Предмет исследования. Рассмотрена возможность создания дифракционных элементов на основе голографического фотополимера Bayfol HX, работающих в ближнем инфракрасном диапазоне спектра. Исследованы динамический диапазон показателя преломления фотополимера и амплитудно-фазовые характеристики голограмм в инфракрасном диапазоне. Изучено влияние параметров записи (плотности мощности записывающего излучения, времени записи) на распределение динамического диапазона показателя преломления между гармониками решетки. Метод. Анализ амплитудно-фазового характера голограмм выполнен с помощью измерения спектров пропускания исследуемого фотополимера после реакции фотополимеризации. Проведена оценка динамического диапазона показателя преломления фотополимера в спектральном диапазоне от 405 до 2099 нм. Предварительно осуществлены измерение и анализ контуров угловой селективности голограмм с периодами от 414 до 2100 нм, оптимизированных под разные части исследуемого спектрального диапазона. Выполнен анализ влияния параметров записи на распределение динамического диапазона показателя преломления между гармониками решетки. Произведен расчет амплитуд первой и второй гармоник модуляции показателя преломления из экспериментально измеренных контуров угловой селективности голограмм, сформированных при разных длительностях записи при постоянной дозе облучения. Основные результаты. Показано, что динамические диапазоны показателя преломления фотополимера в ближнем инфракрасном диапазоне и в длинноволновой части видимого диапазона отличаются на величину, не превышающую точности измерений. Продемонстрировано ярко выраженное нарушение закона взаимозаместимости при масштабировании интерференционной картины и/или изменении плотности мощности записывающего излучения. Практическая значимость. Найдены оптимальные условия записи голограмм в исследуемом фотополимере для их применения в инфракрасном диапазоне спектра. Исследованный голографический материал может найти применение в телекоммуникационной оптике.

Предмет исследования. Исследована возможность применения нового бесконтактного метода визуализирующей фотоплетизмографии для исследования терморегуляторной вазодилатации сосудов. Метод. Реакция перфузии в области внешнего предплечья в ответ на локальный нагрев до 41 ± 1 °С была оценена у шести добровольцев в возрасте 39–52 лет с помощью видеозаписи исследуемой области, синхронизованной с электрокардиограммой, и последующей корреляционной обработкой полученных данных. Основные результаты. Показано, что изменение перфузии при локальном нагреве носит двухфазный характер и обусловлено откликом нервной системы, опосредованным аксон-рефлексом в первой фазе вазодилатации, и синтезом оксида азота в клетках эндотелия во второй фазе. Установлено, что многократный рост перфузии в первой фазе нагрева зависит как от начальной тем­пературы кожи, так и от разницы температуры ее нагрева. Обнаружено, что для существенного развития сосудистой реакции на гипертермию, связанную с активацией эндотелиальной функции, необходим нагрев тканей длительностью более 15 мин. Практическая значимость. Подтверждено, что метод визуализирующей фотоплетизмографии достоверно отражает работу механизмов регуляции периферического сосудистого сопротивления, что имеет большое прогностическое значение для выявления первичных признаков сердечно-сосудистых заболеваний.

Предмет исследования. Приведены результаты исследования возможности передачи голографической информации по радиоканалу Wi-Fi 40 МГц. Показано, что использование для этого двух основных модальностей 3D-изображения — карты глубин голографируемого объекта и текстуры его поверхности достаточно для синтезирования на приемном конце канала связи полноценной голограммы, восстанавливающей объект голографирования с непрерывным вертикальным и горизонтальным параллаксами. Метод. Метод передачи 3D-голографической информации подобен известному в радиотехнике методу передачи информации на одной боковой полосе (Single-sideband modulation, SSB). Существенное отличие предложенного метода состоит в том, что пространственные частоты, образующие голограмму, являются результатом одновременной амплитудной и фазовой модуляции опорного сигнала. Это затрудняет их теоретический анализ. Экспериментальное под­тверждение возможности такой передачи выполнено с использованием свободного FTP-клиента с открытым исходным кодом FileZilla. Применен протокол связи для передачи информации по беспроводному каналу Wi–Fi. ­ Основные результаты. Показано, что передаваемый информационный поток достаточен для синтеза на приемном конце канала связи голограммы, восстанавливающей 3D-изображения. При этом голографическое изображение динамически меняющегося объекта с телевизионной частотой кадровой развертки имеет непрерывный горизонтальный и вертикальный параллаксы, а пространственное разрешение восстановленного изображения не хуже телевизионного изображения стандарта высокой четкости Full HD. Практическая значимость. Экспериментально подтверждена возможность передачи по радиоканалу всей необходимой информации для воспроизведения на приемном конце канала голографического 3D-видеопотока с разрешением не ниже, чем в стандартах телевидения высокой четкости с непрерывным параллаксом.

