МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS
Управление сложными системами
Management of complex systems
Ху Вен-Цен, Мищенко С. В., Беляев П. С., Изтаев Ж. Д., Кожабекова П. А.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С ЭЛЕМЕНТАМИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА … 3
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.1
Аннотация: Рассмотрен метод ситуационной декомпозиции, обеспечивающий построение автоматизированных систем оптимального управления с элементами искусственного интеллекта, ориентированный на управление техническими объектами повышенной сложности, в частности, промышленными объектами класса сложных технологических систем.
Ключевые слова: управление сложными технологическими системами, интеллектуальное управление, оптимальное управление, децентрализованное управление, система управления с переменной структурой, декомпозиция задач управления, ситуационная декомпозиция.
Khu Ven-Tsen, Mishchenko S. V., Beliaev P. S., Iztaev Zh. D., Kozhabekova P. A.
CONTROL SYSTEMS WITH ELEMENTS OF ARTIFICIAL INTELLIGENCE
Abstract: The method of situational decomposition is considered, which provides the automated optimal control systems construction with elements of artificial intelligence, focused on the management of increased complexity technical objects, in particular for class of industrial objects with complex technological systems.
Keywords: management of complex technological systems, intelligent management, optimal management, decentralized management, variable structure management system, decomposition of management tasks, situational decomposition.
Таратун В. Е., Майоров Н. Н.
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ИДЕНТИФИКАЦИИ, УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ СТАНДАРТА CCSDS … 12
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.2
Аннотация: Рассмотрен вопрос идентификации объектов и процессов при реализации задач организации цепей поставок на основе нового подхода по стандартам CCSDS. Выполнено исследование существующих методов и стандартов, способствующих решению задачи организации управления и мониторинга ресурсов для промышленных предприятий в рамках единой цепи поставки. На основании выполненного наукометрического анализа подтверждена актуальность разработок новых систем идентификации объектов на основе технологии RFID. Представлен анализ стандарта CCSDS, доказана его эффективность применения для приборостроительных предприятий и предприятий космической отрасли. Ввиду универсального характера полученных результатов обоснована возможность внедрения решений на основе CCSDS для наземных цепей поставок и решения задачи идентификации объектов. Представлена новая модель системы для решения задач идентификации, управления и мониторинга объектов производственных процессов, а также модель декомпозиции объекта или производственного процесса на основе стандарта CCSDS.
Ключевые слова: идентификация, стандарт CCSDS, организация мониторинга товародвижения, радиочастотная идентификация, RFID, процесс управления.
Taratun V. E., Maiorov N. N.
MODEL FOR IDENTIFYING, MANAGING AND MONITORING THE MOVEMENT OF OBJECTS IN SUPPLY CHAINS BASED ON THE CCSDS STANDARD
Abstract: The article considers the identification of objects and processes in the implementation of supply chain management tasks on the basis of the new approach to CCSDS standards. The study of existing methods and standards that contribute to solving the problem of organizing the management and monitoring of resources for industrial enterprises within a single supply chain is performed. Based on the scientometric analysis confirmed the relevance of developing new systems for the identification of objects based on RFID technology. The analysis of CCSDS standard is presented, its application efficiency for instrumentation and space industry enterprises is proved. Due to the universal nature of the results obtained in the study, the possibility of implementation of CCSDS-based solutions for ground-based supply chains and solving the problem of object identification is substantiated. The new model of system structure for the decision of problems of identification, management and monitoring of objects of production processes is presented, the model of decomposition of object, production process on the basis of CCSDS is presented.
Keywords: identification, CCSDS standard, goods movement monitoring organization, radio frequency identification, RFID, management process.
Аракелян Э. К., Васильев Е. Д., Пащенко Ф. Ф. Косой А. А., Мезин С. В.
