ПРЕДСТАВЛЯЕТ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИМ. В. А. ТРАПЕЗНИКОВА РАН
V. A. TRAPEZNIKOV INSTITUTE OF CONTROL SCIENCES OF RAS PRESENTS
Пащенко А. Ф., Базенков Н. И., Петров И. В., Рассадин Ю. М., Середа Л. А., Шушко Н. И.
РАБОТЫ И ПРОЕКТЫ ЦЕНТРА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ ИПУ РАН … 3
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.1
Аннотация: Представлен обзор работ и проектов, проводимых Центром интеллектуальной цифровой электроэнергетики ИПУ РАН. Центр создан для осуществления прикладных и фундаментальных исследований в области управления современными энергосистемами, интеллектуализации зданий и Интернета вещей. В Центре созданы и развиваются несколько информационных систем: сенсорная система сбора информации об энергопотреблении, микроклимате и метеоусловиях, система учета активов, система визуализации и анализа данных. Собран исследовательский открытый набор данных об энергопотреблении ИПУ РАН за 2021 - 2023 годы, а также о микроклимате помещений. Разработанная система мониторинга состояния энергетической сети ИПУ РАН используется инженерными службами в повседневной деятельности.
Ключевые слова: интеллектуальная энергетика, интернет вещей, анализ данных, беспроводные датчики, анализ энергопотребления.
Pashchenko A. F., Bazenkov N. I., Petrov I. V., Rassadin Yu. M., Sereda L. A., Shushko N. I.
WORKS AND PROJECTS OF THE CENTER OF DIGITAL SOLUTIONS FOR SMART GRID OF ICS RAS
Abstract: An overview of the works and projects carried out by the Center of digital solutions for smart grid at the ICS RAS is presented. The Center was created to carry out applied and fundamental research in the field of control of modern energy systems, intelligentization of buildings and the Internet of things. The Center has created and is developing several information systems: a sensor system for collecting information on energy consumption, microclimate and weather conditions, an asset accounting system, a system for visualization and data analysis. A research open data set on the energy consumption of the Institute of Control Sciences of the Russian Academy of Sciences for 2021 - 2023, as well as on the indoor microclimate, has been collected. The developed system for monitoring the state of the energy network at ICS RAS is used by engineering services in daily activities.
Keywords: smart energy, Internet of things, data analysis, wireless sensors, energy consumption analysis.
Мещеряков Р. В.
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ … 12
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.2
Аннотация: Представлен обзор состояния развития интеллектуальных робототехнических систем. Рассмотрены классы робототехнических систем по степени автономности с выделением требуемой интеллектуализации функционирования и поведения. Детализируются среды функционирования и показаны актуальные задачи в области различных сред. Предложена детализация интеллектуальных интерфейсов для формирования управляющих команд на робототехнические системы. Сделан вывод о перспективах развития.
Ключевые слова: интеллектуальные системы, робот, робототехнические системы, управление, интеллектуальные интерфейсы.
Meshcheryakov R. V.
INTELLIGENT ROBOTIC SYSTEMS
Abstract: The article provides an overview of the state of development of intelligent robotic systems. Classes of robotic systems are considered according to the degree of autonomy, highlighting the required intellectualization of functioning and behavior. The operating environments are detailed and current tasks in the field of various environments are shown. A detailed description of intelligent interfaces for generating control commands for robotic systems is proposed. A conclusion is drawn about development prospects.
Keywords: intelligent systems, robot, robotic systems, control, intelligent interfaces.
Шинкевич Е. М., Пащенко Ф. Ф.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ГРАДИЕНТНОГО БУСТИНГА В ЗАДАЧЕ АНАЛИЗА МАССОВОГО СОСТАВА ГАЛАКТИЧЕСКИХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТА KASCADE … 18
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.3
Аннотация: Рассмотрено применение метода градиентного бустинга для анализа массового состава галактических космических лучей на основе данных эксперимента KASCADE (KArlsruhe Shower Core and Array DEtector). Метод сравнивается с другими моделями машинного обучения, уже применяемыми в этой области. Исследование показывает, что градиентный бустинг может эффективно классифицировать первичные частицы космических лучей, что подтверждается анализом точности с помощью матрицы несоответствий и сравнением с данными других экспериментов. Работа вносит вклад в понимание процессов формирования космических лучей и может способствовать развитию астрофизики высоких энергий.
Ключевые слова: космические лучи, машинное обучение.