Предмет исследования. Исследованы оптические свойства гибридной плазмонной тонкопленочной наноструктуры. Структура представляет собой пористую матрицу анодного оксида алюминия на поверхности островковой пленки серебра, сформированной на кварцевой подложке. Метод. Серебряная пленка из наночастиц, лежащая в основе структуры, создана методом термического напыления. Островковая структура серебра с размером наночастиц порядка 100 нм сформирована в процессе отжига на воздухе. На поверхность структуры методом электронно-лучевого испарения в вакууме нанесена пленка алюминия. Выполнено одноступенчатое прямое анодирование пленки алюминия, в результате которого образована нанопористая пленка оксида алюминия. Полученные структуры исследованы методами спектрометрии и электронной микроскопии. Основные результаты. Рассмотрены спектры отражения и оптической плотности наноструктур, полученные при различных продолжительности и токе анодирования. Выполнено сравнение полученных спектров наноструктур для оксида алюминия, серебряных наночастиц и оксида алюминия на поверхности серебряных наночастиц. Показано, что с увеличением времени анодирования, коэффициент отражения структуры приближается к величине показателя для анодного оксида алюминия, вследствие окисления алюминиевой пленки. Увеличение тока анодирования приводит к сдвигу минимума коэффициента отражения в длинноволновую область спектра. Это явление подтверждается ранее выполненными исследованиями и объясняется увеличением расстояния между порами, образующимися в результате анодирования. Численное моделирование спектров сечения экстинкции с использованием Mie калькулятора показало, что результаты моделирования оптических свойств структуры с размерами наночастицы порядка 100 нм сопоставимы со спектрами оптической плотности, полученными в результате эксперимента. При моделировании использовано приближение сферической частицы. Для более точного определения толщины оксидной пленки и приближения расчетных спектров оптической плотности к экспериментальным результатам требуется учет форм-фактора. Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при проектировании и изготовлении сенсоров, оптических покрытий и источников фотонов для применения в экранах, оптических схемах и устройствах плазмоники.

Предмет исследования. В сложных электромеханических объектах, содержащих электроприводы с асинхронными двигателями, часто затруднена или невозможна установка датчиков выходных переменных величин. В этом случае для определения выходных координат двигателя в систему управления электропривода необходимо введение наблюдателей состояния. Основные проблемы создания наблюдателей — наличие шумов и помех в измерительных цепях системы управления, которые влияют на точность оценки неизмеряемых переменных состояния. В работе представлено сравнение точности оценок, полученных в результате работы алгоритмов наблюдателя на основе фильтра Калмана и наблюдателя Люенбергера в системе асинхронного электропривода с векторным регулированием при зашумленности каналов измерения токов в обмотках статора асинхронного двигателя. Методы. Для синтеза алгоритмов наблюдателей состояния использованы методы теории идентификации и квазилинеаризация нелинейных моделей рассматриваемого объекта управления. Имитационная модель асинхронного двигателя построена на классической векторной полеориентированной системе управления, где в качестве сигнала обратной связи использована оценка угловой скорости вала двигателя. Модель реализует следующие блоки: математическую модель асинхронного двигателя в двухфазной неподвижной системе координат α–β; структуру алгоритма наблюдателей; процедуру преобразования базиса вектора тока и управляющего напряжения из неподвижного во вращающийся и наоборот; пропорционально-интегральные регуляторы тока, потокосцепления и скорости. S-образный задатчик интенсивности формирует кривую задания скорости. Входными сигналами для наблюдателей являются статорные напряжения и токи эталонной модели асинхронного двигателя. Коэффициенты адаптации для наблюдателя Люенбергера подобраны экспериментально из условия получения средней минимальной величины модуля разности оцениваемых величин. Ковариационные матрицы для наблюдателя на основе фильтра Калмана настроены на основании эксперимента, исходя из обеспечения минимума среднего значения абсолютной ошибки. Основные результаты. Получены временные зависимости переходных процессов угловой скорости вала, модуля векторов потокосцепления ротора и статорных токов. Выполнена оценка зависимостей при пуске асинхронного двигателя с номинальными значениями и значениями частоты и напряжения, составляющих 10 % от номинальных значений. Исследована работа алгоритмов оценивания при наличии шумовой составляющей, а также при изменении параметров схемы замещения асинхронного двигателя на ±10 %. Получены результаты моделирования работы электропривода в пусковых режимах с механической нагрузкой, равной номинальному значению при частоте питающего напряжения 50 Гц и при 10 % от номинала для напряжения 1 Гц. Показано, что наибольшие относительные ошибки оценивания возникают в пусковом режиме работы электропривода, а максимальная точность достигается в случае применения нелинейного фильтра Калмана. Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при разработке систем автоматического управления бездатчиковыми электроприводами и частотно-регулируемого электропривода центробежных насосных установок добычи нефти.