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПРОГНОСТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ ПРИ РЕШЕНИИ ОБЩЕСТАНЦИОННЫХ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ ЗАДАЧ … 19
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.3
Аннотация: Рассмотрены методические положения по определению оптимального времени прогнозирования и использованию прогнозных алгоритмов для решения задач оптимизации на уровне электростанции в условиях группового управления производством тепловой и электрической энергии при наличии взаимосвязи между генерирующими единицами в соответствии с технологическим процессом (ТП) на уровне электростанции. Решение этой задачи органично вписывается в задачу выбора оптимальной степени интеллектуализации автоматизированной системы управления ТП на уровне электростанции.
Ключевые слова: станционный уровень, распределение нагрузки, инерционность, методические положения, прогностический алгоритм, время опережения.
Arakelyan E. K., Vasilyev E. D., Pashchenko F. F. Kosoi A. A., Mezin S. V.
METHODOLOGICAL PROVISIONS ON THE USE OF PREDICTIVE ALGORITHMS IN SOLVING STATION-WIDE OPTIMIZATION PROBLEMS
Abstract: When synthesizing automatic control systems (ACS), it is problematic to construct a mathematical model of a complex multifactor technological process, which will take into account all the necessary input information, take into account its possible inaccuracy, uncertainty, incompleteness, and at the same time obtain a result at the output of the regulator in the form of a control action adequate to the current situation in the technological process. The complexity of real technological processes determines the search for unconventional methods for constructing their mathematical models and optimizing their control. At the same time, not only the aspect of optimal control is very important, but also the aspect of analyzing the current state of the process, since it is the conclusion about the current state of the process that makes it possible to choose the optimal control in this situation. The report proposes the development of methodological provisions for the use of predictive algorithms when solving optimization problems at the station level in the conditions of group control of the production of heat and electric energy in the presence of an interconnection between generating units in accordance with the technological process at the station level. The solution to this problem organically fits into the problem of choosing the optimal degree of intellectualization of the automated control system at the station level.
Keywords: station level, load distribution, inertia, methodological provisions, predictive algorithm, lead time.
***
Крылов А.А.
ФИЛЬТРАЦИЯ ЦВЕТНОГО ШУМА МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ … 25
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.4
Аннотация: Представлен обзор методов фильтрации цветного шума МЭМС-датчиков. Описано представление нестабильности дрейфа нуля МЭМС датчиков в виде цветного шума. Рассмотрены способы оценки дрейфа для вариантов с прямыми и косвенными информационными выходами. Проведен анализ существующих вариантов модифицированного фильтра Калмана применительно к решению данной задачи.
Ключевые слова: калибровка ГИБ, смещение нуля МЭМС-датчиков, фильтр Калмана.
Krylov A. A.
APPROACHES TO COLORED NOISE FILTERING IN MEMS SENSORS
Abstract: The paper describes the representation of the zero drift instability of MEMS sensors as a colored noise. Methods for estimating the drift for variants with direct and indirect information outputs are considered. The analysis of the modified Kalman filter variants in relation to the solution of this problem is carried out.
Keywords: IMU calibration, zero offset of MEMS sensor, Kalman filter.
Бобылев Д. А.
КОМБИНИРОВАННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВОЙ И АНАЛОГОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ В ИЗМЕРИТЕЛЯХ-АНАЛИЗАТОРАХ ИМПЕДАНСА … 33
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.5
Аннотация: Рассмотрены возможности повышения точности и помехоустойчивости измерителей-анализаторов импеданса посредством комбинированного применения цифровой и аналоговой фильтрации, реализуемой посредством замены мгновенных значений сигнала его интегрально-взвешенными значениями.
Ключевые слова: цифровая обработка сигналов, линейные преобразования, амплитудно-частотная характеристика, дискретное преобразование Фурье.
Bobylev D. A.
COMBINED APPLICATION OF DIGITAL AND ANALOG FILTERING IN IMPEDANCE METERS-ANALYZERS
Abstract: The possibilities of improving the accuracy and noise immunity of impedance meters-analyzers through the combined use of digital and analog filtering, implemented by replacing the instantaneous values of the signal with its integrally weighted values, are considered.
