Том 61 № 2 2025 (МАРТ – АПРЕЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

УПРАВЛЯЮЩИЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

 

1. Бычков И. В., Феоктистов А. Г., Боднюк М. Е., Карамов Д. Н. Система мониторинга физической модели микросети

Аннотация:
Применение микросетей является актуальным направлением развития энергетики как в России, так и за рубежом. При этом возникают проблемы выбора оптимальной структуры и параметров функционирования таких сетей. Проведение натурных экспериментов с реальным энергетическим комплексом обуславливает определённые риски, связанные с большими временны́ми и финансовыми затратами, а также надёжностью и безопасностью работы его оборудования. Поэтому, как правило, проводятся исследования на математической или физической моделях микросети. Физическая модель позволяет решить ряд важных задач, в числе которых анализ структуры сети, изучение её ключевых свойств (живучести, надёжности, регулирования спроса и предложения энергоресурсов, использования возобновляемых источников энергии и др.) и определение оптимальных режимов работы. Рассматривается система мониторинга физической модели микросети — имитационного стенда, моделирующего сеть с высокой долей возобновляемых источников электроэнергии.

Страницы: 5-12
DOI: 10.15372/AUT20250201

2. Мамонов В. Н., Миськив Н. Б., Назаров А. Д., Серов А. Ф., Терехов В. И. Оценка размеров вихревых структур в кольцевом потоке системы Куэтта — Тейлора с помощью амплитудно-частотных спектров пульсаций давления

Аннотация:
Предложен метод и технические средства, позволяющие проводить оценку размеров вихревых структур, генерируемых в кольцевом пространстве системы Куэтта — Тейлора. Оценка размеров данных структур проводилась на основе анализа измеренных амплитудно- частотных спектров пульсаций радиальной составляющей динамического давления. Предложена простая модель генерации вихрей в кольцевом течении Куэтта — Тейлора под воздействием вращающейся поверхности внутреннего цилиндра. На базе этой модели и при использовании измеренных амплитудно-частотных спектров пульсационной составляющей радиального давления проведена оценка размеров генерируемых вихрей в кольцевом течении Куэтта — Тейлора. Показано, что в потоке присутствуют три типа вихрей: c диаметром, заметно меньшим ширины кольцевого зазора, диаметром, сопоставимым с шириной кольцевого зазора, и диаметром, заметно превышающим ширину кольцевого зазора системы, что приводит к их деформации (сплющиванию).

Страницы: 13-20
DOI: 10.15372/AUT20250202

3. Абдуракипов С. С., Бутаков Е. Б. Исследование возникновения дросса на линии горячего цинкования с использованием машинного обучения

Аннотация:
Представлена модель машинного обучения на основе градиентного бустинга, разработанная для прогнозирования возникновения дефектов (дроссов) на оцинкованных стальных листах, применяемых в автомобильной промышленности. Проведён анализ влияния технологических параметров на возникновение дефектов, что позволило определить ключевые факторы, влияющие на качество покрытия: скорость прокатки, удлинение и усилие в дрессировочной клети, толщина цинка сверху, температура цинкования и температура в носке печи. Разработан цифровой помощник для оценки рулонов в режиме реального времени, обеспечивающий симуляцию процесса принятия решений и помогающий оперативно управлять технологическим процессом.

Страницы: 21-30
DOI: 10.15372/AUT20250203

4. Скляров А. Н., Веригин С. А., Ракшун Я. В. Модификация программного пакета Sardana для нужд системы окружения образца экспериментальной станции 1-1 «Микрофокус» ЦКП «СКИФ»

Аннотация:
Приведены модификации программного пакета Sardana для автоматизации экспериментальных станций синхротронного излучения, созданные для достижения номинальной точности работы позиционеров и меньших временны́х затрат при минимальном контроле со стороны оператора, а также для выполнения типовых экспериментов и гибкой конфигурации эксперимента. Данные модификации применены в автоматизированной системе управления системой окружения образца экспериментальной станции 1-1 «Микрофокус».

Страницы: 31-38
DOI: 10.15372/AUT20250204

5. Антипина Е. В., Мустафина С. А., Антипин А. Ф. Поиск приближённого решения нелинейной задачи оптимального быстродействия на основе эволюционных вычислений

Аннотация:
Рассматривается задача оптимального быстродействия для процесса, описываемого системой нелинейных дифференциальных уравнений. Для определения приближённого решения задачи предложено применить эволюционный метод искусственных иммунных систем, преимуществом которого является отсутствие чувствительности к выбору начального приближения. Для поиска численного решения задачи оптимального быстродействия сформулирован пошаговый алгоритм, работа которого апробирована на модельных задачах. Для каждой задачи получено субоптимальное по быстродействию управление и определены параметры алгоритма, при которых решение рассчитано с наименьшими вычислительными затратами. Продемонстрирована эффективность применения разработанного алгоритма путём сравнения результатов численных расчётов с результатами применения метода неподвижных точек и метода искусственных иммунных систем.

