ПРЕДСТАВЛЯЕТ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
SAINT-PETERSBURG STATE UNIVERSITY OF AEROSPACE INSTRUMENTATION PRESENTS
Епифанцев К. В., Ефремов Н. Ю.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БАЗОВОЙ ДЛИНЫ И ОТСЕЧКИ ШАГА НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПРОФИЛОМЕТРОМ … 3
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.1
Аннотация: Дана оценка влияния уровней базовой длины и отсечки шага на погрешность измерения шероховатости поверхности профилометром. В качестве объектов исследования использованы образцы шероховатости поверхности торговой марки GRIFT, Ra 0,4…12,5 мкм. Для изучения влияния уровней значений двух фильтров на точность оценки шероховатости поверхности каждый образец ощупывался при указанных режимах трассировки для каждого из пяти образцов. Результат показал, что увеличение длины отсечки шага ls приводит к уменьшению среднего арифметического отклонения профиля Ra, мкм (обратная зависимость), тогда как увеличение базовой длины lс приводит к увеличению Ra (прямо пропорциональная зависимость). Данную особенность важно учитывать при планировании методики измерения и указания точных режимов трассировки для получения достоверного результата.
Ключевые слова: шероховатость поверхности, профилометр, настройки трассировки, базовая длина, длина отсечки шага, погрешность измерения.
Epifantsev K. V., Efremov N. Yu.
INVESTIGATION OF THE EFFECT OF THE BASE LENGTH AND STEP CUTOFF ON THE ACCURACY OF ROUGHNESS MEASUREMENT PROFILOMETER
Abstract: Surface roughness is the most important parameter determining their quality and reliability for many parts of machine and instrument engineering. The most popular devices for monitoring the surface roughness of parts are probe profilometers. In the process of preparing the profilometer for measurements, one of the important steps is to choose the optimal settings for the surface tracing mode. The article deals with the issue of studying the dependence of the measurement error of surface roughness on the levels of the base length and step cutoff.
Keywords: surface roughness, profilometer, trace settings, base length, step cutoff length, measurement error.
Шишлаков В. Ф., Ватаева Е. Ю., Гречкин Н. Л., Шишлаков Д. В.
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ АППРОКСИМАЦИИ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ СИНТЕЗА НЕЛИНЕЙНЫХ САУ … 10
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.2
Аннотация: Рассмотрено решение практической задачи синтеза параметров непрерывной нелинейной системы автоматического управления (САУ) при полиномиальной аппроксимации. В качестве математического аппарата применяется обобщенный метод Галеркина. Приведены результаты решения задачи синтеза.
Ключевые слова: регулятор, полиномиальная аппроксимация, обобщенный метод Галеркина, нелинейные системы.
Shishlakov V. F., Vataeva E. Yu., Grechkin N. L., Shishlakov D. V.
APPLICATION OF POLYNOMIAL APPROXIMATION IN SOLVING PROBLEMS OF SYNTHESIS OF NONLINEAR ACS
Abstract: The paper considers the solution of the problem of synthesizing the parameters of a continuous nonlinear automatic control system (ACS) with polynomial approximation. The generalized Galerkin method is used as a mathematical apparatus. The results of the synthesis are given.
Keywords: controller, polynomial approximation, generalized Galerkin method, nonlinear automatic control system.
Сердюк К. В.
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ АНАЛИЗИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПРИЗМЕННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО ПРИБОРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ … 13
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.3
Аннотация: Рассмотрена возможность анализа и контроля физических и физико-химических процессов, сопровождающихся оптическими излучениями, посредством спектроскопических измерений, выполненных дифракционным призменным спектральным прибором. Полученная с помощью этих измерений информация о течении проходящих процессов, может быть использована для многоальтернативного автоматического управления. Основываясь на методах радиооптики предлагается альтернативное описание действия призменного спектрального прибора, опирающееся на преобразование оптического сигнала оптическим когерентным Фурье-процессором. Установлены функция пропускания призмы как транспаранта и соотношение вход-выход призменного спектрального прибора для комплексных спектров в форме линейного интегрального оператора, в котором комплексная аппаратная функция определяется функцией пропускания призмы. помощью компьютерного моделирования показано, что на базе дифракционного призменного спектрального прибора возможно реализовать алгоритм вычисления мгновенного спектра, формирующегося на выходе анализирующей системы. Показано, что использование векторов выхода на основе спектроскопических измерений позволяет получить более точную информацию об изменениях физических и физико-химических процессов в сравнении с классическими методами контроля.
