Preview

Известия Юго-Западного государственного университета

Расширенный поиск

Научный рецензируемый журнал «Известия Юго-Западного государственного университета» является подписным периодическим печатным изданием, в котором публикуются материалы, содержащие результаты фундаментальных и прикладных исследований в области машиностроения, информатики и вычислительной техники и строительства. Основное содержание журнала составляют научные статьи, научные обзоры, научные рецензии и отзывы.

Журнал зарегистрирован в качестве средства массовой информации Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (свидетельство о регистрации ПИ №ФС77-42691 от 16.11.10).

Журнал издается в печатной форме с периодичностью 6 номеров в год. Обязательные экземпляры журнала направляются в Информационно-телеграфное агентство России (ИТАР-ТАСС). Журнал в печатной форме распространяется на всей территории РФ, а также за ее пределами по подписке. Подписной индекс по объединенному каталогу «Пресса России» - 41219.

Журнал включен в перечень ведущих научных журналов и изданий ВАК Минобрнауки России по следующим группам научных специальностей:

Машиностроение и машиноведение: 05.02.05; 05.02.07; 05.02.10;

Строительство: 05.23.01; 05.23.03; 05.23.17

Информатика, вычислительная техника и управление 05.13.01, 05.13.05, 05.13.06, 05.13.10; 05.13.18; 05.13.19

Редакция не взимает плату с авторов за подготовку, размещение и печать материалов.

Текущий выпуск

Том 24, № 4 (2020)
Скачать выпуск PDF

Машиностроение и машиноведение 

8-17 100
Аннотация

Цель исследования. Аппробация способа аддитивного формирования легкоплавких материалов, с применением твердотельного (иттербиевого) лазера низкой мощности (максимальная мощность 50 Вт). Проведены серии экспериментов, в результате которых были получены элементы режима формообразования, обеспечивающие формообразование изделий без полного расплавления материала построения с сохранением формы заготовки. Таким образом, была подтверждена возможность использования данного типа оборудования для формообразования аддитивным способом изделий из легкоплавких материалов, что является основой для дальнейших исследований на других материалах, а также дополнительного применения защитной атмосферы.
Методы. Для проведения экспериментов были применены методы планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных.
Результаты. Подтверждена возможность использования лазера низкой мощности для поставленных задач. Получены диапазоны значений режимов формообразования, которые обеспечивают формирование аддитивным способом изделий из легкоплавких материалов методом частичного оплавления.
Заключение. Проведенные экспериментальные исследования показали возможность применения твердотельного лазера низкой мощности для формообразования аддитивным методом изделий из легкоплавких материалов. Использование результатов данного исследования позволит проводить дальнейшие разработки формообразования аддитивным методом других металлов (таких, как медь или алюминий), для которых необходимо модернизировать оборудование в части создания защитной атмосферы в зоне расплава, а также увеличения мощности лазера.

18-28 82
Аннотация

Цель исследования. Работа посвящена доказательству, что вибрация державки режущего инструмента несет в себе информацию о текущей силе резания и виде сходящей стружки, а спектральный анализ виброускорения позволит извлечь данную информацию в полном объеме, что имеет потенциал для проведения оперативной диагностики режима резания и позволит, путем динамического корректирования параметров, соблюдать условия наилучшей обрабатываемости. Информация о виде стружки позволяет оценить температуру резания, как определяющий фактор стружкообразования, которую весьма проблематично измерить напрямую с достаточной точностью.
Методы. В работе логически обосновывается научное предположение о возможности оперативной диагностики процесса токарной обработки с помощью анализа спектра виброускорения державки режущего инструмента. Для подтверждения состоятельности предположения проведен натурный эксперимент. Предположение об изменении спектра следует из анализа причин, влияющих на величину проекций силы резания, а именно, вертикальной составляющей. Величина этой проекции определяется давлением стружки на переднюю поверхность резца.
Результаты. Проведена серия экспериментов по регистрации изменений спектрального состава вибрации режущего инструмента. Было доказано, что вибрация действительно несет информацию об основных параметрах процесса резания, то есть при изменении вида стружки качественно меняется состав спектра виброускорения. Адекватность полученных временных сигналов вертикальной составляющей виброускорения подтверждается их точным сходством с зависимостями вертикальной составляющей силы резания, поскольку эти характеристики связаны как причина и следствие.
Заключение. Спектральный анализ вибрации может стать основой оперативной диагностики токарной обработки металлов и лечь в основу Адаптивной системы управления режимами резания в станках с числовым программным управлением.