Страницы: 39-49
DOI: 10.15372/AUT20250205

6. Мизюканова А. А., Чикильдин Г. П. Определение зависимости частотных свойств от параметров функции, используемой в методе наименьших квадратов параметрической идентификации

Аннотация:
Рассматривается задача параметрической идентификации линейного динамического объекта с одним входом и выходом в условиях неполной априорной информации на основе метода наименьших квадратов. На этапе формирования системы уравнений относительно неизвестных параметров используется формирующая функция специального вида, позволяющая заменить операции численного дифференцирования измеренных сигналов входа и выхода идентифицируемого объекта операцией интегрирования по частям. Получены в аналитическом виде зависимости частотных свойств формирующей функции и её производных от корректирующих параметров данной функции. Приводятся результаты, иллюстрирующие практически полное совпадение частот, полученных экспериментально и по аналитическим соотношениям.

Страницы: 50-55
DOI: 10.15372/AUT20250206

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

7. Подивилов Е. В., Маснев Н. Г., Стурман Б. И. Кинетика обращения поляризации при проводящих доменных стенках. Приложение к кристаллам ниобата лития

Аннотация:
Промоделировано обращение спонтанной поляризации в сегнетоэлектрике с учётом проводимости доменных стенок. Конденсаторная геометрия рассмотрена применительно к ниобату лития. Показано, что полевая зависимость скорости нуклеации доменов подчиняется закону exp (–En/E), где E — приложенное поле, а En ≈ 102 кВ/мм — характеристическое поле, контролирующее процесс зародышеобразования. Для критических доменов продольный размер l∗c значительно превосходит поперечный 2l∗a ≈ 1 нм. Кинетическая модель включает в себя не только случайный процесс нуклеации, но и последующие элементарные события бокового роста которые подчиняются закону Мерца exp (–El/E) с характеристическим полем El = En/3√3, определяемым симметрией кристалла. Численные расчёты показывают чёткие стадии нуклеации доменов, их бокового роста и коалесценции. В согласии с экспериментом время переключения поляризации подчиняется закону exp (E∗/E) с E∗ = (En + 2El)/3, причём петли гистерезиса показывают обычное поведение с коэрцитивным полем Ec = (3−5) кВ/мм, слабо зависящим от периода приложенного поля.

Страницы: 56-67
DOI: 10.15372/AUT20250207

8. Маслов Н. А. Коррекция ошибок в матрицах возбуждения-эмиссии с помощью метода главных компонент

Аннотация:
Флуоресцентная спектроскопия, использующая сканирование длин волн возбуждения, представляет собой мощный химический, биологический и медицинский диагностический инструмент, позволяющий охарактеризовать распределение флуорофоров в образцах различной природы. Однако, когда флуорофоры изначально неизвестны, интерпретация больших наборов спектров флуоресценции, зависящих от длины волны возбуждения, значительно затрудняется, особенно если в измеренных матрицах возбуждения-эмиссии присутствуют потери данных вследствие случайных причин или систематических факторов. Предлагается использование метода главных компонент для восстановления повреждённых участков спектра, который, благодаря независимости спектров флуоресценции отдельных флуорофоров от длины волны возбуждающего излучения, позволяет делать это без потери данных.

Страницы: 68-75
DOI: 10.15372/AUT20250208

9. Манцурова С. В., Шварц Н. Л. Влияние ориентации подложки и размера капли катализатора на направление роста кремниевых нанопроволок

Аннотация:
Работа посвящена моделированию роста кремниевых нанопроволок методом Монте-Карло по механизму пар — жидкость — кристалл с использованием золотых капель в качестве катализатора. Рассмотрен рост наклонных нанопроволок на поверхностях Si с ориентациями (111), (011) и (100). Выяснено, что размер золотых капель влияет на ориентацию и морфологию кремниевых нанопроволок. Продемонстрирован рост наклонных нанопроволок с применением капель малого размера в направлениях ⟨011⟩ и ⟨211⟩. С увеличением размера капель наиболее вероятным направлением роста нанопроволок становится ⟨111⟩. Представлены диаграммы, демонстрирующие вероятность направления роста нанопроволок на поверхностях Si разной ориентации от размера капли Au. Проанализирована кинетика нестабильного роста кремниевых нанопроволок, катализируемых каплями малого размера.