Shinkevich E. M., Pashchenko F. F.
USING THE GRADIENT BOOSTING METHOD IN THE PROBLEM OF ANALYZING THE MASS COMPOSITION OF GALACTIC COSMIC RAYS BASED ON DATA FROM THE KASCADE EXPERIMENT
Abstract: The article discusses the use of the gradient boosting method to analyze the mass composition of galactic cosmic rays based on data from the KASCADE experiment (KArlsruhe Shower Core and Array DEtector). The method is compared with other machine learning models already used in this field. The study shows that gradient boosting can effectively classify cosmic ray primary particles, which is confirmed by accuracy analysis using a confusion matrix and comparison with data from other experiments. The work contributes to the understanding of cosmic ray formation processes and may contribute to the development of high-energy astrophysics.
Keywords: cosmic rays, machine learning.
Дранко О. И., Резчиков А. Ф., Степановская И. А., Кушников В. А., Богомолов А. С., Кулакова Е. М.
ОЦЕНКА СИНЕРГИЗМА ЦЕЛЕЙ ПРИ УПРАВЛЕНИИ КИБЕРФИЗИЧЕСКИМИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ СИСТЕМАМИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ … 23
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.4
Аннотация: Обоснована целесообразность формального анализа степени соответствия целей системы и объекта управления при киберфизическом управлении производственными процессами в машиностроении. Введено понятие индикатора синергизма целей, представлена математическая модель и методика его расчета. Процедура применения методики проиллюстрирована примером из области автоматизации энергохозяйства предприятия.
Ключевые слова: управление, синергизм целей, киберфизические системы, машиностроительные предприятия, производственные процессы.
Dranko О. I., Rezchikov A. F., Stepanovskaya I. A., Kushnikov V. A., Bogomolov A. S., Kulakova E. M.
GOALS SYNERGY ASSESSMENT IN THE MANAGEMENT OF CYBER-PHYSICAL PRODUCTION SYSTEMS OF A MACHINERY ENTERPRISE
Abstract: The article substantiates the feasibility of a formal analysis of the degree of correspondence between the goals of the system and the control object in the cyber-physical control of production processes in mechanical engineering. We introduced the concept of an indicator of goal synergy, developed a mathematical model and methodology for its calculation, and considered an example of using the methodology in automating the energy sector of an enterprise.
Keywords: management, goals synergism, cyber-physical systems, machinery enterprises, production processes.
Совлуков А. С.
МИКРОВОЛНОВЫЙ ВОЛНОВОДНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ … 30
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.5
Аннотация: Рассмотрен микроволновый волноводный датчик, применимый для измерения давления. Одна из двух торцевых металлических стенок волновода является гибкой, прогиб которой происходит под влиянием внешнего давления. Волновод выполнен в виде предельного волновода, для которого фиксированная частота возбуждаемых в нем электромагнитных волн выбрана ниже минимальной частоты возбуждения в волноводе распространяющихся в нем электромагнитных волн. К волноводному датчику подсоединен электронный блок. Он содержит генератор электромагнитных колебаний фиксированной частоты и детектор. Выходной сигнал электронного блока соответствует измеряемому давлению.
Ключевые слова: измерение, датчик, давление, микроволновый, волновод, критическая частота.
Sovlukov A. S.
MICROWAVE WAVEGUIDE SENSOR FOR MEASUREMENT OF PRESSURE
Abstract: Microwave waveguide sensor applicable for measurement of pressure is considered. One of two end metal walls of the waveguide is flexible being under the action of an outer pressure. A fixed frequency of electromagnetic waves excited in the waveguide is chosen lower than minimal frequency of propagation of electromagnetic waves in it. Waveguide sensor is connected with electronic unit. It contains generator of electromagnetic oscillations of a fixed frequency and detector. Output signal of electronic unit serves as a value of measured pressure.
Keywords: measurement, sensor, pressure, microwave, waveguide, cut-off frequency.
Тевяшов Г. К., Пащенко Р. А., Баранова Ю. А.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПАРАМЕТРОВ ВОДЫ ДЛЯ АКВАКУЛЬТУРЫ … 33
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.6
Аннотация: Рассмотрена система для мониторинга параметров воды на аквафермах, способствующая созданию оптимальных условий для жизни и развития гидробионтов. Описывается важность наблюдения за параметрами воды, включая температуру, кислотность, растворенный кислород, жесткость, прозрачность. Подчеркивается, что точное и своевременное контролирование этих параметров является ключом к поддержанию здоровья водных организмов и предотвращению болезней. Предложенная автоматизированная система на основе цифровых датчиков, интегрированных в единую сеть, позволяет улучшить эффективность мониторинга и управления ресурсами, обеспечивая устойчивое развитие аквакультуры.