Строительство 

29-41 53
Аннотация

Цель исследования. Большинство трубопроводов тепловых сетей в нашей стране имеют значительный срок эксплуатации, превышающий 25 лет. Из-за применения морально и физически устаревших материалов тепловой изоляции, не обоснованного выбора способа прокладки тепловой сети, не отвечающих современным требованиям НТД, большой протяженности трубопроводов, при транспортировке теплоносителя теряется около 60% тепловой энергии. Вследствие чего, внедрение мероприятий по энергосбережению и повышение энергетической эффективности тепловых сетей, не требующих значительных капиталовложений, в настоящее время наиболее актуально.
Методы. В статье рассмотрен один из способов энергосбережения в системе теплоснабжения – за счет выбора наиболее эффективного способа прокладки трубопроводов. Выполнены тепловые расчеты, с учетом наличия различного оборудования тепловой сети, однотипных участков трубопроводов тепловой сети с применением одинакового материала тепловой изоляции при различных способах прокладки.
Результаты. В статье приведены результаты аналитического исследования требований, предъявляемых к выбору способа прокладки трубопроводов тепловых сетей, с целью систематизации и обобщения данных справочной и современной нормативной литературы, а так же обобщенные результаты проектных работ и рекомендаций экспертных организаций, что играет немаловажную роль при выборе площадки строительства, а так же выявлении факторов, позволяющих повысить энергоэффективность тепловых сетей. Одним из таких факторов является выбор наиболее эффективного способа прокладки трубопроводов.
Заключение. Всестороннее рассмотрение комплекса условий (геологических, климатических, конструктивных и других), в которых будут эксплуатироваться проектируемые трубопроводы тепловых сетей, позволяет выбрать наиболее эффективный способ прокладки, за счет применения которого возможно снижение потерь тепловой энергии на 50-80%.

42-56 56
Аннотация

Цель исследования. Выявленные несоответствия энергосберегающим нормам, принято рассматривать как совокупность отдельных элементов. Усовершенствование всей системы (стены, окна, перекрытия, покрытия) способствует уменьшению теплопотерь в окружающую среду, что приводит к экономии теплоэнергии в целом по исследуемому объекту. Метод, в котором рассматривается поэлементная составляющая здания, имеет некоторые недостатки, так как вследствие расчетов возникает значительная погрешность в определении удельной характеристики расхода теплоэнергии на отопление и вентиляцию здания и, отсюда, в определении класса энергетической эффективности здания. В данной статье рассматривается метод инструментального контроля показателей. В статье предлагается метод инструментального контроля показателей, по которым определяется класс энергетической эффективности многоквартирного дома в соответствии с текущими требованиями нормативных документов и законодательных актов.
Методы. Предложенная методика позволяет производить оценку с помощью общедомовых приборов учета расхода тепло- и электроэнергии в течение календарного года и краткосрочное инструментальное обследование с целью уточнения некоторых других, необходимых для оценки показателей энергоэффективности многоквартирных жилых зданий параметров. Также в статье предлагается уравнение перевода значения измеренной средней температуры внутреннего воздуха при краткосрочном обследовании на среднее значение температуры воздуха внутри здания за отопительный период.
Результаты. Была произведена апробация Метода при помощи комплексного инструментального
обследования многоквартирных жилых зданий типовой серии 1-447с из жилого фонда г. Тамбова. Величина отклонения значения фактического удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию с учетом бытовых теплопоступлений рассматриваемого здания от базового уровня (для данного МКД), составляет 151∙4,8 кВт∙·ч/м2, что соответствует отклонению в 13∙0,1 %. В соответствии с СП рассматриваемому зданию необходимо присвоить класс энергоэффективности – F (Низкий).
Заключение. Приведенный Метод может использоваться жителями МКД, сотрудниками Госжилинспекции и специалистами организаций, проводящих энергетические обследования, при оценке соответствия региональным нормативным показателям энергетической эффективности и энергопотребления, вводимых в эксплуатацию жилых и общественных зданий и зданий, находящихся в эксплуатации при присвоении упомянутым зданиям класса энергетической эффективности.