Предмет исследования. Предложено описание системы управления в виде ориентированного графа и способ формализации задачи выбора варианта структуры системы управления. Представлены результаты исследования иерархических распределенных систем управления на основе аналитических и статистических моделей оценивания показателей эффективности и оптимизации их структуры. Разработаны модель и метод оптимизации систем управления с иерархической структурой, позволяющих на основе синтеза опорного варианта однородной иерархической структуры провести оптимизацию системы управления с произвольной структурой. По сравнению с известными методами, допущение об однородности структуры системы управления дает возможность использовать аналитическое решение при выборе опорного плана в соответствии с предложенным критерием в векторном пространстве «оперативность-стоимость». Метод. Предложенный метод оптимизации базируется на доказательстве возможности исследования однородных иерархических распределенных систем управления аналитическими методами и получения зависимости стоимости и времени решения задач в системе управления от параметров ее структуры. Метод оптимизации структуры состоит из двух основных этапов. На первом этапе, в рамках аналитической модели, решаются прямая задача оптимизации по минимуму времени обработки при ограничении на стоимость и обратная задача оптимизации по минимуму стоимости при ограничении на время обработки. Результатом является выбор лучшего опорного плана однородной структуры системы управления. На втором этапе, на основе имитационного моделирования, решается задача определения «критических» участков (пунктов управления), ограничивающих эффективность функционирования системы управления. Найденные «критические» участки подлежат улучшению за счет изменения их структуры и введения новых технических решений, обеспечивающих заданные показатели эффективности всей системы управления. Основные результаты. Создана модель иерархической структуры системы управления. Показана процедура выбора опорного варианта и алгоритм модификации структуры системы управления. Приведен пример оптимизации структуры системы управления по критерию требуемой пропускной способности. Пример показал, что применение предложенного метода позволяет выбрать вариант структуры, удовлетворяющий выбранному критерию и заданным ограничениям. Практическая значимость. Представленный метод может быть применен на ранних этапах проектирования распределенных информационных систем управления при выборе вариантов их построения и обосновании требований к техническим характеристикам элементов структуры.

Предмет исследования. Предложен новый метод идентификации параметров синусоидального сигнала с неизвестной переменной амплитудой. Проблема оценивания параметров синусоидальных сигналов актуальна в задачах динамического позиционирования и компенсации возмущений для синтеза законов управления, учитывающих внешние возмущающие воздействия. В предлагаемом методе устранено ограничение на амплитуду сигнала. В отличие от известных подходов, где амплитуда должна быть фиксированной, в рассмотренном методе амплитуда сигнала может быть переменной. Метод. Для реализации представленного метода идентификации применены жорданова форма матрицы и операторы запаздывания. В ходе параметризации сформирована регрессионная модель, содержащая неизвестные стационарные параметры. Для поиска неизвестных параметров применен метод динамического расширения регрессора и смешивания. Основные результаты. Результаты компьютерного моделирования показали работоспособность разработанного алгоритма. Результаты моделирования подтвердили сходимость оценивания параметров к истинным значениям. Практическая значимость. Подход может быть применен для широкого класса прикладных задач, связанных с компенсацией возмущений в системах виброзащиты, системах мониторинга при определении параметров высотных или большепролетных строительных сооружений, в системах управления робототехническими объектами.

Предмет исследования. Рассмотрены вопросы температурной стабилизации в установках, предназначенных для выполнения исследований свойств молекул при низких и сверхнизких температурах. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения скорости и точности получаемых данных, на которые в основном оказывает влияние температура исследования. Метод. С помощью инструментов программирования графической среды LabView создана управляющая программа для термоконтроллера LakeShore 325, реагирующая на приближение (рабочей) температуры к температуре (заданной) контрольной точки. Добавление элементов управления мощностью нагревательного элемента и временем включения PID-регулятора позволяет использовать их более гибко. Проведена верификация метода стабилизации для контрольных точек температуры 40, 100, 150 и 200 К. Основные результаты. Сравнение предложенной программы стабилизации температуры со стандартным решением в виде PID-регулятора показало его преимущество. Получено увеличение скорости достижения контрольных точек до двух порядков. Цифровизация термоконтроллера LakeShore 325 дала возможность выполнять дальнейшие работы по совершенствованию температурной стабилизации. Практическая значимость. Полученное увеличение соотношения точность–время при стабилизации позволило в разы улучшить качество проводимых измерений в области низких температур. Внедрение цифровой версии терморегулирующего прибора открывает возможности для дальнейшей автоматизации криовакуумных установок с помощью объединения программы термоконтроля с другими программами, регистрирующими, например, спектры при определенных значениях температуры.

Исследованы характеристики сухого скольжения и ударной вязкости двух алюминиевых сплавов, армированных керамическими частицами карбида кремния (SiC) и оксида алюминия (Al2O3) размером 100 нм. Сплавы применены для улучшения механических свойств и повышения сопротивления износу, разрыву и сдвигу конечного сплава с характеристиками смешиваемых материалов. Для изготовления композитов использован метод литья с перемешиванием. Матрица композитов представляет собой сплавы Al6061 и Al7075 с использованием трех способов армирования. Физические и механические свойства композитных матриц проверены в соответствии со стандартами Американского общества по материалам и их испытаниям. Приведено сравнение гибридных композитов, изготовленных из Al6061 и Al7075. Сравнение полученных образцов показало, что сплав Al7075 (12 % SiC + 6 % Al2O3) обладает исключительными трибологическими и механическими характеристиками. Изученный сплав может найти применение в автомобильной промышленности, например, в производстве поршней, шатунов, благодаря минимальной степени износа и варьируемому коэффициенту теплового расширения.

