэффициентов пропускания после полирования химико-механическим методом. Показано, что применение предложенного метода позволяет минимизировать поверхностные дефекты сокристаллов.
247
Предмет исследования. Надежность работы инерциальных навигационных систем напрямую зависит от надежности работы роторов. Предложена методика входного контроля роторов двухстепенных поплавковых гироскопов, входящих в состав более двухсот таких систем, находящихся в эксплуатации. Метод. Разработанная методика основана на определении состава сплава Ю10Н15 для роторов двухстепенных поплавковых гироскопов, его однородности по основным химическим элементам, а также на оценке качества поверхности роторов. В основе методики лежат методы сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа для получения исходных данных и их дальнейшей обработки методом однофакторного дисперсионного анализа с целью определения гомогенности состава. Основные результаты. В результате исследований выявлено различие химического состава сплава роторов по основным и легирующим элементам, зафиксирована разница топологии поверхности образцов, изготовленных по одной технологии, определены включения примесных элементов с размерами от нескольких единиц микрометров и химическим составом, радикально отличающимся от общего состава сплава. Практическая значимость. Использование методики позволяет выявить несоответствие химического состава сплава техническим требованиям, наличие нежелательных примесей и включений, негомогенность состава сплава и микродефектов поверхности, а следовательно, снизить вероятность отказа роторов.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

255
Представлен аналитический обзор применения методов цифровой лицевой антропометрии в научных и практических задачах. Исследование включает краткую историю появления антропометрии (какописательной и сравнительной науки,предметом исследования которой является человек) и ее трансформацию в современные компьютерные методы. Рассмотрены особенности применения цифровойлицевой антропометрии. Рассмотрены: понятия морфотипа и фенотипа лица; задачи морфологии и морфометрии как базовых средств цифровой лицевой антропометрии; методы количественной и качественной оценки характеристик и параметров лиц; задачи поиска ассоциаций между наборами генов в геноме и чертами лица человека; задачи оценки привлекательности лиц; связь лицевой антропометрии с «лицами Чернова» и когнитивной компьютерной графикой, используемой в практической медицине; проблема определения эмоций, пола и психотипа человека; особые случаи задач распознавания изображений лиц, способы их решения в рамках цифровой лицевой антропометрии и примеры их решения. Определен прогноз тесной связи цифровой лицевой антропометрии и интернета вещей в современном мире.
МОДЕЛЬ МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ
Татарникова Т. М., Пойманова Е. Д.
271
Исследована организация системы хранения данных, основанная на последовательном применении алгоритмов вертикального размещения файлов по уровням системы хранения данных, горизонтального – по секциям определенного уровня и динамического – при перемещении данных по уровням.Выбраны и нормализованы метаданные, задающие характеристики сохраняемых файлов. Модель позволяет организовать хранение файлов в соответствии с их характеристиками, в том числе требованиями ко времени гарантированного хранения. Представление системы хранения в виде матрицы позволяет использовать инструмент нейронной сети Кохонена для размещения файлов по уровням и по секциям определенного уровня. Использование нейронной сети Кохонена позволяет перейти от последовательного выполнения алгоритмов к размещению за один шаг. Предложена модель  многоуровневого хранения данных. Разработаны алгоритмы размещения файлов в системе хранения данных с многоуровневой структурой. Приведены тестовые примеры, демонстрирующие возможности аппарата нейронной сети Кохонена при размещении файлов в соответствии с требуемыми параметрами. Совместное применение алгоритмов размещения файлов позволяет организовать многоуровневое хранение данных в соответствии с характеристиками файлов и обеспечением требований к времени гарантированного хранения.