Информатика, вычислительная техника и управление 

57-75 86
Аннотация

Цель исследования. Данная работа посвящена проблеме идентификации человека по походке с помощью нейросетевых моделей распознавания, ориентированных на работу с RGB изображениями. Главным преимуществом использования нейросетевых моделей перед существующими методами анализа двигательной активности является получение изображений из видеопотока без предобработки кадров, увеличивающей время анализа.
Методы. В данной работе был предложен подход к идентификации человека по походке, который основывается на идее многоклассовой классификации на видеопоследовательностях. Оценка качества функционирования разработанного подхода производилась на основе набора данных CASIA Gait Database, включающего в себя более 15000 видеопоследовательностей. В качестве классификаторов были апробированы 5 нейросетевых артитектур: трехмерная сверточная нейронная сеть I3D, а также 4 архитектуры, представляющие собой сверточно-рекуррентные сети, такие, как однонаправленная и двунаправленная LTSM, однонаправленная и двунаправленная GRU, скомбинированные со сверточной нейронной сетью архитектуры ResNet, используемой в данных архитектурах в качестве экстрактора визуальных признаков.
Результаты. Согласно результатам проведенного тестирования, разработанный подход предоставляет возможность осуществлять идентификацию человека в видеопотоке в режиме реального времени без использования специализированного оборудования. По результатам его апробации с помощью рассматриваемых нейросетевых моделей точность идентификации человека составила более 80% для сверточно-рекуррентных моделей и 79% для модели I3D.
Заключение. Предложенные модели на основе архитектуры I3D и сверточно-рекуррентных архитектур показали более высокую точность, чем существующие методы решения задачи идентификации человека по походке. За счет возможности покадровой обработки видео наиболее предпочтительным классификатором для разработанного подхода является использование сверточно-рекуррентных архитектур на основе однонаправленной LSTM или GRU моделей соответственно.

76-90 61
Аннотация

Цель исследования. Повышение качества и скорости сбора сельскохозяйственной продукции за счёт разработки моделей, алгоритмов управления и многокритериальной оптимизации конфигурации робототехнического захвата.
Методы. Для достижения поставленной цели в работе использовались методы математического и компьютерного моделирования, многокритериальной оптимизации, теории объектно-ориентированного проектирования и программирования. Описана математическая модель кинематической схемы прототипа робототехнического захвата, ее геометрические ограничения и целевые функции, используемые при оптимизации.
Результаты. Выполнен обзор подходов к роботизированной уборке сельскохозяйственной продукции, подтверждающий актуальность данного исследования конфигураций робототехнического захвата, обеспечивающего надежную без нанесения повреждений фиксацию объекта. Представлены результаты экспериментов по оцениванию разработанных алгоритмов и программной системы оптимизации конфигурации робототехнического захвата. Разработанная программная система AgroGripModeling для моделирования конфигурации робототехнического захвата с использованием трёх апостериорных алгоритмов NSGA-II, MOGWO и MOPSO многокритериальной оптимизации апробирована при проектировании прототипа четырёхпалого захвата с вакуумным сильфоном для сбора томатов.
Заключение. При проектировании робототехнического захвата необходимо учитывать разнообразие манипулируемых объектов, сложность их идентификации и наведения манипулятора в сложной естественной среде с препятствиями. Задача оптимизации механизма захвата связана с выполнением ряда противоречивых требований по надёжности, мягкости, точности, скорости, энергоэффективости, формирующих сложное пространство поиска решений. Разработанная программная система AgroGripModeling обеспечивает моделирование конфигурации робототехнического захвата и оценивание ее качества с использованием трёх апостериорных алгоритмов NSGA-II, MOGWO и MOPSO. Апробация системы проведена при многокритериальной оптимизации конфигурации прототипа четырёхпалого захвата с вакуумным сильфоном для сбора томатов.

91-106 50
Аннотация

Цель исследования. Повышение эффективности работы грузового порта с точки зрения предотвращения наступления рисковых ситуаций на основе разработки инструментария комплексного анализа рисков грузового порта путем интеграции логического, вероятностного и имитационного моделирования.
Методы. Представлена структурная модель риска недостижения стратегической цели грузового порта, дополненная несколькими уровнями рассмотрения, разработана модель сценариев всех имеющихся значимых рисков, предложена гибридная логико-вероятностная модель риска недостижения основной стратегической цели порта, позволяющая связать воедино технологию формализации рисков с помощью построенных логических и вероятностных моделей, а также имитационное моделирование, интерпретация результатов которого возможна с использованием ЛВ-моделей и сценариев.
Результаты. На основе поставленной цели исследования и сформулированных задач были построены различные виды моделей наступления рисковых событий грузового порта. Предложенные модели позволяют осуществить комплексный анализ риска недостижения стратегической цели грузового порта на основе сценарной формализации рисков различных уровней, а также упростить процесс интерпретации результатов имитационного моделирования с учетом внешних факторов влияния. Всё это позволит вырабатывать своевременные обоснованные управленческие решения.
Заключение. На основании поставленной задачи предложена формализация рисков различного уровня и взаимосвязей между ними с использованием логико-вероятностного моделирования, позволяющая на основе комплексного анализа риска недостижения стратегической цели грузового порта с использованием интерпретации результатов имитационного моделирования формулировать управленческие решения.

107-125 80
Аннотация

Цель исследования. Разработка алгоритма сглаживания траектории движения наземного робота по пересеченной местности, представленной в виде графа в трехмерном пространстве.
Методы. В данной статье представлен алгоритм CSA (Curve Smoothing and Averaging) для сглаживания на плоскости Оху локальных кривых, составляющих глобальную кривую, представленную в виде пути на связном графе в трехмерном пространстве. Представленный алгоритм основан на разработанном ранее подходе LRLHD-A*, в котором используется информация о вершинах графа, их соседях и соединяющих их ребрах для выбора области, через которую будет пролегать сглаженная кривая. Во избежание на выходе алгоритма ломаной кривой был разработан метод усреднения кривой, идея которого заключается в смещении серединных точек локальных кривых, вдоль ребер, на которых они находятся.
Результаты. Было произведено экспериментальное сравнение кривизны траекторий, получаемых с помощью алгоритма сглаживания кривой с усреднением кривой (CSA) и без него (CS). Тестирование метода проводилось на трехмерной карте местности, представленной в виде графа с 100082 вершинами. Для проведения экспериментов использовалась выборка из 10 пар случайных вершин, между которыми строился путь с помощью алгоритма LRLHD-A*. Результаты экспериментов показали, что усреднение кривой после сглаживания снижает ее кривизну от 24 до 42%.
Заключение. Траектории, сглаженные с помощью разработанного алгоритма CSA, имеют более плавные изгибы кривой на поворотах, по сравнению с алгоритмом, взятым за основу. Это позволяет добиться более плавного движения роботов и как следствие снижения расхода заряда аккумулятора робота.

126-145 68
Аннотация

Цель исследования. Обнаружен большой спектр задач, которые важны на практике и которые могут быть сведены за полиномиальное время к задачам дискретной комбинаторной оптимизации, многие из которых допускают решение с применением теории графов. Одна из таких задач – отыскание хроматического числа графа и соответствующей ему раскраски. Учитывая факт того, что комбинаторная задача отыскания хроматического числа графа относится к классу сложности NP и не допускает получения оптимального решения за рациональное время для задач практически важной размерности, то поиск подходящего эвристического метода, позволяющего получать решения высокого качества с низкими затратами, необходимыми для вычисления, является востребованным и актуальным. Целью проведённого исследования является анализ результатов использования метода пчелиной колонии в поставленной задаче. Задачами описываемой работы являются: описание алгоритмических приёмов в формализованной форме, которые дают возможность применить метод пчелиной колонии в решаемой задаче, внесение модификаций в метод пчелиной колонии, повышающих эффективность применения метода, а именно качество получаемых итоговых раскрасок, а также определение факторов, влияющих на качество и временные затраты при нахождении решений.
Методы. Для проведения исследования в выбранной области были организованы вычислительные эксперименты, базирующиеся на применении эвристических методов в рассматриваемой задаче. Была проведена метаоптимизация настроечных параметров методов и определение их скорости сходимости, а также выполнено сравнение качества и времени получения решений.
Результаты. В результате проведённого исследования была выявлена скорость сходимости метода большая, чем у метода случайных блужданий, обнаружена зависимость качества получаемых итоговых раскрасок от размера графа N и плотности d. Было установлено, что выбранный метод является более быстрым относительно метода взвешенного случайного перебора с вариацией вершин по минимуму допустимых цветов на »67%, который на текущий момент формирует решения с самым низким хроматическим числом, при этом проигрывая ему в качестве на »7%. Замечена более высокая скорость сходимости при сравнении с методом случайных блужданий, принцип работы которого совпадает с пчёлами-фуражирами.
Заключение. Обнаружено, что метод пчелиной колонии находит раскраски с аналогичным усреднённым хроматическим числом за меньшее число итераций, чем метод случайных блужданий, т.е. обладает более высокой скоростью сходимости, при этом оставаясь значительно быстрым относительно метода случайного перебора с вариацией вершин по уменьшению допустимых цветов.