Предмет исследования. Рассмотрены вычислительные методы и особенности построения сложно-функционального блока реализации дискретного вейвлет-преобразования Добеши 9/7 в системах цифровой обработки сигналов изображений на базе Field-Programmable Gate Array (FPGA). Метод. Предложена математическая модель и алгоритмы реализации методов параллельной и последовательно-конвейерной обработок сигналов для вычисления коэффициентов дискретного биортогонального вейвлета Добеши 9/7 с учетом архитектуры используемой FPGA. В основе модели использованы методы факторизации вейвлет-преобразований с применением лифтинговых схем. В отличии от обычных лифтинговых схем, предлагаемый способ и алгоритмы позволяют повысить быстродействие вычислений дискретного вейвлет-преобразования при упрощении аппаратной реализации. В качестве среды разработки использованы средства автоматизированного проектирования Quartus II и ModelSim. Поведенческая модель написана на языке Verilog HDL. Для апробации использовалась матрица FPGA Altera Cyclone® IV 4CE115. На основе полученной поведенческой модели разработана тестирующая модель и осуществлена симуляция цифровой схемы в среде ModelSim. Основные результаты. Предложена формула оценки количества тактов выполнения прямого и обратного дискретного вейвлет-преобразований от числа входных элементов блока и характеристик FPGA. В результате экспериментов получены зависимости количества тактов расчета дискретного вейвлет-преобразования в зависимости от размера стороны квадратного изображения при разных вариантах количества блоков параллельной обработки. Показано, что параллельная работа нескольких независимых модулей позволяет проводить одновременно обработку нескольких входных столбцов (строк) из исходного двумерного массива. Унификация модуля умножителя-сумматора повысила эффективность вычисления и сократила объем занимаемых аппаратных ресурсов. Конвейерная структура дискретного вейвлет-преобразования отличается меньшими аппаратурными затратами при реализации блока вычисления и распределения памяти. В результате тестирования цифровой схемы получено, что разработанная структура блока повысила быстродействие дискретного вейвлет-преобразования, а также сократила стоимость системы на кристалле. Практическая значимость. Предложенная реализация блока двумерного прямого и обратного вейвлет-преобразований для банка фильтров Добеши 9/7 является законченным модулем и может быть использована как готовый сложно-функциональный блок для последующей разработки систем передачи изображений высокого качества в реальном времени.

Предмет исследования. Представлен подход к построению задачно-ориентированной диалоговой системы (разговорного агента) с доступом к неструктурированной базе знаний на основе устных разговоров с применением аугментации письменной речи, имитирующей результаты распознавания устной речи, комбинирования предсказаний классификаторов, генерации текста, дополненной поиском. Метод. Предложенный подход предусматривает аугментацию обучающих данных двумя способами: преобразованием текста в речь и обратно с помощью систем синтеза и распознавания речи; заменой части слов на основе матрицы спутываний системы распознавания речи. Диалоговая система с доступом к неструктурированной базе знаний решает задачу обнаружения высказывания, для которого необходим поиск дополнительной информации в неструктурированной базе знаний. С этой целью выполнено обучение моделей Support Vector Machine, Convolutional Neural Network, Bidirectional Encoder Representations from Transformers и Generative Pre-trained Transformer 2. Лучшие из представленных моделей использованы при формировании предсказания путем взвешенного комбинирования. Осуществлен выбор подходящего текстового фрагмента из базы знаний и генерация обоснованного ответа. Поставленные задачи решены путем адаптации модели генерации текста, аугментированной поиском Retrieval Augmented Generation. Основные результаты. Выполнена апробация подхода на данных конкурса 10th Dialogue System Technology Challenge (DSTC10). По всем метрикам, кроме Precision, новый подход значительно превзошел результаты базовых моделей, предложенных организаторами конкурса DSTC10. Практическая значимость. Результаты работы могут найти применение при создании чат-бот систем, обеспечивающих автоматическую обработку обращений пользователей на естественном языке на основе неструктурированной базы знаний, например базы ответов на часто задаваемые вопросы.

Предмет исследования. В работе предложен метод моделирования динамических систем при условии, что управляющие процессом физические законы неизвестны. В качестве искомых моделей приняты полученные при помощи управляемого данными алгоритма системы дифференциальных уравнений. В результате решается задача прогнозирования состояния процесса при помощи интегрирования результирующих дифференциальных уравнений. В отличии от классических подходов к воспроизведению динамических систем на основе данных, основанных на общих принципах машинного обучения, предложенный алгоритм позволяет сформировать модели процессов, сопоставимые с аналитическими. Метод. В качестве модели процесса приняты системы дифференциальных уравнений, представленные через комбинации элементарных функций и операторов, определенные при помощи адаптированного эволюционного алгоритма многокритериальной оптимизации. В качестве входных данных для алгоритма использованы временные ряды, описывающие состояние каждого элемента динамической системы. Для обеспечения работы алгоритма на данных, характеризующих реальные процессы, в алгоритм включены механизмы компенсации шума. Использование многокритериальной оптимизации, проводимой в пространстве критериев сложности и качества отдельных уравнений системы дифференциальных уравнений, позволило улучшить разнообразие предлагаемых кандидатных решений. Также получена высокая сходимость алгоритма, что обеспечило поиск модели, наилучшим образом показывающей динамику процесса. Результатом работы алгоритма является множество Парето-оптимальных решений оптимизационной задачи, каждое из которых соответствует одной системе дифференциальных уравнений. Основные результаты. В ходе работы создана библиотека управляемого данными моделирования динамических систем на основе систем дифференциальных уравнений. Поведение алгоритма исследовано на синтетическом валидационном наборе данных, описывающем состояние динамической системы «охотник-жертва», заданной уравнениями Лотки–Вольтерра. Предложен интегрированный в алгоритм механизм прогнозирования состояний системы, основанный на решении сформированных уравнений. Практическая значимость. Метод применим к управляемому данными моделированию произвольных динамических систем (например, гидрометеорологических) в случаях, когда процессы могут быть описаны при помощи дифференциальных уравнений. Сформированные алгоритмом модели можно использовать в качестве компонент более сложных композитных моделей, или в ансамбле методов как интерпретируемую составляющую.