Ключевые слова: спектральные измерения, многоальтернативная система автоматического управления, комплексный спектр, дифракционный призменный спектральный прибор, анализирующая система, радиооптический подход, аппаратная функция.
Serdiuk K. V.
MODELING THE OPERATION OF THE ANALYZING SYSTEM OF A PRISM SPECTRAL DEVICE FOR CONTROL OF PHYSICAL AND PHYSICOCHEMICAL PROCESSES
Abstract: The possibility of analysis and control of physical and physicochemical processes accompanied by optical radiation by means of the formation of output vectors based on spectroscopic measurements with a diffraction prism spectral device is considered. These measurements provide spectroscopic information about the various aspects of the flow of these processes, which can be used for multi-alternative automatic control. Based on the methods of radio optics, an alternative description of the operation of a prism spectral device is proposed, based on the transformation of an optical signal by an optical coherent Fourier processor. The transmission function of a prism as a transparency and the input-output ratio of a prism spectral device for complex spectra are established in the form of a linear integral operator, in which the complex instrumental function is determined by the transmission function of the prism. Using computer simulation, it is shown that on the basis of a diffractive prism spectral device it is possible to implement an algorithm for calculating the instantaneous spectrum formed at the output of the analyzing system. It is shown that the use of output vectors based on spectroscopic measurements makes it possible to obtain more accurate information about changes in physical and physicochemical processes in comparison with classical control methods.
Keywords: spectral measurements, multi-alternative automatic control system, complex spectrum, diffraction prism spectral device, analyzing system, radio-optical approach, hardware function.
Рубинов В. В., Майоров Н. Н.
ДАТЧИКИ И АППАРАТНЫЕ КОМПЛЕКСЫ В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ПО УЧЕТУ И ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ МЕГАПОЛИСА … 20
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.4
Аннотация: Рассмотрены вопросы создания замкнутой системы управления потоком твердых коммунальных отходов в системе работы с отходами. Обоснована актуальность централизованного управления системой и определены основные проблемы в области идентификации и получения исходных данных. Описана система работы с отходами, определены ее специфические особенности. Разработаны математические модели описания системы работы с отходами. Проведен анализ существующих измерительных систем в области работы с отходами. Представлена математическая модель замкнутой системы управления потоком отходов. Приведены результаты анализа системы на основе моделирования. Разработан алгоритм работы системы, который позволил исследовать каждый регион, используя автоматизированный системный подход. С помощью выполненного анализа сформирован набор данных, который необходимо использовать для исследования территории обслуживания, а также получены данные, позволяющие принимать решения по выбору типа и количества транспортных средств с целью построения моделей в имитационных программных системах для прогнозной оценки загруженности, мощности и совокупных транспортных издержек. Определены области дальнейших исследований для повышения точности и расширения возможной области решения задач для работы замкнутой системы управления.
Ключевые слова: замкнутая система управления потоком, твердые коммунальных отходы, классификация измерительных систем, система обращения отходов, регионы, реформа, транспортное предприятие, переработка, анализ, прогноз, алгоритм принятия решения, система транспортировки отходов, специализированный транспорт.
Rubinov V. V., Maiorov N. N.
HARDWARE COMPLEXES AND DEVELOPMENT OF AUTOMATION SYSTEM FOR ACCOUNTING OF SOLID MUNICIPAL WASTE IN THE SYSTEM OF WORK WITH WASTE AT THE MACRO LEVEL
Abstract: The article considers the issues of creating a closed system for managing the flow of solid municipal waste in the waste management system. The urgency of centralized control of the system is substantiated and the main problems in the field of identification and obtaining initial data are identified. The system of work with waste is described, its specific features are determined. Mathematical models for describing the waste management system have been developed. The analysis of existing measuring systems in the field of waste management was carried out. A mathematical model of a closed waste flow control system is presented. The results of the analysis of the system based on simulation are presented. An algorithm for the operation of the system was developed, which made it possible to explore each region using an automated system approach. The performed analysis generated a data set that must be used to study the service area, and data that allows making decisions on the choice of the type and number of vehicles for building models in simulation software systems for predictive assessment of workload, capacity and total transport costs. Areas for further research were identified to improve the accuracy and expand the possible area of problem solving for the operation of a closed control system.