280
Предложено решение частной задачи комплексной защиты радиоканала, в котором осуществляется обмен радиосообщениями на базе взаимно ортогональных сигнальных широкополосных символов и алфавитов на их основе. Объект исследования – метод организации защищенного канала широкополосной связи с применением ортогональных шумоподобных сигнальных символов. В качестве сигнальных широкополосных символов использовались символы, синтезированные в частотной области на базе псевдослучайных последовательностей с последующей ортогонализацией методом Грама–Шмидта трансформации в заранее определенные спектральные компоненты сигнальных символов, а также преобразованием во временную область с помощью обратного быстрого преобразования Фурье. Предложен метод, основанный на использовании комплексной скрытности: информационной, структурной и энергетической. Информационная скрытность реализуется за счет однократного использования символов из некоторого множества алфавитов. Структурная скрытность реализуется за счет фильтрации сигнальных сообщений в области склейки сигнальных символов, что осложняет определение длительности отдельных сигнальных символов и разделение сообщения на отдельные сигнальные символы, а следовательно, затрудняет декодирование всего сообщения. Энергетическая скрытность реализуется за счет сокрытия радиосигнала в шумах радиоэфира. Практическая значимость работы заключается в возможности повышения защиты широкополосных каналов связи на основании предлагаемого авторским коллективом метода.
292
Рассмотрен процесс выбора исполнителя для разработки и внедрения корпоративных информационных систем на производственных предприятиях оборонно-промышленного комплекса и общегражданского назначения. Представлен подход к разработке методического, алгоритмического и программного обеспечения для сбора и анализа статистических данных о доступных исполнителях определенных задач с целью последующей поддержки принятия решений руководителя проекта разработки и внедрения. Для целей анализа и обработки данных об исполнителях используется система RedMine как одно из наиболее популярных и распространенных средств для управления проектами и задачами. На основании собранной из базы данных RedMine информации по каждому доступному исполнителю строится векторный критерий, на основании которого руководитель проекта на основании собственной функции предпочтений может судить о пригодности исполнителя для выполнения очередной задачи. Данный подход может быть применен в мультиагентной модели процесса разработки и внедрения информационных систем, которая служит для оптимального планирования и руководства проектной деятельностью. Практическая значимость состоит в автоматизации деятельности лица, отвечающего за распределение задач между исполнителями на основе формализованного математического подхода, обеспечивающего получение рационального плана загрузки исполнителей, что ведет к экономическим выгодам.
299
Приведены результаты экспериментального исследования критериев соответствия текста научному стилю. Исследованы показатель повторений в текстовом документе ключевых слов и фраз, процентное соотношение стоп-слов и общего числа слов в тексте, отклонение графика частоты слов в тексте от идеального графика по Ципфу. Исследование проведено с применением сценария, проверяющего текст по нескольким критериям. В результате экспериментального исследования на выборке из 2500 статей, опубликованных в источниках ВАК/РИНЦ, получены распределения значений критериев, которые проверены на нормальность по нескольким критериям, а также на корреляцию между собой. В результате анализа этих данных получены и математически обоснованы пороговые значения критериев, которые применены на тестовой выборке, состоящей из бакалаврских работ студентов СПбГЭТУ «ЛЭТИ», псевдонаучной статьи «Корчеватель», технических статей из интернет-сообщества «Хабр», «Капитала» Карла Маркса и ряда текстов, не относящихся к научному стилю. Сформулировано необходимое, но не достаточное условие соответствия статьи научному стилю.

СИСТЕМА ВЫСОКОУРОВНЕВОГО СИНТЕЗА НА ОСНОВЕ ГИБРИДНОЙ РЕКОНФИГУРИРУЕМОЙ МИКРОАРХИТЕКТУРЫ

Пенской А. В., Платунов А. Е., Ключев А. О., Горбачев Я. Г., Яналов Р. И.