Предмет исследования. Задача оценки предсказуемости временных рядов возникает при валидации моделей прогнозирования, при классификации рядов с целью оптимизации выбора модели и ее параметров, при анализе результатов. Большая гетероскедастичность ошибок, получаемых при прогнозировании нескольких различных по природе и характеристикам рядов, часто приводит к затруднениям при оценке предсказуемости. В работе исследована внутренняя предсказуемость объектов предсказательного моделирования. На примере прогнозирования временных рядов определена возможность количественной оценки внутренней предсказуемости по вероятности (частоте) получения прогноза с ошибкой, больше заданного уровня, и связь такой меры с характеристиками самих временных рядов. Метод. Суть предлагаемого метода состоит в оценивании внутренней предсказуемости по вероятности возникновения ошибки, большей заранее заданного порогового значения. Основной результат. Исследования выполнены на данных из открытых источников, содержащих более 7000 временных рядов биржевых котировок. Проведено сопоставление полученных значений вероятности возникновения ошибок, превосходящих допустимое значение (вероятностей промаха) для одних и тех же рядов на различных моделях прогнозирования. Показано, что при использовании моделей с одним и тем же рядом эти вероятности отличаются незначительно и могут служить мерой предсказуемости. Выявлена связь полученных значений вероятности с энтропией, показателем Хёрста и иными характеристиками рядов, по которым оценивается предсказуемость. Установлено, что полученная мера позволяет сравнивать предсказуемость временных рядов при выраженной гетероскедастичности ошибок прогнозирования и при применении разных моделей. Мера связана с характеристиками временного ряда и интерпретируема. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть обобщены на любые объекты предсказательного моделирования и меры оценки качества прогноза. Результаты исследования будут полезны разработчикам алгоритмов предсказательного моделирования и специалистам по машинному обучению, при решении практических задач прогнозирования.

Предмет исследования. Обработка неструктурированных данных, таких как тексты на естественном языке, является одной из актуальных задач при разработке интеллектуальных продуктов. В свою очередь, тематическое моделирование как метод работы с неразмеченными и частично размеченными текстовыми данными активно используется для анализа корпусов документов и создания векторных представлений. В связи с этим особенно важно обучение качественных тематических моделей за короткое время, что возможно с помощью предложенного фреймворка. Метод. Разработанный фреймворк реализует эволюционный подход к оптимизации гиперпараметров моделей с аддитивной регуляризацией и высокими результатами по метрикам качества (когерентность, NPMI). Для уменьшения вычислительного времени представлен режим работы с суррогатными моделями, который обеспечивает ускорение вычислений до 1,8 раз без потери качества. Основные результаты. Эффективность фреймворка продемонстрирована на трех наборах данных с разными статистическими характеристиками. Получены результаты, превосходящие аналогичные решения в среднем на 20 % по когерентности и 5 % по качеству классификации для двух из трех наборов. Создана распределенная версия фреймворка для проведения экспериментальных исследований тематических моделей. Практическая значимость. Полученный фреймворк может быть использован пользователями без специальных знаний в области тематического моделирования, благодаря выстроенному пайплайну работы с данными. Результаты работы могут применяться исследователями для проведения анализа тематических моделей и расширения функционала.

Предмет исследования. Изменяющаяся среда формирует условия для изменения поведения людей, что в совокупности может приводить к кризисным ситуациям. В случае принятия экономических решений возникающая нестационарность динамики разных компонентов системы может представлять собой экономический кризис. Исследована возможность учета общечеловеческих ценностей при моделировании принятия решений в условиях изменения среды. Внутренние процессы агента, предшествующие принятию решения, отражены в концепции «убеждения-желания-намерения-действия-реакция» (Beliefs-Desires-Intentions-Actions-Reactions, BDIAR). Метод. Выполнен обзор закономерностей и существующих подходов к моделированию экономических решений и предложен новый, авторский подход. Выявлены механизмы влияния стресса на принятие решений, факторы ограничения рациональности и оценки рисков в контексте поведенческой экономики. Рассмотрены известные теории влияния ценностей на изменение структуры потребления в кризисной ситуации. Показаны способы учета эмоций в архитектуре агента. В предлагаемой модели ценности рассмотрены как социальный фактор принятия решений. В силу их субъективности они представлены математически как базис оценки объектов среды. Субъективность оценок объектов выбора отражена в функциях привлекательности объектов, функциях динамики состояния агента и субъективности влияния решения на удовлетворенность агента. Основные результаты. Показана возможная модификация компонент модели агента с учетом влияния ценностей на динамику потребления. Предложен метод учета ценностей в архитектуре BDIAR при моделировании принятия решения агентом, где уровни архитектуры соответствуют ценностям, функциям предпочтения и динамике состояния агента. Проанализированы псевдонимизированные транзакционные данные по дебетовым картам клиентов банка-партнера «Санкт-Петербург» отдельно за 2017–2019 гг. и 2020 г. Продемонстрирована субъективность влияния среды в кризисной ситуации на динамику изменения ценностей и потребностей для разных групп потребителей с учетом кластеризации типов их поведения. Показаны различия динамики ценностей на индивидуальном уровне и уровне групп; подтверждено повышение приоритета ценностей выживания и продемонстрирована разная скорость возвращения к докризисному состоянию для различных поведенческих групп. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть полезны для развития методов моделирования экономического поведения в условиях нестационарной внешней среды, в частности, в случае кризисов.