Ключевые слова: Интернет вещей, мониторинг параметров микроклимата, аквакультура, рыбные хозяйства, цифровая система, интеллектуальное хозяйство.
Tevyashov G. K., Pashchenko R. A., Baranova Yu. A.
DEVELOPMENT OF A WATER PARAMETER MONITORING SYSTEM FOR AQUACULTURE
Abstract: In this article, an innovative system for monitoring water parameters in fish farms is discussed, facilitating optimal living and development conditions for fish. It highlights the importance of water quality monitoring, including temperature, pH, dissolved oxygen, and levels of ammonia, nitrites, and nitrates. The article emphasizes that accurate and timely control of these parameters is crucial for maintaining the health of aquatic organisms and preventing diseases. The proposed automated system, based on digital sensors integrated into a unified network, aims to improve monitoring and resource management efficiency, ensuring sustainable aquaculture development.
Keywords: Internet of Things, microclimate parameter monitoring, aquaculture, fish farms, digital system, smart agriculture.
МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS
Полетаев Д. А., Соколенко Б. В.
УСТРОЙСТВО ПРЕЦИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ … 40
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.7
Аннотация: Описано устройство для детектирования сдвига объекта при проведении микроскопического исследования. Экспериментальная установка включает вихревой блок формирования луча и интерферометр. При работе устройства производится анализ эволюции интерференционной картины двух наложенных вихрей с одиночными топологическими зарядами и противоположными знаками в реальном времени. Приведено подробное теоретическое описание режимов работы прибора, показаны результаты экспериментального исследования параметров. Дана оценка точности определения величины сдвига объекта микроскопического исследования. Она составляет 5,00 нм с допуском не более 5 %. Сделан вывод о применимости разработки совместно со сканирующими микроскопами: атомно-силовыми, туннельными и др.
Ключевые слова: сканирующая микроскопия, устройство позиционирования, датчик, оптический вихрь, объект, интерференция, интерферометрия.
Poletaev D. A., Sokolenko B. V.
DEVICE FOR PRECISION CONTROL OF RESEARCH OBJECT POSITION
Abstract: In this paper a design of a device for detecting the displacement of an object during microscopic studies is proposed. A detailed theoretical description of the operating modes of the device is given, and an experimental assessment of its parameters is carried out. The assessment of the maximum sensitivity for the deviation of the research object is made. Recommendations for use are formulated.
Keywords: scanning microscopy, positioning device, sensor, optical vortex, object, interference, interferometry.
Джумаев П. С., Иванов И. А., Иванова А. В., Этрекова М. О., Самотаев Н. Н., Облов К. Ю.
ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПРОТОТИПИРОВАНИЯ СЕНСОРНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ КЕРАМИКИ … 44
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.8
Аннотация: Описана быстрая и гибкая технология изготовления керамических микроэлектромеханических (МЭМС) датчиков. Основным методом создания МЭМС-устройств является лазерное фрезерование спеченной керамики с металлизацией, нанесенной толстопленочным и тонкопленочным методами. Представлены результаты представленных методов проектирования и оптимизации микро- и наносистем для дальнейшего более широкого использования при прототипировании полупроводниковых сенсорных устройств.
Ключевые слова: лазерная микрообработка, керамическая МЭМС технология, датчик, SMD корпус.
Dzhumaev P. S., Ivanov I. A., Ivanova A. V., Etrekova M. O., Samotaev N. N., Oblov K. Yu.
DIGITAL TECHNOLOGIES FOR PROTOTYPING CERAMIC-BASED SENSOR DEVICES
Abstract: The paper describes a fast and flexible manufacturing technology for ceramic microelectromechanical (MEMS) sensors. The main method for creating MEMS devices is laser milling of sintered ceramics with metallization applied by thick-film and thin-film methods. The results of the methods used for designing and optimizing micro- and nanosystems for further wider use in prototyping semiconductor sensor devices are discussed.
Keywords: laser micromachining, ceramic MEMS technology, sensor, SMD package.
Муленко И. Г., Пучка О. В., Рябко В. В., Милер А. О., Пелипенко К. А.