306
Предмет исследования. Исследованы методы создания специализированных программно-аппаратных комплексов реального времени на базе программируемой логики и систем на кристалле, предложена система высокоуровневого синтеза на основе гибридной реконфигурируемой микроархитектуры NISC/TTA. Метод исследования. Используются инструменты анализа и синтеза вычислительных микроархитектур и методы их проектирования в методологиях модель-ориентированной инженерии, высокоуровневого синтеза (HLS), программно-аппаратного совместного проектирования (HW/SW Codesign). Основные результаты. Проанализированы средства разработки программно-аппаратных комплексов на базе программируемой логики и системы на кристалле. Определены ключевые факторы, препятствующие широкому внедрению средств и технологий высокоуровневого синтеза специализированных вычислителей в промышленности. Разработана архитектура системы высокоуровневого синтеза на базе оригинальной реконфигурируемой NISC/TTA вычислительной микроархитектуры. Реализован прототип системы автоматизированного проектирования, демонстрирующий вариант синтезатора и интерфейс управления процессом синтеза, позволяющие провести анализ цепочки принятых системой автоматизированного проектирования решений. Система обеспечивает в автоматизированном или ручном режиме управление процессом синтеза. Реализован интерфейс визуализации спланированного системой автоматизированного проектирования целевого вычислительного процесса, позволяющий наглядно представлять его многоуровневую организацию. Построена система сквозного тестирования, позволяющая верифицировать соответствие целевой системы ее функциональной модели. Практическая значимость. Реализованные в составе прототипа системы инструменты, сделав процесс синтеза прозрачным и управляемым для оператора, продемонстрировали возможность нахождения компромиссных проектных решений в автоматизированном режиме. Удалось гибко управлять эвристиками в работе синтезатора, не только сокращая итерации проектирования, но и делая процесс сходящимся в принципе, чего во многих случаях не обеспечивают альтернативные технологии. Важную роль в этом играет NISC/TTA-микроархитектура. Решение ряда тестовых задач показало, что проектная платформа может быть рекомендована для реализации алгоритмов управления в системах реального времени и для использования в задачах моделирования динамических систем.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОТЕЗАМИ ВЕРХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ
Горохова Н. М., Головин М. А., Чежин М. С.
314
Проанализированы методы управления протезами верхних конечностей. Рассмотрены особенности управления протезами на три вида ампутации (на уровне кисти и пальцев, на уровень предплечья и после вычленения предплечья, на уровне плеча и после вычленения плеча). Показано, как уровень ампутации связан с используемыми методами управления. Наиболее перспективными методами управления в протезах кисти и пальцев являются методы с расширенной обратной связью и адаптивные; на уровне предплечья и после его вычленения актуально использование нейроинтерфейсов, явления мышечных синергий и других; на уровне плеча и после его вычленения эффективны неинвазивные и интуитивные методы управления. Несмотря на многообразие достижений современных технологий задача полного восстановления всех утраченных функций верхней конечности остается актуальной. Выделен ряд нерешенных задач в области разработки систем управления протезами верхних конечностей: организация расширенной обратной связи «человек–протез», управление большим количеством степеней подвижности протеза и одновременное использование источников полезных сигналов различной природы.
326
Предмет исследования. Исследованы методы снижения шумов сигнала ультразвукового сенсора модуля, детектирующего препятствия. Сенсор посредством вибраций извещает человека с ограниченными возможностями зрения о неподвижных или движущихся перед ним с малой скоростью предметах.Метод. Предложенный алгоритм содержит медианный цифровой фильтр. Фильтрпозволяет устранить случайные флуктуации выходного сигнала сенсора, вызванные попаданием в поле зрения сложноидентифицируемых объектов, собственных шумов устройств. Основные результаты. Спроектировано функциональное устройство и изготовлен его макет. В макете применен ультразвуковой сенсор HC-SR04. Предлагаемое устройство позволяет отказаться от звуковых извещателей (наушников) и передавать информацию об окружающей обстановке посредством вибродвигателя, закрепляемого на предплечье человека. Для обработки сигнала использована плата ArduinoNano. Предложенный алгоритм реализован с помощью программного пакета MATLАB. По известнойметодике рассчитаны параметры, обеспечивающие работоспособность ультразвукового сенсора при различных параметрах среды. Изложены результаты обработки сигнала от ультразвукового сенсора посредством цифровых фильтров. Показано, что среднеквадратичное отклонение измеренных параметров (расстояния) снижено более чем в два раза. Представлены результаты обработки сигнала сенсора макета устройства в условиях лаборатории для неподвижных предметов и предметов с малой линейной скоростью (до 1 м/c). Практическая значимость. Разрабатываемое устройство способствует повышению точности навигации при передвижении слабовидящих людей.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПЕРВИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОЖНОЙ СЫПИ
Полевая Т. А., Саитов И. А., Раводин Р. А., Фильченков А. А.