Предмет исследования. Предложена методика определения особенностей поведения пользователей (их потребности, покупательской активности и структуры затрат) в зависимости от изменения и катастрофизации ситуации. Метод. Для выполнения полунатурных исследований (опросов в игровой форме) в области поведенческой экономики создан стенд на основе информационной технологии цифровых ассистентов-аватаров. Применение стенда позволяет осуществлять симуляцию реальных жизненных ситуаций. В ходе исследования участникам каждую внутриигровую неделю необходимо проводить закупки на следующую неделю с учетом собственных представлений о ситуации. Ситуация моделируется путем предъявления участникам сообщений в формате новостной ленты мобильного приложения. После предоставления игровой информации (стимульного материала) участники должны ответить на вопросы о субъективном отношении к стабильности текущей игровой ситуации; самочувствии; интересе к каждой конкретной новости; склонности к импульсивным покупкам в стрессовой ситуации; потребительской активности; возможных внутриигровых планах на будущее. Основные результаты. Предложено использование мобильного приложения на основе информационной технологии цифровых ассистентов-аватаров с целью сбора и анализа данных пользователей. Разработана методика организации и проведения исследования по оценке потребительской способности. Методика включает в себя следующие этапы: подготовка и сбор предварительной (доигровой) информации о целевой аудитории; проведение исследования с предоставлением стимульного материала (информационного контента), в котором описывается ситуация в окружающей среде (мир, страна, город и т. д.); предоставление вариантов выбора дальнейших действий пользователя как потребителя. Практическая значимость. Разработанная методика позволяет выявить особенности потребительского поведения и структуру потребления на общей выборке пользователей в условиях событийной динамики. Появляется возможность определения стратегии поведения потребителей и ошибок, которые совершают участники в ходе игры.

Предмет исследования. Вопросы мониторинга образовательной коммуникации, анализа коммуникативных стратегий и тактик в презентации учебных материалов мало изучены. Изучение основных тематик содержания публикаций на каналах с разным рейтингом популярности у пользователей может рассматриваться как один из этапов разработки инструментов для анализа образовательной коммуникации в Telegram. В данной работе исследован дидактический дизайн виртуального образовательного канала на примере Telegram. Изучена его коммуникативная направленность, стратегии и тактики взаимодействия, которые используются преподавателями для достижения высоких результатов своих студентов и повышения вовлеченности аудитории. Метод. С применением методов машинного обучения по имеющемуся набору публикаций образовательных telegram-каналов выполнено разбиение текстового массива на кластеры для дальнейшего экспертного анализа и определения приблизительной тематики. С этой целью использована программная платформа для анализа данных PolyAnalyst, разработанная компанией Megaputer Intelligence. Платформа обеспечивает кластеризацию документов по методу k-средних (k-means), поддерживает этапы процесса анализа данных от загрузки и обработки данных до расширенного анализа текста и данных, а также создание пользовательских отчетов. Основные результаты. Представлена тематическая структура контента образовательных telegram-каналов с высоким и низким рейтингами и статистическая информация о дидактическом наполнении образовательных ресурсов. Показано, что высокорейтинговые образовательные telegram-каналы осуществляют смысловую стратегию интеграции образовательного и карьерного маршрутов. Образовательные telegram-каналы с низким рейтингом выполняют коммуникативную стратегию, направленную на предоставление узкоспециализированной, логически разобщенной справочной, коммерческой или развлекательной информации. Одним из признаков коммуникативных тактик на низкорейтинговых каналах выступают приемы манипулятивного воздействия, которые позволяют влиять на мнение аудитории. К ним относятся тактики: косвенного убеждения, актуализации мотива финансовой выгоды и заполнения информационных «пробелов». Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение при разработке инструментов для анализа и мониторинга образовательной коммуникации в сети Интернет. Методика автоматизированного кластерного анализа коммуникативных стратегий образовательных telegram-каналов может быть востребована широким кругом специалистов в сфере менеджмента образования, разработчиками контента образовательных интернет-каналов, маркетологам, педагогам, работающим в виртуальной среде.

