Аннотации номера

ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ

163
Распознавание эмоций человека по мимике его лица является важной научно-исследовательской проблемой, которая охватывает множество областей и дисциплин, такие как компьютерное зрение, искусственный интеллект, медицина, психология и безопасность. В статье приведен аналитический обзор баз видеоданных выражений лица и подходов к распознаванию эмоций по выражениям лица, которые включают в себя три основных этапа анализа изображений, такие как предварительная обработка, извлечение признаков и классификация. Представлены как традиционные подходы к распознаванию эмоций человека по визуальным признакам лица, так и подходы, основанные на глубоком обучении с использованием глубоких нейронных сетей. Приведены современные результаты некоторых существующих алгоритмов. При обзоре научно-технической литературы упор главным образом делался на источники, содержащие теоретическую и исследовательскую информацию рассматриваемых методов, а также сравнение традиционных методов и методов на основе глубоких нейронных сетей, которые подкреплены экспериментальными исследованиями. Анализ научно-технической литературы, описывающий методы и алгоритмы анализа и распознавания выражений лица, а также результаты мировых научных исследований показали, что традиционные методы классификации выражений лица уступают по скорости и точности искусственным нейронным сетям. Основные вклады данного обзора заключаются в следующем: предоставление общего понимания современных подходов к распознаванию выражений лиц, которое позволит новым исследователям понять основные компоненты и тенденции в области распознавания выражений лиц; сравнение результатов мировых научных исследований показало, что комбинирование традиционных подходов и подходов, основанных на глубоких нейронных сетях показывают лучшую точность классификации, однако лучшими методами классификации являются искусственные нейронные сети. Статья может быть полезна специалистам и исследователям в области компьютерного зрения.

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

177
Предмет исследования. Представлены результаты экспериментального исследования морфологии поверхности, структурных и оптических свойств тонких пленок AlN на сапфире, полученных методом импульсного лазер- ного напыления. Метод. Получение пленок AlN осуществлялось с применением комбинированной установки ионно-лучевого и импульсного лазерного распыления вращающейся алюминиевой мишени твердотельным лазером AYG:Nd3+ с длиной волны 532 нм в атмосфере азота при давлении 3 и 4 Па. Плотность энергии лазерного импульса составляла 4 Дж/см2 при длительности импульса 15 нс и частоте повторения импульсов 15 Гц, расстояние от поверхности мишени до сапфировой подложки — 50 мм, температура подложки — 600 °C. Основные результаты. Методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа установлено, что пленки AlN, полученные при давлении азота в вакуумной камере 4 Па, имеют состав более близкий к стехиометрическому, чем пленки AlN, полученные при давлении азота в вакуумной камере 3 Па. Методом оптической спектроскопии исследованы спектры пропускания исследуемых образцов. Определено, что максимальные значения коэффициента светопропускания пленок AlN, полученных при давлении азота в вакуумной камере 3 и 4 Па (95,12 % и 97,65 % соответственно) находятся в диапазоне длин волн 400–410 нм. Величина коэффициентов светопропускания в исследованном диапазоне длин волн 300–1100 мкм составляет не менее 87 %, что характеризует полученные образцы пленки как оптически прозрачные. Практическая значимость. Исследованные тонкие пленки AlN можно использовать в качестве буферного слоя в оптоэлектронных устройствах, в том числе при создании светодиодов на основе GaN и AlxGa1–xN коротковолнового видимого свечения и приборов белого свечения
ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ДИФФУЗНОГО ОТРАЖЕНИЯ В ИССЛЕДОВАНИИ СЫВОРОТКИ КРОВИ С МНОЖЕСТВЕННОЙ МИЕЛОМОЙ
Плотникова Л. В., Нечипоренко А. П., Гарифуллин . А., Кувшинов А. Ю., Волошин . С.