333
Рассмотрена задача классификации изображений методами глубокого обучения для выявления первичных морфологических элементов кожной сыпи. Одним из перспективных направлений повышения качества медицинской помощи больным дерматовенерологического профиля является создание информационно-диагностических систем и систем поддержки принятия решений. В качестве одного из компонентов таких систем может выступать модуль автоматического определения первичных элементов сыпи на изображениях пораженных участков кожи. Предложен метод глубокого обучения и переноса знаний для классификации изображений первичных элементов кожной сыпи. Проанализирована зависимость точности получаемого классификатора изображений кожной сыпи от алгоритма обучения нейронных сетей. Приведены результаты экспериментов по применению метода для классификации следующих первичных элементов: гнойничок, пятно, узел, папула, плоская бляшка. Алгоритм, реализующий метод, показал точность 76,00 % на 5 классах первичных элементов кожной сыпи (гнойничок, пятно, узел, папула, плоская бляшка), 77,50 % на 4 классах (пятно, узел, папула, плоская бляшка) и 81,67 % на 3 классах (узел, папула, плоская бляшка).
339
Рассматривается вопрос о изменении ранга матричного старшего числителя передаточной функции дискретной модели многомерной линейной стационарной системы при стремлении к нулю шага дискретизации. Модель строится в предположении, что входное воздействие кусочно-постоянно. Показано, что при всех достаточно малых значениях шага ранг рассматриваемого коэффициента максимален, если выполнено естественное условие невырожденности исходной непрерывной системы-прототипа. В частности, если размерности входа и выхода системы совпадают, то в результате дискретизации с достаточно малым шагом получается дискретная модель с невырожденным старшим коэффициентом. Это свойство играет важную роль при решении многих задач теории управления. Например, классический критерий расщепляемости (decouplability) линейныхсистем требует невырожденности интерактора системы, а для систем с невырожденным старшим коэффициентом это условие выполняется автоматически. Другие примеры приведены в работах по построению минимаксных регуляторов. Однимиз первых шагов синтеза оптимального регулятора дискретных систем общего вида служит искусственное приведение системы к такой форме, что ранг старшего коэффициента максимален. Показано, что этот шаг лишний, если дискретный объект управления получен в результате дискретизации невырожденной системы. Приведен пример дискретной модели асинхронного электродвигателя.
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ СУДНА ПО УГЛУ КРЕНА НА СИММЕТРИЧНЫХ ДВИЖЕНИЯХ
Алышев . А., Ромаев Д. В., Мельников В. Г., Титов А. М., Коваленко А. Е.
347
Разработан метод идентификации параметров модели судна с использованием симметричных движений по углу крена. Предметом исследования являются методы повышения точности идентификации параметров математических моделей корпуса судна и раскачивающего устройства, с применением судового канатного инклинометра. Использованы малые симметричные реверсивные разгонно-тормозные программные движения по углу крена, при этом модель судна закреплена в опытовом бассейне и движение по другим степеням свободы исключено. Для создания программных движений использован установленный на судне раскачиватель в виде электродвигателя с маховиком. Для достижения высокой точности симметрии программного движения разработан гибридный адаптивный регулятор, составленный из последовательного компенсатора и сигнального регулятора, параметры которых настраиваются с учетом ограничения на свои максимальные значения. Идентификация разработанным методом осуществляется в двух экспериментах. В основном эксперименте осуществляются программные движения модели по углу крена, а в дополнительном – программные движения маховика по углу поворота маховика. Программная траектория движения маховика получена по итогам основного эксперимента. Приведены результаты отработки гармонического колебания системой управления. Рассмотрены принцип работы канатного инклинометра и варианты его конструкции. Приведены формулы, позволяющие определить позицию судна с системой динамического позиционирования в случае измерения углов в составе канатного инклинометра при помощи потенциометров или акселерометров. Результаты могут быть полезны при проведении модельных испытаний или для натурных судов с системами динамического позиционирования.