Предмет исследования. Значительная часть исследований эффективности различных систем посвящена изучению их функционирования в стационарном режиме. Однако с точки зрения их практического применения представляют интерес исследования функционирования таких систем с изменяющейся интенсивностью рабочей нагрузки в переходных, нестационарных режимах работы. В отличие от моделей исследования нестационарных систем, существенно опирающихся на статические значения распределений, в данной работе предложена модель с использованием произвольных распределений вероятностей во времени. Метод. Математическая формализация модели основана не на применении классической дифференциальной модели во временной области, а на формальном представлении вероятностей состояний систем в преобразовании Лапласа, т. е. в комплексном виде. Определение значений вероятностей состояний систем основывается на принципе баланса «комплексных вероятностей», что позволяет разрабатывать модели нестационарных систем обслуживания с произвольными распределениями вероятностей времени поступления заявок и их обслуживания, учитывающие случайные или детерминированные временные задержки. Для оперативного расчета систем предлагается использовать разработанное приложение с графическим пользовательским интерфейсом. Основные результаты. Представлена архитектура данного приложения в виде диаграммы пакетов. Показан алгоритм работы приложения. Выполнено сравнение работы приложения с программами для решения задач технических вычислений MATLAB и MathCad при моделировании процесса функционирования эталона единицы величины и системы управления роботом. Приведены преимущества использования разработанного приложения. Практическая значимость. Представленные результаты могут быть применены специалистами, занимающимися исследованиями эффективности различных систем.

Предмет исследования. При определении весовых коэффициентов в многокритериальных задачах для одинаковых исходных данных с целью оценки важности критериев на основе существующих качественных и количественных подходов возникает противоречие понятию «единственность решения». Это приводит к снижению степени доверия к принятым решениям. Таким образом, требуется определить степень объективности используемых весовых коэффициентов. Целью исследования является объективизация значений весовых коэффициентов для задач принятия решений. Метод. В работе предложено сочетание качественного и количественного подходов для определения весовых коэффициентов с заданной согласованностью. Сформирована матрица весовых коэффициентов (количественный подход), которой сопоставлена матрица рангов (качественный подход). Для получения заданного значения коэффициента согласованности с помощью матрицы рангов решена задача оптимизации. Основные результаты. Применение предложенного метода продемонстрировано на примере решения многокритериальной задачи выбора наилучшей альтернативы. Расчет значений весовых коэффициентов осуществлен с помощью разработанного программного обеспечения на языке Python. Решение сведено к однокритериальной задаче на основе максиминного подхода с использованием найденных значений весовых коэффициентов. В результате решение задачи с заданной согласованностью обеспечило объективность результата и повысило доверие к принятому решению. Практическая значимость. Предложенный метод может быть использован при оценке важности критериев без необходимости участия лица, принимающего решение.

Предмет исследования. Одним из актуальных направлений исследований в области беспроводной связи является разработка ближнепольных магнитных систем и средств передачи сообщений в средах или сквозь среды, значительно поглощающие электромагнитное поле. К таким средам относятся: вода, грунт, строения. В проводящих средах ослабление магнитного поля возрастает с увеличением частоты. Для организации каналов связи сквозь проводящую среду, например морскую воду, применяют электромагнитное излучение крайне низких и сверхнизких частот от 3 до 300 Гц. Применение излучения в таких диапазонах частот сопряжено с большими размерами передающих и приемных антенн. Метод ближнепольной связи позволяет существенно уменьшить габариты приемных и излучающих антенн и потребляемую передатчиком мощность. Существенным ограничением ближнепольной длинноволновой связи является невысокая скорость передачи сообщений и небольшая, до десятков метров, дальность связи. Метод. Принцип действия предложенной системы связи основан на использовании магнитной компоненты электромагнитного поля. Передающим элементом такой системы служит катушка индуктивности с сердечником. Прием осуществляется датчиком магнитного поля в виде магнита, закрепленного на торсионном подвесе. Магнит совмещен с зеркалом, отражающим лазерный луч. Под действием внешнего магнитного поля магнит совершает крутильные движения, которые приводят к изменению угла отражения лазерного луча от зеркальной поверхности магнита. Отраженный сигнал регистрируется линейным фотоприемником. Оценка ослабления и затухания магнитного поля при передаче излучения из диэлектрической в проводящую среду выполнена на основе решения уравнений Максвелла. Разработаны трехпозиционная бинарная фазовая манипуляция и модифицированная трехпозиционная бинарная фазовая манипуляция, обеспечивающие противоположное расположение сигнальных символов, высокую информационную плотность сообщений, локализацию энергии излучаемого сигнала в низкочастотной области и повышение дальности связи. Основные результаты. Эксперименты показали, что в результате использования модифицированного вида манипуляции в сравнении с трехпозиционной бинарной фазовой манипуляцией удалось увеличить дальность связи на 10 % при неизменной высокой надежности доставки сообщений. Модельные оценки, выполненные в соответствии с предложенной методикой расчета ослабления и затухания магнитного поля при распространении в слоистых средах, подтверждены экспериментальными измерениями. Практическая значимость. Результаты исследований могут найти применение при решении задач локального развертывания защищенных систем ближнепольной связи при обеспечении беспроводной коммуникации через среды, поглощающие электромагнитное поле.