Keywords: closed flow control system, municipal solid waste, classification of measuring systems, waste management system, regions, reform, transport enterprise, processing, analysis, forecast, decision-making algorithm, waste transportation system, specialized transport.
Бестугин А. Р., Дворников С. В., Дворников С. С., Киршина И. А.
РАСЧЕТ ВЕРОЯТНОСТИ ЛОЖНОЙ ТРЕВОГИ ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ СИГНАЛА С НЕСКОЛЬКИМИ НЕИЗВЕСТНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ … 30
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.5
Аннотация: Рассмотрена задача обнаружения сигналов при условии априорной неопределенности их параметров. Для решения данной задачи предложено использование критерия Неймана-Пирсона. Представлены результаты исследования различий в значениях вероятности ложной тревоги, получаемых при обнаружении сигнала с полностью известными параметрами и рассчитанной в условиях, когда амплитуда, фаза и частота обрабатываемого сигнала неизвестны. Результаты проведенного исследования показали, что, несмотря на высокую эффективность обнаружителей, построенных по критерию Неймана-Пирсона, к их практическому выбору необходимо подходить дифференцированно исходя из условий решаемой задачи и возможностей предварительного получения необходимой статистики. Основная проблема связана с неоднозначностью подхода к расчету значения вероятности ложной тревоги. Предложенная формула получена на основе асимптотических выражений, что ограничивает точность получаемого на ее основе результата. Альтернативным решением является повышение порогового значения принятия решения, но такой подход снижает вероятность пропуска сигнала.
Ключевые слова: обнаружение сигнала, критерий принятия решения.
Bestugin A. R., Dvornikov S. V., Dvornikov S. S., Kirshina I. A.
PROBABILITY OF A FALSE ALARM WHEN A SIGNAL WITH SEVERAL UNKNOWN PARAMETERS IS DETECTED
Abstract: The problem of signal detection under condition of a priori uncertainty of their parameters is considered. For the decision of this problem application of Neumann-Pearson criterion is offered. Results of research of distinctions in values of probability of the false alarm received at signal detection with completely known parameters and calculated in conditions when amplitude, a phase and frequency of a processed signal are unknown are presented. The results of our study have shown that despite high efficiency of detectors built by Neumann-Pearson criterion, their practical choice must be approached in a differentiated way, based on the conditions of the problem and the possibility of preliminary obtaining the necessary statistics. The main problem is connected with ambiguity of the approach to calculation of value of false alarm probability. The offered formula is received on the basis of asymptotic expressions, that limits an accuracy of the result received on its basis. An alternative solution is to increase the decision threshold, but this approach reduces the probability of missing a signal.
Keywords: signal detection, decision criterion.
Гончарова В. И.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРУБОПРОВОДА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ … 34
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.6
Аннотация: Рассмотрено решение задачи моделирования объектов с распределенными параметрами. В качестве объектов моделирования выбрана система автоматического регулирования трубопровода для термической жидкости. В рассмотренных объектах введены допущения, которые позволяют значительно упростить исследуемую модель.
Ключевые слова: системы автоматического управления (САУ), САУ с распределенными параметрами (РП), трубопровод.
Goncharova V. I.
PIPELINE SIMULATION FOR THERMAL LIQUIDS
Abstract: The article deals with the solution of the problem of modeling objects with distributed parameters. As objects of simulation, a system of automatic control of a pipeline for thermal fluid was chosen. In the considered objects, assumptions are introduced that allow us to significantly simplify the model under study.
Keywords: automatic control systems (ACS), ACS with distributed parameters (RP), pipeline.
Назаревич С. А., Аман Е. Э., Ушакова Т. Е.
АНАЛИЗ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕТАЛЕЙ КОНСТРУКЦИИ АНТРОПОМЕТРИЧЕСКОЙ МЕХАТРОННОЙ КИСТИ КАК ЭЛЕМЕНТА ЭКЗОСКЕЛЕТА … 41
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.7
Аннотация: Представлены результаты расчета робастности для прочностных характеристик с использованием метода конечных элементов. Рассмотрены механические характеристики пластика, дана оценка напряженного состояния деталей. Разработана и представлена структурно-функциональная модель антропометрической мехатронной кисти, дополняющая используемый в настоящее время экзоскелет, обеспечивающий перераспределение нагрузок от тяжелых грузов, уменьшая воздействия на опорно-двигательный аппарат. Отражены результаты моделирования нагружения фаланг при заданных условиях, выявлено возможное максимальное напряжение и элементы, подверженные наибольшей деформации.