146-165 49
Аннотация

Цель исследования. Целью данной статьи является формализация процессов создания геоинформационной продукции (ГИП), в рамках ее жизненного цикла (ЖЦ), с учетом разнородных видов ресурсов ГИС научно-производственного предприятия (НПП). В качестве объекта исследования выбрана типовая подси-стема инфраструктуры АИС предприятия.
Методы. В статье на основе анализа научных источников и стандартов показано, что при создании ГИП требуются изменения традиционных подходов, принципов, моделей и методов как самих процессов создания ГИП, так и управления инфраструктурой и ресурсами НПП. Представлена в табличном виде модель, описывающая жизненный цикл создания ГИП с учетом перечня требуемых ресурсов и обеспечений. Выявлены особенности ЖЦ ГИП, базирующиеся на процессах геоинформационных технологий. Рассмотрен общий подход в формализации этапов, описывающих процессы обработки ГПИ и функционирования типовых элементов ГИС предприятия. На основе системных представлений и теоретико-множественного подхода разработана модель процесса автоматизированной обработки (ПАО) ГПИ, представленная декартовым произведением векторов. Выделены роль и особенности информационного обеспечения в создании ГИП.
Результаты. Проведенный анализ особенностей создания и функционирования ГИП, а также разработанное структурно-графическое и табличное представление позволили выявить взаимосвязь особенностей ГИП и содержания этапов их ЖЦ. Полученные результаты позволят четче позиционировать представляемые к разработке и эксплуатации элементы и компоненты ГИП, прежде всего в ГИС НПП, предоставят возможность адекватнее определить требования к системам данного класса.
Заключение. Представленные модели ЖЦ ГИП, учитывающие выявленные особенности их построения и функционирования, позволят, в дальнейшем, ставить и решать задачи моделирования и управления системами данного класса.

166-179 62
Аннотация

Цель исследования. Создание систем мониторинга водоемов позволяет оперативно оценивать экологическую ситуацию в различных точках района мониторинга. Одним из основных этапов исследования качества воды является отбор проб, который сегодня осуществляется на стационарных постах, что делает невозможным обеспечение оперативного контроля на различных участках объекта наблюдения. Решение проблемы возможно за счет применения мобильных роботизированных платформ. Целью работы является создание математической модели и алгоритма управления автономным движением подводного роботизированного устройства для сбора проб воды в водоеме.
Методы. Для этого решены следующие задачи: разработана структура устройства, которая состоит из блока силового каркаса, блоков винтовых электроприводов, блоков рулей глубины и направления. А также блока бортового источника питания, блока сенсоров, обеспечивающих взаимодействие подводного аппарата с окружающей средой. Сформулированы задачи управления, для этого разработана схема движения устройства в водоеме.
Результаты. Предложен модульный метод планирования траектории, основанный на понятии единичный цикл движения, который состоит из 2-х поворотов и 2-х прямолинейных этапов 2R2P, также предложена модель управляющего алгоритма и исследованы реакции аппарата на внешние возмущения. При решении задач применены общие теоремы динамики, метод синтеза алгоритма по обратной задаче динамики.
Заключение. В результате проведенных исследований рассмотрена реакция системы на возмущающие воздействия, действующие в продольном направлении, приведены графики возмущения, случайного типа с нормальным законом распределения и отклонение центра масс от заданного положения.