Предмет исследования. Рассмотрена проблема создания аэродинамических профилей, создающих тягу при отборе воздуха с верхней поверхности крыла. Профили имеют тяговый участок за точкой отсоса пограничного слоя, давление на котором превосходит давление в окружающей среде. В последние 15–20 лет в мире активно исследуется концепция так называемого пропульсивного крыла, имеющего пониженное или нулевое сопротивление за счет отсоса пограничного слоя с верхней его поверхности. Такое крыло позволяет в несколько раз уменьшить аэродинамическое сопротивление самолета за счет ламинаризации пограничного слоя и минимизации дефекта скорости, связанного с вязким трением в пограничном слое, в следе за самолетом. Предложена методика численного моделирования профилей для пропульсивного крыла, построенных методом решения обратной задачи аэродинамики. Проектируемые профили имеют максимальную строительную высоту, оптимальное сочетание коэффициентов подъемной силы Cy и тяги CT, создаваемой за счет отбора воздуха с поверхности крыла. Методика корректно предсказывает точку ламинарно-турбулентного перехода, поскольку характеристики профилей напрямую зависят от протяженности ламинарного участка. Исследована компоновка летательного аппарата, построенного по схеме пропульсивного летающего крыла сверхмалого удлинения с применением разработанных профилей. Метод. Проектирование аэродинамических профилей выполнено путем решения обратной задачи аэродинамики с последующей доводкой геометрии при помощи алгоритмов глобальной оптимизации. Расчеты проведены с использованием γ-ReΘ Transition Shear Stress Transport модели турбулентности Лэнгтри−Ментера, в которой существуют соотношения для критерия перемежаемости, что позволяет моделировать ламинарно-турбулентный переход. Основные результаты. Расчеты показали, что разработанные профили позволяют создать планер летательного аппарата с максимальным коэффициентом подъемной силы Cymax, который превосходит на взлете и посадке данную силу у механизированного крыла с выпущенным закрылком. В горизонтальном полете Cy в три раза больше, чем у типичного крыла. Крыло с разработанными профилями имеет высокий пропульсивный коэффициент полезного действия за счет близости давления и скорости на тяговом участке профилей и внешнего течения. Одновременно тяговая поверхность пропульсивного крыла превосходит по площади в несколько раз площадь сопла или суммарное покрытие авиационных винтов. Практическая значимость. Разработанные профили и интегрированная аэродинамическая компоновка летательного аппарата успешно сочетаются с принципами построения распределенной силовой установки, а также создают устойчивость к повышенной турбулентности атмосферы при вертикальном взлете и посадке с экономичным горизонтальным полетом. Профили имеют важное преимущество по сравнению с традиционной механизаций крыла, так как не имеют подвижных частей, а увеличение или уменьшение подъемной силы регулируется изменением расхода отсасываемого воздуха.

Предмет исследования. С появлением силовых электронных устройств на полупроводниках с широкой запрещенной зоной, таких как SiC (карбид кремния) и GaN (нитрид галлия), частота широтно-импульсной модуляции увеличилась. В современных сервоприводах, использующих транзисторы на базе GaN, частота коммутации может достигать 100 кГц и более. В этом случае быстродействие электропривода ограничивается не частотой широтно-импульсной модуляции, а задержкой в измерении обратной связи по току. Однако при использовании в электроприводе датчиков тока с дельта-сигма модуляцией, задержку в обратной связи можно регулировать соответствующим изменением точности измерения. Метод. Рассмотрено применение менее точной, но более быстрой обратной связи в случае, когда ошибка между заданным и реальным значениями тока двигателя велика. В случае небольшой ошибки значения тока предложено использование более медленной, но точной обратной связи. Изменение скорости отработки задания требует одновременного изменения параметров регулятора тока. Основные результаты. Выполнено исследование представленного алгоритма на виртуальной модели сервопривода. Проведено сравнение адаптивного регулятора тока со стандартным регулятором при разных настройках. Показано, что за счет применения предложенного алгоритма быстродействие контура тока увеличивается вдвое без потери точности поддержания сигнала по сравнению со стандартным вариантом. Применение алгоритма позволило вдвое повысить частоту среза контура тока. Результаты получены для сигнала с линейной частотной модуляцией в качестве регулируемой величины. Практическая значимость. Предложенный способ измерения обратной связи в контуре тока позволяет увеличить быстродействие сервопривода в целом за счет увеличения быстродействия его внутреннего контура без потери точности регулирования.

Предмет исследования. Методами численного моделирования исследована закономерность диффузионных процессов в реакционных тиглях системы железо–олово при их электротермической обработке. Изучено влияние плотности тока и температуры на процессы тепло- и массопереноса в реакционной зоне. Метод. Численное моделирование выполнено методом конечных элементов. Разработанная модель описывает механические, тепловые, электрические и химические процессы при электротермической обработке системы железо–олово в реакционном тигле с учетом распределения компонентов при различных условиях обработки реакционного тигля. Основные результаты. Выполнен сравнительный анализ расчетных данных по диффузии олова в железо в условиях длительного воздействия высоких температур без приложения электрического напряжения и при нагреве реакционной зоны за счет пропускания электрического тока высокой плотности. Получена картина распределения массовых долей компонентов в зависимости от вида воздействия. Определена глубина проникновения взаимодействующих компонентов и выполнена оценка интенсивности протекания массообменных процессов. Установлены закономерности тепломассопереноса в системе железо–олово при изменении начальных параметров процесса. Верификация модели проведена путем сопоставления результатов моделирования с данными натурных экспериментов на контрольных образцах. Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при прогнозировании условий получения новых функциональных материалов.