359
Предмет исследования.Исследованы факторы снижения пульсаций электромагнитного момента в прецизионном приборном электроприводе с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией на базе вентильного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов. Продемонстрировано, что оценка пульсаций электромагнитного момента не может быть основана только на спектральных характеристиках фазного напряжения или тока. Метод основан на представлении синусоидальной широтно-импульсной модуляции как частного случая пространственно-векторной модуляции. Предложенный метод позволяет производить оценку пульсаций электромагнитного момента по полному годографу вектора тока статора. Основные результаты. Представлены результаты моделирования электропривода в среде MATLAB/Simulink. Показано, что изменение нагрузки, алгоритма модуляции или фазового смещения сигнала развертки приводит к существенному изменению пульсаций электромагнитного момента двигателя и требует исследования влияния этих факторов при оптимизации характеристик приборного привода с двигателем переменного тока. Отмечено явление низкочастотной модуляции пульсаций электромагнитного момента, которое возникает в результате взаимодействия интергармоник – гармоник с частотой выше частоты основной гармоники, но не кратных ей. Показано, что причиной возникновения интергармоник в электроприводе с широтно-импульсной модуляцией является отсутствие синхронизации частот модуляции и развертки. Практическая значимость. Результаты работы могут найти применение при проектировании прецизионных электроприводов.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК УГЛЕВОДОРОДНОЙ ПРИМЕСИ В ВОДЕ
Белов Н. П., Мартинес С. Л., Прокопенко В. Т., Смирнова И. Г., Устинова И. А., Шамолин А. Д.
369
Показано применение спектрофотометрического метода и датчика определения наличия загрязняющей углеводородной примеси в сточной воде по спектрам поглощения в ультрафиолетовой части спектра. В датчике, собранном на современной элементной базе, для повышения точности измерения осуществляется машинная обработка результатов анализа спектров поглощения жидких сред в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Созданный датчик и машинная регистрация позволили провести исследование наличия углеводородной примеси в воде. Представлены спектры поглощения бензина, дизельного топлива, синтетического моторного масла, мазута, природной нефти как наиболее часто присутствующих в виде примесей в сточной воде, измеренные на созданном спектрофотометрическом макете датчика. Использование современных малоразмерных элементов позволяет в дальнейшем сконструировать малогабаритный высокочувствительный датчик экспрессного анализа качества воды.
374
Рассмотрена запись периодической решетки в фотополимеризующемся нанокомпозите с наночастицами нелинейно-оптического кристалла DAST (4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate) голографическим методом. Нанокомпозит состоял из смеси двух мономеров IDA (Isodecyl acrylate) и TMP (Trimethylolpropane ethoxylate (1 EO/OH) methyl ether diacrylate) с растворенными в метаноле молекулами DAST. Для фотополимеризации использован инициатор In2 (2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone). При центрифугировании раствора начинается испарение растворителя и формирование кристаллов. Показано, что с использованием двулучевой интерференции в нанокомпозите происходит запись объемной голограммы. При этом на микрофотографиях заметно перемещение наночастиц DAST в объеме, что обеспечивает создание нелинейно-оптической решетки, которую можно использовать для фазового согласования нелинейных эффектов.
377
Исследована зависимость флуоресценции соединений скандия с 2-нафтоилтрифторацетоном от состава растворителя. Обнаружен ранее неизвестный эффект увеличения квантового выхода флуоресценции дикетоната скандия при переходе от раствора в диметилформамиде к водному раствору. Наблюдаемое увеличение квантового выхода флуоресценции интерпретировано как следствие агрегации соединений скандия в наночастицы в водном окружении
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО КОДА БИБЛИОТЕКИ RELACY RACE DETECTOR
Доронин О. В., Дергун К. И., Дергачев А. М., Ключев А. О.
380
В работе приведены результаты исследования библиотеки Relacy Race Detector (RRD) применительно к задаче тестирования многопоточного кода. В ходе исследования выявлен ряд недостатков, которыми обладает библиотека RRD. Это отсутствие возможности динамического изменения числа потоков, сложная структура проекта, наличие ошибок в реализации, отсутствие поддержки снимков памяти. В работе исправлены вышеперечисленные недостатки и представлен новый подход для получения атомарных снимков памяти нескольких потоков с использованием механизмов fork и fiber. Использование полученных результатов и внесение изменений в библиотеку RRD позволяет упростить процедуру тестирования многопоточных приложений.
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика