Том 58 № 4 2022 (ИЮЛЬ – АВГУСТ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

УПРАВЛЯЮЩИЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 

1. Рапопорт Э. Я., Плешивцева Ю. Э. Оптимальное управление подвижными объектами технологической теплофизики

Аннотация:
Рассмотрена задача оптимального по типовым критериям качества управления подвижными объектами с распределёнными параметрами применительно к актуальной проблеме оптимизации температурных режимов работы технологических установок непрерывного действия для предварительного нагрева полуфабрикатов перед последующей обработкой давлением. Определены оптимальные по расходу энергии распределения мощности тепловыделения по длине нагревателя в стационарных режимах его работы, выступающие в роли искомых проектных решений объекта. Предложены алгоритмы программного и позиционного управления переходными режимами работы нагревательной установки, оптимальные по типовому квадратичному критерию качества в условиях заданной точности равномерного приближения конечного пространственного температурного распределения к требуемому. Показано, что процедура синтеза оптимального регулятора сводится к построению системы управления с линейными обратными связями по неполному измерению состояния при нестационарных коэффициентах передачи, определяемых предварительным расчётом программного управления.

Страницы: 3-19
DOI: 10.15372/AUT20220401

2. Асанов А. З. Компенсация возмущений и взаимовлияния каналов управления угловой ориентацией и стабилизацией космического аппарата дистанционного зондирования Земли

Аннотация:
Для решения проблемы компенсации влияния возмущения на угловое положение космического аппарата предложена инженерная методика синтеза алгоритма управления маховичной системой ориентации и стабилизации, основанная на обеспечении селективной инвариантности системы управления и схемы противонакопления сигнала. Эффективность метода подтверждена численным моделированием.

Страницы: 20-27
DOI: 10.15372/AUT20220402

3. Герасимов Ф. П., Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Мальцев А. С., Ян А. П. Система управления движением квадрокоптера на основе каскадных фильтров Калмана

Аннотация:
Для решения задачи оценки ориентации и местоположения летательного аппарата предложена система на основе последовательно соединённых фильтров Калмана: линейного фильтра Калмана в контуре стабилизации ориентации и расширенного фильтра Калмана в подсистеме удержания заданного местоположения. Эффективность разработанной системы управления подтверждена экспериментальными результатами по управлению полётом квадрокоптера в помещении.

Страницы: 28-38
DOI: 10.15372/AUT20220403

4. Боровик С. Ю., Заякин О. А., Подлипнов П. Е., Секисов Ю. Н. Влияние скорости потока масла на результат обнаружения частиц износа пар трения в системах смазки силовых установок

Аннотация:
Рассматривается задача контроля наличия металлических частиц износа пар трения в маслосистемах энергосиловых установок. Решение задачи предлагается на основе применения многоканального кластерного вихретокового датчика с одновитковыми чувствительными элементами. Датчик устанавливается в разрыв масляной магистрали силовой установки и обеспечивает идентификацию ферромагнитных и неферромагнитных частиц металла, а также ранжирование их по нескольким размерным группам. Рассматриваются особенности преобразования индуктивностей чувствительных элементов в дифференциальных измерительных цепях при движении частиц металла по масляному каналу датчика, и анализируется влияние скорости движения частиц в потоке масла на результат преобразования сигналов датчика. Приводится алгоритм распознавания частиц металла и отнесения их к заданным размерным группам. Оценивается корректность работы алгоритма с учётом возможного влияния скорости движения частиц по масляному каналу датчика.

Страницы: 39-49
DOI: 10.15372/AUT20220404

5. Трубин М. В., Юркевич В. Д. Алгоритмы оценки коэффициента усиления канала силового нагружения электрогидравлического стенда прочностных испытаний

Аннотация:
Рассматривается задача оценки коэффициента усиления канала силового нагружения электрогидравлического стенда прочностных испытаний, в частности, на основе анализа частотных характеристик, градиентного метода, метода наименьших квадратов со скользящим окном, рекуррентного метода наименьших квадратов с забыванием и гармонического анализа. Приведены расчётные соотношения алгоритмов получения оценки коэффициента усиления канала силового нагружения, представлены результаты апробации данных методов на экспериментальном стенде, выполнено сравнение полученных оценок разными методами. В результате проведённых исследований даны рекомендации для построения адаптивной системы управления с контуром идентификации коэффициента усиления канала силового нагружения стенда прочностных испытаний авиационных конструкций. Полученные результаты позволяют автоматизировать процесс настройки регуляторов для электрогидроприводов стенда и ускорить процесс проведения ресурсных и статических прочностных испытаний авиационных конструкций.

Страницы: 50-58
DOI: 10.15372/AUT20220405

6. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Концепция «фарватера» в задачах потенциального наведения мобильных роботов

Аннотация:
В современной робототехнике всё большую актуальность приобретают вопросы локальной навигации мобильных роботов (МР), обеспечивающей целенаправленное движение робота в среде с препятствиями. При этом к числу наиболее популярных относятся методы локальной навигации МР, основанные на применении искусственных потенциальных полей (ПП), порождающих виртуальные силы «притяжения» к цели и «отталкивания» от препятствий. Однако их применение наталкивается на проблему потенциальных ям, являющихся локальными «ловушками» для МР. В работе излагается новый метод потенциального наведения МР, основанный на концепции «фарватера» и позволяющий не только решать проблему ловушек, но и выбирать оптимальный маршрут движения робота к цели. Обсуждаются конструктивные аспекты метода фарватера, предлагается метод виртуальных частиц для нахождения нужного фарватера на карте силовых линий ПП.

Страницы: 59-66
DOI: 10.15372/AUT20220406

7. Бычков И. В., Феоктистов А. Г., Горский С. А., Костромин Р. О., Федоров Р. К. Автоматизация интеграции сервисов веб-обработки данных экологического мониторинга с распределёнными научными приложениями

Аннотация:
Решение задач экологического мониторинга обоснованно требует осуществления сбора, оцифровки, хранения и анализа большого объёма пространственно-временных данных. Зачастую их обработка обусловливает необходимость применения распределённых вычислений. В известных геоинформационных системах средства для поддержки такого рода вычислений в полной мере, как правило, отсутствуют. Предложен подход к решению данной проблемы на основе интеграции геоинформационной системы со средствами разработки и применения распределённых научных приложений в гетерогенной вычислительной среде посредством представления этих приложений сервисами веб-обработки данных. Преимущество такого подхода заключается в снижении трудоёмкости подготовки и проведения экспериментов с геоданными.

Страницы: 67-75
DOI: 10.15372/AUT20220407

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

8. Юркевич В. Д. Расчёт резонансного ПИД-регулятора для  трёхфазного  четырёхпроводного  инвертора напряжения с раздельными шинами питания

Аннотация:
Рассматривается проблема повышения точности синхронизации трёхфазных напряжений автономного четырёхпроводного инвертора с сетью. Повышение точности синхронизации достигается путём применения пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) резонансного регулятора. Предлагаются новая структура резонансного ПИД-регулятора и методика расчёта его параметров. Особенность такого подхода состоит в применении метода разделения движений, что позволяет выполнить расчёт ПИД-составляющей регулятора независимо от выбора параметров его резонансных компонент. Применение данного подхода к расчёту регулятора автономных инверторов напряжения позволяет улучшить электромагнитную совместимость и уменьшить потери в системах распределённой генерации электроэнергии. Приведены результаты численного моделирования.

Страницы: 76-87
DOI: 10.15372/AUT20220408

9. Рапопорт Э. Я., Ильина Н. А. Оптимальное по быстродействию двухканальное управление взаимосвязанными объектами с распределёнными параметрами

Аннотация:
Предлагается конструктивный метод решения задачи двухканального оптимального по быстродействию граничного управления двумя физически неоднородными объектами с распределёнными параметрами, описываемыми линейными уравнениями теплопроводности в условиях идеального теплового контакта взаимодействующих сред при типичной для инженерных приложений оценке целевых множеств управляемых температурных полей в равномерной метрике. Разработанная технология использует специальный метод описания исследуемых температурных полей в форме, содержащей равномерно сходящиеся ряды. Развиваемый подход базируется на процедуре параметризации искомых управляющих воздействий и последующей редукции к задаче полубесконечной оптимизации, которая решается по схеме альтернансного метода в условиях дополнительного ограничения на одинаковую продолжительность процесса управления для обоих управляющих воздействий.

Страницы: 88-100
DOI: 10.15372/AUT20220409

10. Вотрина О. А., Французова Г. А., Худяков Д. С. Синтез регулятора на основе метода локализации для линейной модели объекта в виде двойного перевёрнутого маятника на тележке

Аннотация:
Обсуждается возможность применения алгоритма стабилизации для линеаризованной системы Двойной перевёрнутый маятник на тележке посредством метода локализации. В целях упрощения процедуры расчёта регулятора предлагается предварительно преобразовать описание объекта к каноническому базису и сформировать алгоритм управления в виде функции канонических переменных. Путём обратного преобразования переменных описание регулятора представляется в исходном базисе, что позволяет дать рекомендации по его физической реализации. Поскольку только часть внутренних переменных объекта доступна для непосредственного измерения, то для создания регулятора необходимо получить оценку оставшихся переменных. С этой целью предлагается применить три однотипных дифференцирующих устройства, что позволяет оценить полный вектор состояния. Показано, что рассчитанный регулятор обеспечивает стабилизацию маятника в верхнем положении при малом отклонении угла от вертикали. Основные свойства синтезированной системы иллюстрируют результаты моделирования в интегрированной среде MATLAB Simulink.

Страницы: 101-109
DOI: 10.15372/AUT20220410

11. Саблина Г. В., Маркова В. А. Настройка параметров ПИД-регулятора в системе с объектом второго порядка с запаздыванием

Аннотация:
Обсуждается возможность применения различных методов настройки параметров пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора в системе с объектом второго порядка с транспортным запаздыванием. По экспериментально полученной характеристике разгона определена передаточная функция объекта, её параметры, оценены показатели качества переходного процесса, сформулирована задача исследования. Так как объект управления обладает существенным запаздыванием, планируется исследовать несколько методов настройки регулятора с целью выбора наиболее подходящего из них. Исследуются методы: Циглера — Никольса (частотный способ), Чина — Хронеса — Ресвика, Куна (быстрая настройка), Стогестада, численной оптимизации с различными стоимостными функциями. По результатам расчёта выполнено моделирование синтезированных систем в интегрированных средах MATLAB Simulink и VisSim. Проведено сравнение графиков переходных процессов, полученных при использовании различных методов. Показано, что из всех исследованных подходов метод численной оптимизации позволяет обеспечить наилучшее качество переходного процесса на выходе замкнутой системы.

Страницы: 110-117
DOI: 10.15372/AUT20220411

12. Громилин Г. И., Косых В. П., Яковенко Н. С. Метод определения координат центра роговицы глаза в системе определения направления взгляда

Аннотация:
В ряде систем бесконтактного слежения за направлением взгляда по видеоданным, формируемым видеокамерой, которая не привязана механически к голове клиента, взаимное положение камеры и глаз клиента определяется по бликам, которые создаются на роговице глаз точечными источниками ИК-излучения, жёстко связанными с камерой. В работе рассматривается новый алгоритм оценивания трёхмерных координат центра роговицы по изображениям бликов от пары точечных источников излучения. Показано, что при расстоянии между глазом и камерой, значительно превышающем радиус роговицы, задача сводится к решению одного нелинейного уравнения, что значительно сокращает вычислительные затраты. Приводятся результаты численного эксперимента, подтверждающего сохранение точности оценок.

Страницы: 118-124
DOI: 10.15372/AUT20220412

13. Гужов В. И., Ильиных С. П., Захаров К. В., Майер О. Ю. Восстановление изображений из серии голограмм, зарегистрированных с низким разрешением с помощью нового уравнения дискретизации

Аннотация:
Рассматривается новый метод восстановления изображений из голограмм с высоким пространственным разрешением, основанный на сдвигах голограммы на величину меньше размера апертуры. Метод использует уравнение дискретизации, полученное с помощью обобщённых функций. Проведено математическое моделирование процесса восстановления высокоразрешающего изображения из голограмм с низким разрешением. Предложенный метод может быть использован для получения цифровых голограмм с помощью матрицы фотоприёмников с низким разрешением. Метод не требует прямого решения системы алгебраических уравнений большой размерности.

Страницы: 125-130
DOI: 10.15372/AUT20220413