185
Предмет исследования. Проведено апробирование и оценка потенциальных возможностей спектральной методики применительно к исследованию сыворотки крови человека в норме и пациентов с множественной миеломой. Исследование образцов нативной и лиофилизованной сыворотки проводили в сопоставлении со спектральными характеристиками водных экстрактов саркоплазмы мышечной ткани животных. Метод. В работе использован неразрушающий метод электронной спектроскопии диффузного отражения с вертикальным ходом луча в диапазоне длин волн 200–700 нм в формате поглощения. Основные результаты. В отличие от нативной сыворотки доноров в спектрах сыворотки пациентов наблюдалась полоса мукополисахаридов (410– 415 нм) разной интенсивности, присутствующая в спектрах образцов экстрактов саркоплазмы ткани животных. Данная полоса появлялась в спектрах сыворотки доноров после ее лиофилизации. Это позволяет говорить о том, что наличие полосы мукополисахаридов в спектрах сыворотки связано с пониженной влагосвязывающей способностью белок-полисахаридного комплекса, которая в свою очередь обусловлена особенностями вторич- ной структуры белка при разной форме множественной миеломы. Практическая значимость. Выявленные особенности в сходстве и различиях спектров сыворотки крови доноров и пациентов дают основание считать, что метод электронной спектроскопии диффузного отражения, не требующий много материала и его предва- рительной пробоподготовки, может быть перспективен как экспресс-инструмент дополнительного предварительного диагностирования и курирования процесса лечения не только множественной миеломы, но и других лимфопролиферативных заболеваний.
193
Предмет исследования. Представлено решение проблемы идентификации природного полимерного матери- ала органического происхождения по спектрам комбинационного рассеяния на примере янтаря (сукцинита). Предложенный способ позволяет получить элементный состав материалов, а также регистрировать наличие инклюзов. Метод. Для исследования спектров сукцинита применен метод спектроскопии комбинационного рассеяния (Fourier Transform–Raman spectroscopy) и использовано оборудование Renishaw InVia Reflex с микро- скопом Leica DMLM. В качестве объектов исследования выбраны образцы янтаря Пальмникенского месторожде- ния города Калининграда Российской Федерации различной степени прозрачности. Основные результаты. По спектрам комбинационного рассеяния установлено, что янтарь является органическим ненасыщенным карбо- цепным гомополимером с различными валентными колебаниями алифатических СН2- и СН3-групп, содержащим гетероатомы С=С и СН в основной цепи с валентными в RНС=СН2 и деформационными в trans RHC=CHR′ колебаниями с химическими боковыми цепями до восьми подгрупп. На полученных спектрах эмпирически выделены три основные связи, которые могут быть представлены как характерные признаки для идентификации и диагностики сукцинита. Практическая значимость. Предложенный способ может представлять интерес для исследований процессов идентификации, обработки, изготовления продукции из янтаря. Выполненные исследования могут найти применение при синтезе высокомолекулярных соединений, при исследовании свойств материалов органического происхождения, в том числе, сукцинита.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

200
Предмет исследования. Рассмотрена система управления полетом летательного аппарата для случая его продольного движения с человеком-пилотом в замкнутом контуре управления. В режиме компенсаторного слежения выполнена компьютерная имитация настройки параметров выбранной модели поведения пилота. Параметры отвечают оптимальному поведению пилота для обеспечения наилучших характеристик динамики летательного аппарата. Метод. При создании компьютерной программы вычислений использована аппроксимация Паде. Для оценки качества динамических свойств исследуемой системы управления применены частотный и оптимальный методы, а также шкала пилотажных характеристик. Основные результаты. На примере нормальной аэродинамической схемы, в которой руль высоты служит элементом хвостового оперения, найдены численные значения параметров модели поведения пилота. Выполнена оценка пилотажных характеристик летательного аппарата и системы управления полетом. Приведены результаты моделирования. Практическая значимость. Предложенный подход к процессу имитации поведения пилота во время пилотирования позволяет упростить, ускорить и уменьшить стоимость программы испытаний летательного аппарата. Программная имитация может быть использована на этапе испытаний и перед испытаниями на пилотажных стендах, что позволит выявить неудовлетворительные пилотажные характеристики самолета и его системы управления и оперативно их скорректировать.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

206