Ключевые слова: прочностные характеристики, технологические процессы, промышленная безопасность, монтажные процессы, динамические нагрузки.
Nazarevich S. A., Aman E. E., Ushakova T. E.
ANALYSIS OF THE STRENGTH CHARACTERISTICS OF THE DETAILS OF THE ANTHROPOMETRIC MECHATRON HAND DESIGN AS A ELEMENT OF THE EXOSKELETON
Abstract: The results of calculating the robustness for strength characteristics using the finite element method are presented. The mechanical characteristics of the plastic are considered, the stress state of the parts is assessed. A structural and functional model of an anthropometric mechatronic hand has been developed and presented, which complements the currently used exoskeleton, which ensures the redistribution of loads from heavy loads, reducing the impact on the musculoskeletal system. The results of modeling the loading of the phalanges under given conditions are reflected, the possible maximum stress and the elements subject to the greatest deformation are revealed. The analysis of force effects on structural elements makes it possible to predict areas of deformation and breakage formation. The use of the exoskeleton element discussed in the article will increase the efficiency and ergonomics of manual labor in the field of logistics, and also achieve an increase in the effectiveness and efficiency of the production and technological process.
Keywords: strength characteristics, technological processes, industrial safety, assembly processes, dynamic loads.
Параскун А. С.
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА В СОСТАВЕ СИСТЕМ СПЕКТРОСКОПИИ … 45
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.8
Аннотация: На основе разработанной теории дифракционных решеточных спектральных приборов предложен способ компенсации волнового фронта путем синтеза дифракционной решетки с характеристикой прозрачности, позволяющей работать в более высоких дифракционных порядках, где кратно улучшается разрешающая способность. Выполнены математические выкладки, позволяющие описать процесс фотодетектирования спектрометрической информации с помощью ПЗС-структуры. Создано устройство, использующее ПЗС-линейку и специализированное программное обеспечение для считывания спектрометрической информации.
Ключевые слова: анализ спектра, аппаратная функция, погрешность спектральных измерений, оптическое волокно, компьютерное моделирование, анализ спектра, ПЗС-структура, спектральный прибор, дифракционная решетка.
Paraskun A. S.
USAGE OF A FIBER OPTIC DEVICE AS PART OF SPECTROSCOPY SYSTEMS
Abstract: On the basis of the developed theory of diffraction grating spectral devices, a method for compensating the wave front by synthesizing a diffraction grating with a transparency characteristic that makes it possible to work in higher diffraction orders, where the resolution improves many times over, is proposed. Mathematical calculations are also given to describe the process of photodetection of spectrometric information using a CCD structure. A device was also created that uses a linear-CCD and specialized software for reading spectrometric information.
Keywords: spectrum analysis, apparatus function, spectral error measurement, optical fiber, computer simulation, spectrum analysis, liner-CCD structure, spectral device, diffraction grating.
Шершнев С. И.
ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ ДЛЯ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ … 51
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.9
Аннотация: Рассмотрены результаты электромагнитного моделирования микрополосковых направленных отетвителей, выполненных по технологии 3D-печати. Предложена реализация направленного ответвителя, выполненного на основе LTCC-технологии с возможностью перестройки параметров путем использования перестраиваемых МЭМС-конденсаторов. Приводятся результаты сравнения измеренных результатов изготовленных макетов при различных значениях емкости в однослойном и многослойном конструктивных исполнениях. Измерены диапазон перестройки вносимых потерь, а также зависимость изменения ответвления от емкости МЭМС-конденсаторов. Представлены достоинства и недостатки используемых технологий при разработке современных СВЧ-устройств. Обозначено дальнейшее направление разработки рассмотренного направленного ответвителя.
Ключевые слова: LTCC-технология, микрополосковый направленный ответвитель, ответвление, ответвитель, вносимые потери, МЭМС-перестраиваемый конденсатор, LTCC.
Shershnev S. I.
TUNABLE DIRECTIONAL COUPLE FOR POWER CONTROL SYSTEMS
Abstract: The results of electromagnetic modeling of microstrip directional couplers made using 3D printing technology are considered. An implementation of a directional coupler based on LTCC technology with the possibility of tuning parameters through the use of tunable MEMS capacitors is proposed. The results of comparing the measured results of manufactured couplers with different capacitance values in single-layer and multilayer designs are presented. The tuning range of the insertion loss, as well as the dependence of the change in the branch on the capacitance of MEMS capacitors, were measured. The advantages and disadvantages of the technologies used in the development of modern microwave devices are presented. The further direction of development of the considered directional coupler is indicated.