Keywords: digital signal processing, linear transformation, amplitude-frequency characteristic, discrete Fourier transform.
Масальский Н. В.
МУЛЬТИЗАТВОРНЫЕ КРЕМНИЕВЫЕ НАНОТРАНЗИСТОРЫ ДЛЯ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО МАЛОМОЩНОГО БИОСЕНСОРА … 40
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.6
Аннотация: Рассмотрены кремниевые нанопроволочные полевые транзисторы в качестве биологических сенсоров благодаря их высокой чувствительности. Исследован миниатюрный сенсор на основе длинноканального плавникового полевого транзистора в качестве детектора поверхностного заряда. Характеристики транзистора оптимизируются с помощью 3D-моделирования, выполняемого посредством программного комплекса автоматизированного проектирования TCAD в зависимости от топологических параметров транзистора и уровня управляющих напряжений. Установлено, что тонкие структуры с пониженным уровнем легирования и низкой потребляемой мощностью обладают перспективными электрическими характеристиками для эффективного подхода масштабирования датчика рН с высоким разрешением, что представляет особый интерес интегрированной рН-биоаналитики на основе КМОП-технологии.
Ключевые слова: биосенсор, кремниевый полевой нанотранзистор, вольт-амперные характеристики, TCAD, моделирование, низкая потребляемая мощность.
Masalsky N. V.
MULTI-GATE SILICON NANOTRANSISTORS FOR HIGH-SENSITIVITY LOW-POWER BIOSENSOR
Abstract: Silicon nanowire field-effect transistors are discussed as biological sensors due to their excellent sensitivity. A miniature sensor based on a long-channel fin field-effect transistor as a surface charge detector is being investigated. The characteristics of the transistor are optimized using 3D modeling performed by the computer-aided design software package TCAD, depending on the topological parameters of the transistor and the level of control voltages. It is established that thin structures with a reduced level of doping and low power consumption have promising electrical characteristics for an effective approach to scaling a high-resolution pH sensor, which is of particular interest to integrated pH bioanalytics based on CMOS technology.
Keywords: biosensor, silicon field nanotransistor, volt-ampere characteristics, TCAD, simulation.
Тахов В. С., Амеличев В. В., Костюк Д. В., Беляков П. А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИИ МАКЕТА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ УГЛА ПОВОРОТА НА ОСНОВЕ АНИЗОТРОПНОГО МАГНИТОРЕЗИСТИВНОГО ЭФФЕКТА … 47
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.7
Аннотация: Представлена конструкция макета магниторезистивного преобразователя угла поворота, изготовленного на основе анизотропных магниторезистивных структур. Приведены основные характеристики: диапазон измеряемых углов 180°, ошибка определения угла менее 0,5°, ток потребления 0,2 мА. Исследована зависимость величины ошибки определения угла от напряжённости магнитного поля. Рассмотрены возможные способы дальнейшего улучшения характеристик преобразователя.
Ключевые слова: преобразователь угла поворота, ошибка измерения угла поворота, анизотропный магниторезистивный эффект.
Takhov V. S., Amelichev V. V., Kostyuk D. V., Belyakov P. A.
STUDY OF THE CHARACTERISTICS OF THE ROTATION ANGLE TRANSDUCER PROTOTYPE BASED ON THE ANISOTROPIC MAGNETORESISTANCE EFFECT
Abstract: The design of a rotation angle transducer prototype based on the anisotropic magnetoresistive structures has been presented. The main characteristics of the transducer are reported – measured angle range – 180°, angle error – less than 0,5° and current consumption – 0,2 mA. The dependence of angle error on the strength of rotating magnetic field is studied. And the most preferred methods for improving the design are proposed.
Keywords: magnetic angle sensor, magnetic rotation sensor, angle sensor error, anisotropic magnetoresistance.
Дроздов Н. Г., Бородин Е. А., Вшивцев И. Т. Русал А. Н., Валов О. А., Вилисов А. Б., Мельнов Р. А., Садыков Р. А.