Разработка систем доставки лекарственных средств является одним из приоритетных направлений развития фармацевтических технологий. В настоящее время основная часть крупнейших фармацевтических компаний работает в области разработки систем доставки как для новых лекарственных препаратов, так и для уже имеющихся на рынке. Одной из ведущих областей их применения была и по-прежнему остается онкология. Разнообразие задач, решаемых при разработке систем доставки, и способов их решения привело к появлению многочисленных вариантов таких систем, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы. Специфичность систем доставки и их разнообразие привело к необходимости систематизации сведений как об их физико-технологических характеристиках, так и о возможностях их применения в клинической практике. В обзоре обобщаются и систематизируются сведения о современных адресных системах доставки для лекарственных соединений с низкой биодоступностью, описанных в научной литературе и применяемых в современной фармацевтической технологии. Показаны тенденции в разработке наноразмерных систем доставки для различных терапевтических препаратов, способных к проникновению через защитные барьеры организма, к устойчивому контролируемому высвобождению, а также перспективных для целевой доставки в клетки-мишени. Наноразмерные системы доставки лекарственных средств обладают большим потенциалом для фармацевтической и медицинской промышленности. Выделены следующие наноразмерные системы для доставки лекарственных препаратов: наноэмульсии, нанокапсулы, нанолипосомы (в том числе, экзосомы, виросомы и прочие модификации традиционных липосом), дендримеры, а также носители на основе клеток и пептидов. Приведены их основные технологические и фармакологические характеристики, рассмотрены перспективы применения в клинической практике. Приведено описание основных методик формирования для каждой из представленных систем доставки. Показано, что ежегодно увеличивается интерес к модификациям липосомальных систем, в частности к экзосомам, а также к дендримерам и системам доставки на основе клеток.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

223
Исследованы атаки «отказ в обслуживании» при эксплуатации сетей «Интернет вещей» с протоколом MQTT. Протокол предназначен для многоадресной рассылки данных, в том числе телеметрии, поэтому потенциально может быть использован для атак вида «отказ в обслуживании». Представлен обзор исследований по данной проблематике. В отличие от существующих подходов проверена гипотеза о возможности использования для атак не только publish-сообщений, но и сообщений вида connect и subscribe. Проведен анализ влияния обработки множества сообщений на производительность системы. Представлена экспериментальная установка на платформе Raspberry Pi 3 и брокера Moquette. Показано, что сеть «Интернет вещей» в рассмотренной конфигурации подвержена атакам «отказ в обслуживании». Наиболее вероятными сценариями действий потенциального зло- умышленника являются: создание большого потока запросов на подключение и на подписку; генерация большого потока сообщений publish при большом количестве получателей. Подобные варианты развития событий являются опасными с точки зрения информационной безопасности и повышают вероятность таких угроз как отсутствие доступа к информации и нарушение порядка передачи сообщений. Традиционно атаки подобного характера относят к виду «отказ в обслуживании». Показано, что актуальной задачей является разработка методов и средств защиты от этого вида атак при использовании сетей «Интернет вещей» с протоколом MQTT в качестве основного прокола передачи данных.
МЕТОДЫ ПОИСКА АНОМАЛЬНЫХ АКТИВНОСТЕЙ ВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЙ
Михеева О. И., Гатчин Ю. А., Савков С. В., Хамматова Р. М., Нырков А. П.
233
Предмет исследования. Представлен обзор существующих методов выявления аномальных активностей веб-приложений. Приведены сравнительные характеристики. Показаны направления совершенствования средств защиты информации в веб-приложениях. Метод. Для оценки методов поиска аномальных активностей веб-приложений определены критерии выбора показателей. Особое внимание уделено таким показателям как скорость запуска веб-приложений после загрузки; скорость реакции веб-приложений на действия пользователя; количество найденных аномальных активностей в сравнении с количеством найденных ложных срабатываний. Выполнено сравнение трех методов поиска аномальных активностей: статистического сканирования кода; динамического сканирования кода; мониторинга сетевого трафика. Рассмотрены достоинства и недостатки каждого метода, примеры реализации. Основные результаты. Показано, что лучшими характеристиками обладает динамический метод поиска аномальных активностей. Метод позволяет выявлять аномалии, связанные с передачей трафика и аномалии, возникающие в процессе локальной работы веб-приложений. Метод реализуется в виде встроенного в движок браузера анализатора кода. Анализатор проверяет все обращения веб-приложения к движку и выявляет аномальную активность на основе таких обращений. В отличие от статического, динамическое сканирование позволяет определять аномалии в Web Workers, WebAssembly и в частях кода, которые загружаются по сети после запуска приложения. Практическая значимость. Работа может быть полезна специалистам по информационной безопасности, которые занимаются проблемами защиты веб-приложений, а также программистам и системным администраторам на этапе создания и внедрения приложений. Итоги работы могут найти применение при разработке веб-приложений, браузеров, программного обеспечения для защиты информации.