Keywords: LTCC technology, microstrip directional coupler, coupling, coupler, direct insertion loss, microstrip line, MEMS capacitor, LTCC.
Сергеев Т. В., Суворов Н. Б., Тихоненкова О. В.
ГИБКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И АДАПТИВНОЙ КОРРЕКЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ РАБОТНИКОВ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ … 56
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.10
Аннотация: Рассмотрен аппаратно-программный медицинский комплекс (АПМК) для использования его в качестве средства психофизиологической поддержки стандартной терапии стрессовых расстройств у работников экстремальных профессий. Комплекс состоит из поворотного стола с ложем, на котором зафиксирован испытуемый, и адаптивного аппаратно-программного комплекса “Кардиотренинг” с зрительной обратной связью по сердечному ритму. Комплекс может применяться для проведения курсов реабилитации, состоящих, например, из фармакотерапии, специализированных физических упражнений и т. п., подкрепленных процедурами биологической обратной связи с одновременной тренировкой гемодинамических процессов.
Ключевые слова: аппаратно-программный комплекс, адаптивная обратная связь, собственная гармоника, стрессогенные факторы.
Sergeev T. V., Suvorov N. B., Tikhonenkova O. V.
FLEXIBLE SYSTEM FOR MONITORING AND ADAPTIVE CORRECTION OF THE FUNCTIONAL STATE OF WORKERS IN THE AEROSPACE INDUSTRY
Abstract: During long-term work on control complex systems in conditions of lack of time, defects from informational and psychophysical overloads (up to stress or depression) accumulate in the body, which eventually begin to pose a threat to the integrity of the person–machine complex. To combat such phenomena a developed hardware-software medical complex (HSMC) is proposed. It consists of a turntable with a bed on which the subject is fixed, and an adaptive hardware-software complex “Cardiotraining” with visual feedback on the heart rate. HSMC is used for rehabilitation courses, consisting for example of pharmacotherapy, specialized physical exercises etc, supported by biofeedback procedures with simultaneous training of hemodynamic processes.
Keywords: hardware-software complex, adaptive biofeedback, own (native) harmonic, stress factors.
Мателенок И. В.
ОСОБЕННОСТИ ОПИСАНИЯ СТРУКТУРЫ КРОН ДЕРЕВЬЕВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ В ПОЛОГЕ ЛЕСА В ЦЕЛЯХ КОНТРОЛЯ РАСПОЛОЖЕННЫХ ПОД НИМ ОБЪЕКТОВ … 63
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.4.2.11
Аннотация: Рассмотрены вопросы моделирования переноса излучения в пологе леса. На основе собранных данных о пространственном расположении фитоэлементов березовых древостоев созданы модели крон деревьев разной степени детальности. С использованием моделей выполнены серии экспериментов по симуляции распространения излучения видимого диапазона от расположенного на земле источника через кроны в направлении находящегося над пологом леса сенсора. Исследована угловая изменчивость пропускания излучения кронами для конкретных модельных представлений. Исходя из выявленных различий в форме этой изменчивости определены варианты использования моделей разного уровня детальности.
Ключевые слова: контроль возгораний, крона дерева, лазерное сканирование, лесной полог, лесные пожары, метод фотонных карт, обнаружение объектов, перенос излучения, трехмерные модели.
Matelenok I. V.
SPECIFICS OF DESCRIBING TREE CROWN STRUCTURE FOR SIMULATION OF RADIATION TRANSFER IN FOREST CANOPIES AIMED AT CONTROL OF OBJECTS BELOW IT
Abstract: The issues of forest canopy radiative transfer modeling were considered. Based on the collected data on the spatial arrangement of phytoelements in birch forest stands, tree crown models representing different levels of detail were created. A set of experiments was carried out using the models to simulate the propagation of the visible radiation emitted by the source located on the ground through the crowns toward the sensor positioned above the canopy. The angular dependences of radiation transmission for the specific crown model representations was studied. On the basis of the identified differences in the shape of the relation, options for using the models of different levels of detail were determined.
Keywords: fire-control, forest canopy, forest wildfires, LiDAR, object detection, photon mapping, radiation transfer, three-dimensional models, tree crown.