ВЫСОКОТОЧНЫЙ ДИСКРЕТНЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ РАСХОДОВАНИЯ ТОПЛИВА … 51
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.8
Аннотация: Рассмотрены основные принципы построения датчика уровня расходования топлива для ракетоносителя, обеспечивающего высокоточные измерения уровня с исключением систематических погрешностей, необходимых для синхронной выработки компонент топлива с минимальным остатком. Дано описание высокоточного дискретного датчика уровня расходования топлива (ДДУРТ) с погрешностью не более ± 5 мм, что соответствует остатку не более 0,05 % одного из компонентов топлива. Высокая точность ДДУРТ достигнута благодаря применению автоматизированных испытательных стендов сухой и жидкостной градуировки. Датчик подключается непосредственно к блоку управления ракеты и не требует согласующих устройств, а также фильтрации выходного сигнала.
Ключевые слова: максимальная дальность, синхронная выработка компонентов топлива, датчики уровня расходования топлива, высокоточные измерения, стенд сухой градуировки, стенд жидкостной градуировки.
Drozdov N. G., Borodin Ye. A., Vshivtsev I. T. Rusal A. N., Valov O. A., Vilisov A. B., Melnov R. A., Sadykov R. A.
HIGH-ACCURACY DISCRETE FUEL LEVEL SENSOR
Abstract: The paper is devoted to basic principles for level high-accuracy measurements and elimination of systematic inaccuracies designed in the fuel level sensor to be placed in launch vehicles to synchronously consume fuel components and minimize remaining fuel components. The paper provides the description of a high-accuracy discrete fuel level sensor (FLS) to a precision of no more than ±5 mm that corresponds to no more than 0. 05 % of the remaining fuel component. The FLS high accuracy is ensured with the account for and elimination of systematic inaccuracies in calibration and measurements made with test stands for dry and wet calibration. A new principle to generate the sensor 0. 8 V output signal, not used before, is utilized. It is realized through bridge connection of 2 sensing elements in a branch of bridge with symmetric output; at 20 V supply voltage and 10 kHz frequency the consumed power is 1. 35 W. The sensor is connected directly to the LV control block, no matchers and output signal filtration are needed. A stand for dry calibration has a step drive with a measuring system and a laser meter. The stand test process is automated and software-controlled, the sensor full signal is digitized and graphically represented. Trigger points, trigger factor, output signal parameters, inaccuracies are defined, a test protocol is formed. A stand for wet calibration with simulation liquid is also automated, its filling and draining are software-controlled, discrete levels are measured, systematic inaccuracies are computed and eliminated, parameters of output signals are controlled in graphical representation, a test protocol is formed.
Keywords: maximum range, synchronous consumption of fuel components, fuel level sensor, high-precision measurements, a stand for dry calibration, a stand for wet calibration.
Новые приборы
New devices
ГАЗОАНАЛИЗАТОР-СИГНАЛИЗАТОР ОКСИДА УГЛЕРОДА СТАЦИОНАРНЫЙ “ПТФМ-103 СВИРЬ” … 58
GAS ANALYZER-ALARM OF CARBON OXIDE STATIONARY “PTFM-103 SVIR”
АВТОНОМНЫЙ ЭМА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭМАП-А1 … 60
AUTONOMOUS CONVERTER EMAP-A1
ДЕФЕКТОСКОП БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ ПУЛЬСАР-2.2 “ДБС” … 61
FLAW DETECTOR FOR BORED PILES PULSAR-2.2 "DBS"
ХРОНИКА
SCIENTIFIC AND TECHNICAL PUBLICISM
ChipEXPO-2021 … 63
ChipEXPO-2021
***
УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ В ЖУРНАЛЕ “ДАТЧИКИ И СИСТЕМЫ” В 2021 г. … 65
INDEX OF ARTICLES PUBLISHED IN THE JOURNAL “SENSORS AND SYSTEMS” IN 2021