ТЕСТИРОВАНИЕ МНОГОПОТОЧНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ С БЛОКИРОВКАМИ НА НЕАТОМАРНЫХ ПЕРЕМЕННЫХ 
Доронин О. В., Дергун К. И., Дергачев А. М., Ильина А. Г., Горлач С. П.
243
Предмет исследования. Исследован существующий алгоритм фаззинг-тестирования для поиска ошибок типа гонки данных в многопоточных программных приложениях, реализованный в инструменте Google TSan. Недостатком исследованного алгоритма является отсутствие возможности тестирования программных приложений, использующих неатомарные переменные. Это исключает возможность применения подобного инструмента для тестирования современных приложений, реализующих совместный доступ программных потоков к данным. Предложен новый алгоритм фаззинг-тестирования многопоточных приложений и способ внедрения его в модуль фаззинг-тестирования инструмента Google TSan. Метод. При фаззинг-тестировании многопоточных приложений входными данными являются различные комбинации исполнения программных потоков. Предложенный метод фаззинг-тестирования многопоточных программных приложений строится на предположении, что ошибки в многопоточных приложениях проявляются только в точках переключения потоков — точках синхронизации. Планировщик потоков реализован максимально просто. Каждому потоку назначается маркер состояния, позволяющий отслеживать его активность в процессе работы программы. Поток может находиться в неизвестном состоянии (до первой точки синхронизации), в состоянии исполнения, в ожидании — в очереди на исполнение, а также в состоянии, когда поток исчерпал свой квант исполнения, но не достиг точки синхронизации. Подобное состояние потока при достижении точки синхронизации автоматически меняется на состояние ожидания. Управление потоками осуществляется с помощью отдельного программного потока, следящего за состояниями всех потоков и выставляющего потокам, исчерпавшим квант исполнения, соответствующий маркер. Механизм поиска ошибок внедряется в программный продукт на этапе компиляции при указании соответствующих опций. Основные результаты. В инструмент Google TSan внедрен новый модуль фаззинг-тестирования, который позволяет находить ошибки типа гонки данных в любых многопоточных приложениях как с синхронизацией доступа к разделяемым данным, так и при совместном доступе программных потоков к данным. Практическая значимость. Верификация многопоточных приложений с совместным доступом к данным, в частности использующих неатомарные переменные, особенно актуальна для высоконагруженных масштабируемых программных систем.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

249
Предмет исследования. При проектировании и обеспечении информационной безопасности систем связи одним из самых мощных инструментов является имитационное моделирование, которое по сравнению с другими методами позволяет рассматривать системы связи большой емкости, улучшать качество решений по управлению ресурсом сети и точнее прогнозировать их последствия. При этом базовыми математическими моделями для анализируемых систем являются случайные графы. Они дают фундаментальное понимание свойств анализируемых сетей и служат основой для имитационного моделирования. Учитывая высокие темпы развития вычислительных возможностей компьютеров и сред имитационного моделирования, особенно актуальным становится вопрос исследования топологических свойств случайных графов, заключающийся в анализе вероятностной динамики мер центральности. Метод. В ходе эксперимента использованы методы расчета центральности для вершин и графа в целом, основанные на научном аппарате теории графов. При исследовании вероятностной динамики математических моделей графов применена методика сравнения, основанная на диаграммах размахов. Основные результаты. Выполнено исследование динамики мер центральности в модели случайного графа Эрдеша–Реньи, модели малого мира Уоттса–Строгатца и свободно масштабируемой модели Барабаши–Альберта. Проведено сравнение мер центральности этих моделей с реальной сетью. Выявлено, что топологические свойства реальной сети наиболее полно описывает модель Барабаши–Альберта. Представленный в статье анализ мер центральности позволяет проследить взаимосвязи между параметрами различных моделей графов, что в свою очередь может быть применено в анализе реальных сетей. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть применены при моделировании физических и социальных систем, представленных в виде графов. Представленные материалы полезны специалистам, занимающимся анализом сетей в различных областях науки и техники: социологии, медицины, физики и радиотехники.