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НЕФТЕХРАНИЛИЩ … 50
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.9
Аннотация: Рассмотрены особенности эксплуатации и контроля учета основных параметров емкости резервуаров, эксплуатируемых на нефтяных базах. Проанализированы точностные характеристики резервуаров и предложена методика расчета неопределенности резервуаров.
Ключевые слова: ГОСТ, методика поверки, поверка, резервуар, техническое устройство, неопределенность, погрешность метода измерения, измерительная система учета основных параметров вместимости резервуаров.
Mulenko I. G., Puchka O. V., Ryabko V. V., Miler A. O., Pelipenko K. A.
METROLOGICAL SUPPORT OF OIL STORAGE FACILITIES
Abstract: This article reveals the features of operation and control of accounting for the main parameters of the capacity of tanks operated at oil bases. The accuracy characteristics of reservoirs are analyzed and a method for calculating the uncertainty of reservoirs is proposed.
Keywords: GOST, verification method, verification, tank, technical device, uncertainty, measurement method error, measuring system for accounting for the main parameters of tank capacity.
Ненашев В. А., Ненашев С. А., Бестугин А. Р., Киршина И. А., Куркова О. П.
КОНТРОЛЬ НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ НЕЙРОСЕТЕВОГО РАСПОЗНАВАНИЯ В АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ … 57
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.10
Аннотация: Рассмотрена задача автоматического распознавания наземных объектов интереса местности на основе обработки последовательности радиолокационных кадров, снятых с малого летательного аппарата. Продемонстрированы возможности технического зрения, позволяющие распознавать наземные объекты и подсчитывать их количество на сформированных радиолокационных кадрах с малого летательного аппарата. Результаты исследования показывают высокий процент доли верно распознанных наземных объектов при использовании методов технического зрения. Реализованный процесс по распознаванию наземных объектов имеет высокую практическую значимость. Особенно для целей, требующих решения задач оперативного характера, например, для реализации спасательных операций при поиске физических наземных объектов, в частности, людей.
Ключевые слова: техническое зрение, контроль объектов, обработка видеокадров, распознавание наземных объектов, нейронная сеть, авиационные системы.
Nenashev V. A., Nenashev S. A., Bestugin A. R., Kirshina I. A., Kurkova O. P.
GROUND OBJECT CONTROL BASED ON NEURAL NETWORK RECOGNITION IN AVIATION VISION SYSTEMS
Abstract: The article is devoted to the task of automatic recognition of ground objects of interest on the basis of processing a sequence of radar frames taken from a small aircraft. The article deals with the actual task of monitoring and control of ground objects of interest on the earth's surface. The possibilities of technical vision, allowing to recognize ground objects and count their number on the formed radar frames from a small aircraft, are demonstrated. The results of the study show a high percentage of the proportion of correctly recognized ground objects when using vision techniques. The implemented process for recognizing ground objects has high practical significance. Especially for purposes that require the solution of tasks of operational nature, for example, for the realization of rescue operations in the search for physical ground objects, in particular, people.
Keywords: technical vision, object control, video frame processing, ground object recognition, neural network, aviation systems.
Васюков С. А., Красовский А. Б., Маковей А.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ ПО СИГНАЛАМ МЭМС-АКСЕЛЕРОМЕТРА … 62
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.11
Аннотация: Проведен статистический анализ ускорения автомобиля на участках движения и остановки путем обработки сигнала МЭМС-акселерометра. Установлен набор информативных статистических параметров, которые могут быть положены в основу алгоритмов классификации состояний движения или покоя. Решена задача нахождения матрицы направляющих косинусов, связывающей системы координат акселерометра и автомобиля, с использованием которой можно определять ускорение по продольной оси автомобиля, и на его основе вычислять скорость на участках движения.
Ключевые слова: движение автомобиля, электронное реле, ускорение, ящичные диаграммы.
Vasyukov S. A., Krasovsky A. B., Macovey A.
DETERMINING VEHICLE MOVEMENT USING MEMS ACCELEROMETER SIGNALS
Abstract: A statistical analysis of the acceleration of the car in the sections of movement and stop was carried out by processing the signal of the MEMS accelerometer. A set of informative statistical parameters has been established, which can be used as the basis for classification algorithms for states of movement or rest. The problem of finding the matrix of direction cosines, which connects the coordinate systems of the accelerometer and the car, is solved, using which it is possible to determine the acceleration along the longitudinal axis of the car, and on its basis to calculate the speed in the sections of movement.