180-199 121
Аннотация

Цель исследования заключается в поиске разрешимых постановок задач повышения эффективности коллаборативного взаимодействия людей и роботов в эргатических робототехнических системах, или, по-другому, в коллаборативных робототехнических системах.
Методы. Для достижения поставленной цели проведён комплексный анализ работ, опубликованных в высокорейтинговых рецензируемых научных изданиях с открытым доступом. В § 1 приведены основные термины и понятия коллаборативной робототехники и обсуждается их текущее понимание в исследовательском сообществе. Описана структура рабочих пространств в зоне взаимодействия человека и робота, перечислены критерии отнесения робота к классу коллаборативных. В § 2 описаны критерии безопасного взаимодействия человека и робота в едином рабочем пространстве. В § 3 обсуждаются различные основания классификаций взаимодействий человека и робота в коллаборативных РТС.
Результаты. Значительная часть опубликованных работ по коллаборативной робототехнике посвящена организации безопасного взаимодействия человека и робота, а вопросам повышения эффективности такого взаимодействия пока уделяется значительно меньше внимания. Весьма актуальной задачей в проблеме повышения эффективности коллаборативных робототехнических систем является идентификация задач, аналогичные которым уже решались в других предметных областях – в частности, в области управления организационными системами. В § 4 обоснована возможность использования термина «команда» для коллаборативных роботов в коллаборативной РТС. В § 5 предложена формальная постановка задачи оптимального распределения работ в команде коллаборативных роботов, аналогичная задаче формирования неоднородной команды в теории управления организационными системами.
Заключение. Предложенная постановка задачи оптимального распределения работ в команде коллаборативных роботов показывает возможность использования для управления коллаборативными робототехническими системами с целью повышения эффективности взаимодействия людей и роботов результатов, полученных в рамках группы математических моделей формирования и функционирования команд. Представляется перспективным продолжить поиск в направлении адаптации моделей и механизмов управления теории управления организационными системами и методологии комплексной деятельности.

200-216 87
Аннотация

Цель исследования. Повышение точности наведения робототехнического захвата, установленного на беспилотном летательном аппарате, и стабильности всей комбинированной воздушной манипуляционной системы является основной целью данного исследования. Для достижения указанной цели была решена частная задача разработки системы управления манипулятора, которая учитывает совместное рабочее пространство манипулятора и беспилотного летательного аппарата.
Методы. В данной работе предложена кинематическая модель манипулятора с тремя степенями свободы, которая является частью воздушной манипуляционной системы квадроротора. Поворотное движение двух последовательных звеньев выполняется с помощью шарнирного соединения. Для данного манипулятора были решены прямая и обратная задача кинематики, а также получены уравнения для динамической модели. Динамический отклик каждого звена достаточен для быстрой стабилизации системы с небольшим перерегулированием. На основе этих данных для управления манипулятором был разработан самонастраивающийся нечеткий пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор. Система управления для каждого звена манипулятора состоит из ПИД-регулятора и нечеткого ПИД-вывода с использованием метода Мамдани.
Результаты. Было проведено моделирование разработанной системы управления манипулятором при отсутствии возмущений. Показано, что предложенная система управления удовлетворяет заданным требованиям и обеспечивает непрерывное и плавное перемещение звеньев манипулятора по рассчитанной траектории.
Заключение. Разработанный метод управления движением трехзвенного манипулятора обеспечивает горизонтальный сдвиг центра масс не более 1,25 мм, что является приемлемым результатом для быстрой стабилизации беспилотным летательным манипулятором и проведения дальнейших практических экспериментов.

217-229 63
Аннотация

Цель исследования. Целью данного исследования является оценка возможности разработки и моделирования оптимальной системы управления продольным перемещением робокара по критерию максимального быстродействия путем применения системы виртуального моделирования MSC.Adams и пакета математического моделирования MATLAB.
Методы. Одним из подходов исследования является моделирование систем, при этом в качестве программного средства синтеза виртуальной физической модели робота используется система виртуального моделирования, а для моделирования системы управления применяется пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений MATLAB и графическая среда имитационного моделирования Simulink. В качестве метода синтеза системы управления продольным перемещением применяется принцип максимум Понтрягина, а в качестве критерия оптимальности выступает максимальное быстродействие.
Результаты. Представлена структура системы управления роботизированной платформой, разработан оптимальный алгоритм управления и реализован в среде Simulink. Разработана структура системы управления физической моделью с передачей данных в Adams. Приведены и проанализированы кривые разгона и фазовый портрет системы управления моделью при продольном перемещении роботизированной платформы.
Заключение. Как видно из приведенных результатов моделирования, оптимальный позиционный закон управления, реализующий принцип максимума, отрабатывает задание с требуемыми показателями качества. В связи с этим, предложенный алгоритм можно использовать при разработке систем управления продольным перемещением мобильных роботов. Совместное моделирование функционирования виртуального прототипа и системы управления объектом в среде Matlab и Adams позволяет избежать изготовления натурной модели и дает возможность принять во внимание физические свойства объекта без создания аналитической модели.