Страницы: 76-83
DOI: 10.15372/AUT20250209

10. Варданян В. А. Метод моделирования передачи M-QAM-сигналов по волоконно-оптическому тракту по технологии оптического мультиплексирования OFDM

Аннотация:
Разработан метод моделирования передачи канальных сигналов формата модуляции M-QAM по технологии СО-OFDM по волоконно-оптическому тракту, функционирующему в нелинейном режиме. С помощью полученных нормированных аналитических выражений моделируются искажения сигналов на приёмной стороне при заданных параметрах системы передачи, и на основе статистического анализа параметров сигнала и шума рассчитывается показатель качества сигнала (Q-фактор). Модель позволяет наглядно представить искажение сигнала в созвездии сигнальных точек в IQ-диаграмме при заданных параметрах системы передачи. Приводится пример моделирования системы передачи OFDM-сигнала с суммарной скоростью 4 Тбит/c по стандартному одномодовому оптическому волокну на 80, 160 и 240 км; для достижения максимального показателя качества сигналов на таких расстояниях передачи найдены оптимальные уровни оптической мощности сигнала +5,5, +4 и +2,5 дБм.

Страницы: 84-97
DOI: 10.15372/AUT20250210

ФОТОНИКА: МЕТОДЫ, КОМПОНЕНТЫ, СИСТЕМЫ

11. Пальчикова И. Г., Смирнов Е. С. Анализ построения изображений оптическими системами, содержащими аксиконы, в рамках теории линейных систем

Аннотация:
Оценка качества изображения имеет решающее значение при создании оптических систем с увеличенной глубиной резкости, содержащих аксиконы, которые обладают двумя каустиками, сохраняют свойство линейности, но являются пространственно-вариантными, что создаёт сложности для их анализа. Мы предлагаем рассматривать изображения, формируемые каждой из каустик, в рамках теории линейных систем. Выполнен теоретический анализ построения изображений, и найдены функции рассеяния точки для трёх оптических систем, в которых формируются тороидальные световые волны с помощью аксикона, а также проведены многократные эксперименты по определению разрешающей способности таких систем. В результате показано, что аксикон строит изображение единственного предмета в виде непрерывного набора промежуточных изображений вдоль фокального отрезка. Световые пучки, падающие от предмета на центральную часть аксикона, будут создавать промежуточное изображение в непосредственной близости от аксикона, а пучки, падающие на периферию аксикона, — на периферии фокального отрезка. При этом все эти слабоконтрастные изображения маскируют друг друга. Тандем линзы и аксикона одновременно строит изображения предмета как в ближней зоне дифракции в виде набора промежуточных изображений, так и в дальней — в геометрически преобразованном виде. Причём в ближней зоне дифракции глубина пространства, изображаемого тандемом, может превышать глубину пространства, изображаемого одиночным объективом. Экспериментальные данные подтверждают теоретические выводы.

Страницы: 98-112
DOI: 10.15372/AUT20250211

12. Волоси В. М., Вево И. Я., Симонов В. А., Ризк Х. А., Коляда Н. А., Харенко Д. С. Особенности изготовления волоконных тейперов для согласования полей мод различных оптических волокон

Аннотация:
Продемонстрировано исследование потерь на пропускание в области 1,5–1,6 мкм для тейперов, в зависимости от их длины, скорости выплавки и размеров перетяжки на примере оптического волокна Corning SMF-28. Тейперы изготовлены на сварочных аппаратах Fujikura FSM-100P, 100P+, LZM-100 и станции Lightel CW-200B. В итоге проведённых экспериментов определена конфигурация тейперов с минимальными потерями, которые составили –0,5 дБ. С использованием станции Lightel CW-200B удалось изготовить модовый адаптер для согласования мод стандартного оптического волокна с сохранением поляризации Fujikura SM15-PS-U25D и высоконелинейного волокна с уменьшённой сердцевиной HNLF PM. За счёт лучшего согласования полей мод потери на соединении данных оптических волокон уменьшены с –3 до –1,25 дБ.

Страницы: 113-122
DOI: 10.15372/AUT20250212

МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

13. Осипов А. Л., Терещенко С. Н. Использование методов компьютерного зрения для обнаружения людей в лесостепной местности

Аннотация:
Исследован подход применения методов обучения для настройки моделей нейронных сетей, которые используются для автоматического обнаружения людей в лесостепной местности на изображениях. Для обнаружения применялись модели нейронных сетей YOLOv51, DenseNet, CenterNet, InceptionV3, Xception, Faster R-CNN. Среди представленных моделей наилучшие результаты продемонстрировала дообученная нейронная сеть YOLOv51, которая позволила с точностью 0,8795 на тестовой выборке по метрике F1-score с пороговым значением 0,5 определять людей по графическим изображениям.

Страницы: 123-128
DOI: 10.15372/AUT20250213