257
Рассмотрен метод исследования грубости динамических систем, основанный на понятии грубости по Андронову– Понтрягину (метод топологической грубости). Сформулировано понятие грубости по Андронову–Понтрягину. Определены условия достижимости требуемой грубости динамической системы. Приведены определения понятий максимальной грубости и минимальной негрубости динамических систем. Сформулированы теоремы о необходимых и достаточных условиях достижимости максимальной грубости и минимальной негрубости, воз- никновения бифуркаций топологических структур динамических систем. Приведено утверждение, что множества грубых и негрубых систем составляют непрерывные по показателю грубости множества. В качестве показателя грубости использовано число обусловленности матрицы приведения к диагональному (квазидиагональному) виду матрицы Якоби в особых точках фазового пространства системы. Метод позволяет управлять грубостью систем управления на основе теоремы, сформулированной с использованием матричного уравнения Сильвестра. Изложены основные понятия о синергетике и синергетических системах. Метод может быть использован для исследований грубости и бифуркаций динамических систем, а также синергетических систем и хаоса различной физической природы. Метод апробирован на примерах многих синергетических систем: аттракторы Лоренца и Рёсслера, систем Белоусова–Жаботинского, Чуа, «хищник-жертва», Хенона, бифуркации Хопфа и других. Представлены основные положения метода топологической грубости. Возможности метода проиллюстрированы на примерах синергетических систем Белоусова–Жаботинского и Чуа.
Для фундаментальных исследований на пучковом исследовательском корпусном реакторе проектируется установка термализации нейтронов — «источник ультрахолодных нейтронов». Для экспериментов нового поколения в областях физики слабых взаимодействий и астрофизики необходима статистическая точность, связанная с высокой плотностью ультрахолодных нейтронов. Для достижения высокой плотности гелий-4 в камере источника, который используется в качестве конвертора холодных нейтронов в ультрахолодные, должен находиться при температуре порядка 1 К. При использовании вакуумной откачки паров гелия-4 в источниках ультрахолодных нейтронов еще не удалось получить температуру ниже 1,4 К. Для достижения более низких температур необ- ходимое давление насыщенных паров должно составлять менее 50 Па, что невозможно ввиду гидравлических потерь. Предполагается использование теплообменника, в котором гелий-4 будет охлаждаться гелием-3. Это обосновано тем, что температуру гелия-3 эффективнее поддерживать вакуумной откачкой, так как давление его насыщенных паров на порядок выше, чем у гелия-4. Между двумя гелиями будет создаваться температурный напор за счет температурного скачка, описанного П.Л. Капицей, и теплового моста между капсулой с гелием и теплообменником. Для решения данной проблемы предложена оптимизация с использованием численного моделирования на основании математической модели тепловых процессов в камере со сверхтекучим гелием, учитывающая контактное тепловое сопротивление, описываемое моделью акустического рассогласования И.М. Халатникова с поправочным коэффициентом. Представлен пример такой оптимизации для источника ультрахолодных нейтронов, находящегося в Гатчине. Математическая модель реализована в универсальном решателе на основе метода конечных элементов. Предложены геометрические параметры теплообменника, в котором температурный напор составил 0,2 К, температура гелия-4 достигается вакуумной откачкой паров гелия-3 при давлении 850 Па. Снижение температуры с 1,4 до 1 К повысит плотность ультрахолодных нейтронов почти на порядок величины, что увеличит статистическую точность проводимых на пучковом исследовательском реакторе экспериментов с ультрахолодными нейтронами.
272
Предмет исследования. Предложен метод исследования теплового режима электронного оборудования, заключающийся в тепловизионном обследовании электронного оборудования при заданных внешних условиях и создании на его основе тепловой и математической моделей. Метод. Разработка тепловой и математической моделей исследуемого объекта произведена на основе исследования теплового режима объекта электроники с помощью тепловизора. В отличие от существующих, предложенный метод позволяет существенно ускорить разработку тепловой и математической моделей, а также позволяет более точно судить о мощности тепловыделяющих элементов. Основные результаты. Исследован тепловой режим электронного блока в герметичном исполнении, охлаждаемый свободной конвекцией и излучением в воздушной среде. Блок размещается в корпусе с температурой воздуха 50 °C. Внутри герметичного корпуса установлены тепловыделяющие электронные элементы на платах. Для расчета теплообмена в электронном блоке составлены тепловая и математическая модели. Учтены необходимые допущения и определены их основные элементы. Проведен расчет свободно-конвективных и лучистых тепловых проводимостей с использованием метода последовательных приближений. Согласно предложенному методу проведено измерение температурных полей элементов электронного блока путем тепловизионной съемки. С помощью тепловизора Flir SC620 получены термограммы, по которым определены значения среднеповерхностных температур компонентов электронного блока. Выполнено сравнение расчетных значений среднеповерхностных температур элементов электронного блока с полученными экспериментальными данными. Практическая значимость. Предложенный в работе метод теплового моделирования позволяет создать адекватную модель исследуемого электронного устройства при различных мощностях тепловыделяющих элементов и температурах окружающей среды и может быть использован при проектировании и разработке радиоэлектрон- ного оборудования различного назначения, в том числе и для объектов, расположенных в герметичном корпусе.