230-243 49
Аннотация

Цель исследования. В качестве объекта управления рассматривался тепловой агрегат в виде модифицированной двухъярусной туннельной печи, предназначенной для производства пеностекольных блоков. Основной целю данной работы являлось исследование, состоящее в повышении качества выпускаемой продукции, снижении брака и в конечном итоге в повышении производительности за счёт разработки автоматизированной системы управления тепловым полем технологического агрегата по производству пеностекольных блоков с использованием адаптивного трёхпозиционного закона управления с адаптацией под нагрузку средней позиции регулятора.
Методы. На начальном этапе разрабатывалась функциональная схема автоматизации модифицированной двухъярусной туннельной печи. Для моделирования динамических дискретных систем применялся математический аппарат в виде помеченных сетей Петри, в результате чего осуществлялась алгоритмизация технологического процесса производства пеностекольных блоков. Данное решение поставленной задачи целесообразно использовать в виде методики алгоритмизации и программирования логического контроллера, входящего в структуру системы автоматизации. Разработанную функциональную схему автоматизации можно преобразовать в мнемосхему, тем самым реализовав SCADA-систему, предназначенную для управления и визуализации, диагностики и слежения за процессом на централизованном пункте управления, что является частью автоматизированного рабочего места оператора-технолога. Изложенный подход к разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом имеет обобщённое представление. Решение носит методологический характер, демонстрирующий удобство использования модели в форме помеченной сети Петри.
Результаты. В ходе исследований разработан граф операций производственного процесса с дискретным адаптивным трёхпозиционным регулированием средней позиции под нагрузку. Для проверки правильности графа операций выполнено построение дерева достижимых маркировок, и проведен его анализ на соблюдение условий безопасности и живости сети. Разработана блок-схема основного алгоритма и алгоритма адаптации управляющей программы контроллера.
Заключение. Изложенный подход к разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом производства пеностекольных блоков имеет обобщённый характер хотя и проиллюстрирован на применении к конкретному объекту, поскольку допускает изменение как числа переменных xi , zi , так и их функционального назначения, то есть вместо датчиков, толкателей, задвижек, значений параметров, например температуры, могут применяться другие элементы автоматики и другие физические переменные и их параметры. Таким образом, представленное решение носит методологический характер, демонстрирующий удобство использования модели в форме сети Петри и дерева достижимых маркировок для алгоритмизации и программирования логического контроллера, входящего в структуру системы автоматизации.

244-255 69
Аннотация

Цель исследования. В процессе проектирования у разработчиков, занимающихся решением профессиональных вопросов, связанных с разработкой новых методов и средств проектирования, неизбежно появляются проблемы, связанные с моделированием автоматизируемых и проектируемых объектов. Проведенный анализ проблем проектирования сложных систем показал, что недостатки процесса проектирования появляются, в частности, из-за неполной генерации возможных вариантов проектов, а также их частичного упорядочения. При этом имеется определенная несбалансированность свойств систем проектирования и возникает проблема отсутствия адекватных методов описания процессов проектирования.
Методы. В процессе частичного упорядочения допустимых вариантов проектов при определении структуры системы проектирования на этапе генерации используется структура некоторой порождающей грамматики, которая должна обладать, в первую очередь, управляющими свойствами, обеспечивающими частичное упорядочение вариантов уже в процессе генерации. Кроме этого, для учета изменений состава и параметров проектных решений порождающая грамматика должна обладать адаптивными свойствами, что определяет необходимость в выборе соответствующего способа адаптивного управления процессом порождения, учитывающего, например, частую повторяемость процесса проектирования.
Результаты. Определена модель формализованной распознающей системы при выборе варианта проекта, представленного в классе распознающих грамматик. Приведены правила формирования элементов распознающих грамматик, а алфавит может быть представлен многоальтернативной вероятностной сетью проектных вариантов. Рассмотрен выбор типа эталона объекта проектирования, определены элементы структуры системы проектирования.
Заключение. Структура системы проектирования может быть параметрически доопределена на основании правил формирования элементов распознающих грамматик, а возможности порождения вариантов могут быть согласованы с ее распознающими возможностями, при этом выбор структуры и прогнозирование параметров проектов производится с учетом количества и свойств ресурсов проектирования. Необходимо отметить, что обеспечение только свойств системы проектирования, сокращающих описание процесса, может привести к трудностям распознавания вариантов. В то же время выбор адаптивной структуры системы проектирования позволяет построить языковую систему с изменяемыми свойствами, обеспечивающими требуемое сокращение или расширение описания проекта.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.