Keywords: vehicle movement, electronic relay, acceleration, box diagrams.
Ситников Г. П., Буймистрюк Г. Я.
АДАПТИВНЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСНЫЙ ОПРОС МАССИВОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КАНАЛАХ КОРАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ … 69
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.12
Аннотация: Рассмотрен перспективный метод адаптивного мультиплексного опроса массивов волоконно-оптических датчиков корабельных измерительных систем. Приведены требования к аппаратному и программному обеспечению. Предложена функциональная схема многоканальной измерительной системы, построенной на основе указанного метода. Показаны основные возможности измерительной системы.
Ключевые слова: морские подвижные объекты, волоконно-оптический датчик, измерительный преобразователь, метод опроса, измерительная система.
Sitnikov G. P., Buymistriuk G. Y.
ADAPTIVE MULTIPLEX INTERROGATION OF ARRAYS OF OPTICAL FIBER SENSORS IN MEASURING CHANNELS OF SHIP CONTROL SYSTEMS
Abstract: A promising method of adaptive multiplex interrogation of arrays of optical fiber sensors of ship measuring systems is considered. The requirements for hardware and software are given. A functional diagram of a multichannel measuring system built on the basis of the method is proposed. The main possibilities of the measuring system are shown.
Keywords: marine mobile objects, optical fiber sensor, measuring transducer, interrogation method, measuring system.
Богословский А. В., Разиньков С. Н., Семка Э. В.
ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ АВТОГЕНЕРОТОРОВ ПРИ НАВИГАЦИОННОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ … 75
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.2.13
Аннотация: Проведен анализ задач навигационного обеспечения воздушных объектов. Проведен синтез маршрута полета беспилотного летательного аппарата с выбором курсовых углов полета в поворотных пунктах по результатам пеленгования сигналов неподвижного наземного источника. По результатам летных экспериментов оценены среднеквадратические ошибки определения местоположения излучателей при многократной оценке угловых координат в пространственно разнесенных точках приемниками-пеленгаторами, размещенными на беспилотных летательных аппаратах “Орлан-10”, “Феникс” и “Грант-М”. Исследованы способы коррекции автономного полета при возрастающей и убывающей точности оценки направлений прихода сигналов, позволяющие минимизировать ошибки местоопределения за фиксированное время наблюдения. Предложено использовать схему автогенератора на полевом транзисторе для резервного командного средства управления с автоматическим регулированием курсового угла. Обосновано правило построения модели автогенератора, удовлетворяющего требованиям по минимуму среднеквадратичного отклонения, рассчитанного с помощью электрической схемы и заданного курсового угла при ограничении на физическую реализуемость параметров макета заданной структуры. Сформулированы рекомендации по реализации электронной схемы и определены режимы самовозбуждения автогенератора.
Ключевые слова: критерий синтеза маршрута, беспилотный летательный аппарат, автономный полет, автогенератор, электронная компонентная база, полевой транзистор.
Bogoslovsky A. V., Razinkov S. N., Syomka E. V.
JUSTIFICATION OF THE ELECTRONIC COMPONENT BASE FOR AUTOGENERATORS WITH NAVIGATION SOFTWARE UNMANNED AERIAL VEHICLES
Abstract: The analysis of the tasks of navigation support for air objects has been carried out. The synthesis of the flight route of an unmanned aerial vehicle with the choice of heading angles of flight at turning points based on the results of direction finding of signals from a stationary ground source is performed. Based on the results of flight experiments, the root-mean-square errors in determining the location of emitters during multiple estimation of angular coordinates at spatially separated points by direction-finding receivers located on board unmanned aerial vehicles "Orlan-10", "Phoenix" and "Grant-M" are estimated. Methods for correcting autonomous flight with increasing and decreasing accuracy in estimating the directions of signal arrival are studied, which make it possible to minimize positioning errors for a fixed observation time. It is proposed to use a field-effect transistor oscillator circuit with an induced channel for a backup command control with automatic heading angle control. A rule is substantiated for constructing a model of an oscillator that satisfies the requirements for a minimum standard deviation calculated using an electrical circuit and a given heading angle with a restriction on the physical feasibility of the layout parameters of a given structure. Recommendations for the implementation of the electronic circuit are formulated and the modes of self-excitation of the oscillator are determined.
Keywords: unmanned aerial vehicle, autonomous flight, route synthesis criterion, self-oscillator, electronic component base, field-effect transistor.