277
Предмет исследования. Предложена методика определения теплопроводности и вязкости газовой среды щелевого лазера, основанная на использовании известных свойств ее составляющих. Определение теплопро- водности необходимо для составления математической и тепловой моделей при разработке теплового режима. Особенностью предложенной методики является возможность получения эффективных значений характеристик с достаточной точностью для газов сложного состава, содержащих более двух компонентов. Метод. Методика расчета заключается в последовательном применении формул Линдсея–Бромли и Вилке для бинарного газа к компонентам смеси в зависимости от их мольной концентрации. Порядок выбора компонентов обусловлен наименьшим отклонением расчетных значений от справочных данных. Основные результаты. Верификация метода произведена сравнением расчетных и экспериментальных данных для смесей из трех составляющих. Установлено, что неопределенность значений вязкости не превышает 1,5 % при среднем значении отклонения менее 1 %. Среднее отклонение значений теплопроводности выше, но при этом неопределенность не превы- шает 5 %. Для наиболее часто применяемого состава смеси газов среды щелевого лазера, состоящей из CO2, N2, Xe и He, вычислены теплофизические свойства для случаев минимальной и максимальной концентрации возникающего в процессе эксплуатации монооксида углерода. Показаны поэтапное применение метода и зави- симость теплопроводности от температуры. В диапазоне рабочих температур наблюдается существенный рост теплопроводности (более чем в два раза). Так, в диапазоне комнатных температур (300 К) теплопроводность составляет 0,067 Вт/(м∙К), при 800 К достигает значений 0,14 Вт/(м∙К). Подобное различие создает существенную неравномерность температурного поля газовой среды и существенно влияет на стабильность работы лазера. Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение при разработке щелевых лазеров, а также устранить перепады мощности и стабилизировать работу уже эксплуатируемых лазеров путем регулирования концентраций компонентов газового состава.
283
Предмет исследования. Существует эффективный способ филаментной намотки для изготовления полых композитных изделий (трубы, емкости и т. п.). Готовая продукция отличается легкостью, прочностью и широко используется в промышленности. Однако этот метод имеет существенные недостатки. Натяжение поверх- ностного слоя и натяжение внутренних слоев могут значительно различаться у формируемых изделий. Этот эффект наблюдается и в том случае, когда натяжение наматываемого материала регулируется. Еще одним су- щественным недостатком технологии является изменение диаметра поперечного сечения изделия в торцевых зонах, где осуществляется возвратное движение подвижной тележки с нитями (лентой). Вследствие указанных недостатков имеются отклонения плотности намотки и других показателей напряженно-деформированного состояния от плановых значений. Метод. Для устранения отмеченных недостатков предлагается оригинальный метод управления радиальным приращением композитной намотки и ее плотностью. Он базируется на модели формирования композитной намотки, в основе которой лежит представление о движении точки наматывания материала по спирали в проекции, перпендикулярной оси вращения оправки. С помощью модели определяют- ся заданная плотность намотки, нормированное приращение радиуса намотки и изменение угловой скорости оправки при движении раскладчика в торцевой зоне. Анализ модели показывает, что для формирования ком- позитной намотки с равными технологическими параметрами (радиус, длина намотки, плотность) необходимо поддерживать фактическую скорость перемещения точки наматывания, равной теоретической. Практически это означает, что нужно поддерживать фактический радиус формируемой намотки, равным теоретическому на каждом текущем значении угла поворота оправки. Основные результаты. Для реализации заявленного метода разработано устройство управления процессом формирования намотки. Устройство обеспечит воздействие на намотку с переменным усилием, адекватно реагируя на случайные возмущения и поддерживая равенство между фактическим и расчетным радиусами намотки. С помощью приложения Simulink, являющегося составной частью пакета прикладных программ MATLAB, построена модель процесса управления устройством. Практическая значимость. Предлагаемый метод и устройство управления радиальным приращением композитной намотки и ее плотностью повысят эффективность производства цилиндрических композитных изделий за счет стабили- зации напряженно-деформированного состояния композитной намотки и предотвращения действия случайных факторов.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ

290
Предмет исследования. Представлен учебно-лабораторный стенд для исследования систем управления элек- троприводами. Стенд используется для обучения студентов системам управления электроприводами и предна- значен для повышения эффективности усвоения материала. Метод. В основу предлагаемого решения положен метод взаимного нагружения электрических машин, питаемых от силовых преобразователей с общим звеном постоянного тока. Это позволяет использовать одну электрическую машину в качестве испытуемой, а другую — в качестве нагрузочной, и наоборот. Обеспечивается переток мощности от машины, работающей в генераторном режиме, к машине, функционирующей в двигательном. Подобное решение обеспечивает энергосберегающий режим работы — из сети потребляются только мощности для покрытия потерь в силовых преобразователях и машинном агрегате. Для изучения различных структур систем управления электродвигателей постоянного и переменного тока предложен способ организации программного обеспечения со свободно конфигурируемой структурой. Основные результаты. Приведено описание лабораторных стендов. Каждый стенд содержит двухмашинный агрегат, где электродвигатель получает питание от своего полупроводникового преобразователя, управляемого в реальном времени микроконтроллерной системой. Созданное программное обеспечение позво- ляет синтезировать исследуемую структуру управления с помощью настроек системы управления. Настройка осуществляется с использованием ряда свободно конфигурируемых управляющих элементов, которые ком- пилируются в алгоритм управления микроконтроллером. Безопасное выполнение эксперимента обеспечивает алгоритм управления, работающий во взаимодействии с основной программой, работающей в реальном времени. Таким образом, обеспечивается защита электродвигателей и силовых преобразователей. Наличие встроенных программных средств защиты позволило добиться надежной работы электроприводов мощностью 1,5 кВт и обе- спечить близкие к промышленным характеристики. Приведено подробное описание особенности лабораторного оборудования и его программного обеспечения для системы векторного управления асинхронным двигателем. Пример демонстрирует настройку систем управления, компиляцию исполняемого кода, процедуру проведения эксперимента и анализ результатов. Практическая значимость. Рассмотренные подходы к построению учебного оборудования могут быть применены при проектировании аналогичного учебного оборудования по смежным дисциплинам. Представленные результаты могут быть полезны научным и научно-педагогическим работникам, занимающимся подготовкой специалистов в области систем управления электроприводами.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

301
Предмет исследования. Рассмотрена задача обнаружения и прогнозирования возникновения аварийных ситуа- ций на дорогах с использованием нейронной сети. В качестве объекта анализа исследован процесс обгона одного автомобиля другим с выездом на полосу встречного движения. Показана потенциальная возможность снижения аварийности при выполнении обгона за счет интеллектуальной оценки динамики развития дорожной обстановки. Метод. Предложено использовать двухклассовый классификатор, основанный на нейронной сети. Объектами классификации являются дорожные ситуации, возникающие при обгоне с выездом на полосу встречного движения, информация о которых передается на вход нейросети в виде набора кадров — графического представ- ления дискретных состояний системы «группа транспортных средств — участок дороги». Предполагается, что формирование кадров будет осуществляться в результате информационного взаимодействия между сенсорами и датчиками транспортных средств и дорожной инфраструктуры, развитие которой осуществляется в рамках парадигмы «умного города». Основные результаты. Результатом классификации является отнесение ситуации к одному из двух классов — «Опасная», если при обгоне высока вероятность столкновения транспортных средств, и «Безопасная» — в противном случае. Если ситуация оценивается как «Опасная», центральный процессор транспортного средства формирует соответствующее воздействие на элементы управления автомобилем для пре- дотвращения аварии. Получены результаты моделирования ситуации, реализованного на открытой программной библиотеке для машинного обучения TensorFlow, которые показали высокую (0,96) точность прогнозирования на искусственном наборе данных. Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы в перспективных беспилотных и пилотируемых транспортных средствах, имеющими радиосвязь с элементами дорожной инфраструктуры в рамках концепции «умный город» для предотвращения дорожно-транспортных происшествий в результате выполнения опасного обгона.
Информация 2001-2020 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика