МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS
Соколов С. В., Маршаков Д. В., Решетникова И. В.
РОБАСТНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СТОХАСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ НЕОПРЕДЕЛЕННЫХ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ ПОМЕХ … 3
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.3.1
Аннотация: Рассмотрено решение задачи фильтрации параметров состояния динамических стохастических систем на основе нелинейных измерений с помехами, вероятностные распределения которых принадлежат известному классу распределений, но имеют неизвестное аналитическое описание. Наблюдаемый вектор состояния рассматриваемой динамической системы описывается стохастическим нелинейным дифференциальным уравнением, возмущаемым аддитивным шумом, вероятностное распределение которого также имеет неизвестное аналитическое описание и принадлежит классу распределений с ограниченными средними квадратами. Робастная оценка вектора состояния наблюдаемой нелинейной стохастической дифференциальной системы получена в результате оптимизации предложенного нового критерия, представляющего собой аддитивную смесь нелинейной функции от невязки измерения и интегральной квадратичной формы оценки. Показано, что разработанный алгоритм, во-первых, в отличие от классического робастного подхода позволяет использовать априорное знание вида модели динамического объекта, что повышает точность оценивания, во-вторых, в отличие от известных субоптимальных алгоритмов нелинейной фильтрации являясь оптимальным, не требует знания вида распределений шумов объекта и наблюдателя, и в-третьих, в сравнении как с классическим робастным подходом, так и с методами нелинейной фильтрации, требует при его реализации значительно меньших вычислительных затрат. Приведены результаты численного эксперимента, иллюстрирующие эффективность предложенного подхода.
Ключевые слова: робастная фильтрация, нелинейные стохастические дифференциальные системы, класс распределений, невязка измерения.
Sokolov S. V., Marshakov D. V., Reshetnikova I. V.
ROBUST FILTERING OF STATE PARAMETERS OF NONLINEAR DIFFERENTIAL STOCHASTIC SYSTEMS WITH UNCERTAIN PROBABILISTIC NOISE CHARACTERISTICS
Abstract: The solution of the problem of filtering the state parameters of dynamic stochastic systems based on nonlinear measurements with noise, the probability distributions of which belong to a known class of distributions, but have an unknown analytical description, is considered. The observed state vector of the dynamic system under consideration is described by a stochastic nonlinear differential equation perturbed by additive noise, whose probability distribution also has an unknown analytical description and belongs to the class of distributions with bounded mean squares. The robust estimate of the state vector of the observed nonlinear stochastic differential system was obtained as a result of optimization of the proposed new criterion, which is an additive mixture of a nonlinear function of the measurement residual and the integral quadratic form of the estimate. It is shown that the developed algorithm, firstly, unlike the classical robust approach, allows using a priori knowledge of the type of dynamic object model, which increases the estimation accuracy, and secondly, unlike the known suboptimal nonlinear filtering algorithms, being optimal, it does not require knowledge of the type of distributions noise of the object and the observer, and thirdly, in comparison with both the classical robust approach and the methods of nonlinear filtering, it requires significantly less computational costs for its implementation. The results of a numerical experiment illustrating the effectiveness of the proposed approach are presented.
Keywords: robust filtering, nonlinear stochastic differential systems, class of distributions, measurement discrepancy.
Ху Вен-Цен, Мищенко С. В., Беляев П. С., Умбетов У.
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ … 10
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.3.2
Аннотация: Рассматривается принципиально новый вид автоматизированных систем оптимального управления, характеризуемых как многофункциональные интеллектуальные системы. Их отличительной особенностью является способность к реализации различных задач управления в зависимости от сложившихся обстоятельств. Они обладают повышенной степенью автономности, в том числе, возможностью функционировать в полностью автоматическом режиме, что повышает их надежность и живучесть. Математическую основу рассматриваемого принципа управления составляет предлагаемый обобщенный метод ситуационной декомпозиции. Суть его заключается в том, что в системе управления используется конечное множество различных задач, ориентированных на определенные ситуации. В процессе функционирования система управления самостоятельно оценивает возникающие ситуации и ставит на исполнение необходимую задачу управления.
Ключевые слова: многофункциональное управление, оптимальное управление, интеллектуальное управление, система управления с самоорганизацией, иерархическая система управления, надежность систем управления, живучесть систем управления, автономность систем управления.
Khu Ven-Tsen, Mishchenko S. V., Belyaev P. S., Umbetov U.
MULTIFUNCTIONAL INTELLIGENT CONTROL SYSTEMS
Abstract: A fundamentally new type of automated optimal control systems, characterized as multifunctional intelligent systems, is considered. Their distinctive feature is the ability to implement various management tasks depending on the circumstances. They have a high degree of autonomy, including the ability to operate in a fully automatic mode, which increases their reliability and survivability. The proposed generalized method of situational decomposition forms the mathematical basis of the considered control principle. Its essence lies in the fact that the control system uses a finite set of different tasks focused on certain situations. In the process of functioning, the control system independently evaluates the situations that arise and sets the necessary control task for execution.
Keywords: multifunctional control, optimal control, intelligent control, self-organization control system, hierarchical control system, reliability of control systems, survivability of control systems, autonomy of control systems.
Степанов М. В.
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ С ЗАКРЫТЫМ ОПТИЧЕСКИМ КАНАЛОМ … 17
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.3.3
Аннотация: Рассмотрены волоконно-оптические датчики с закрытым оптическим каналом, приведена их уточненная обобщенная математическая модель, учитывающая влияние информативно полезных воздействий и дестабилизирующих факторов на волоконно-оптическую часть датчиков. Также в работе приведены примеры построения волоконно-оптических датчиков с закрытым оптическим каналом с чувствительными элементами, основанными на разных оптических эффектах.
Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, математический модель, чувствительный элемент.
Stepanov M. V.
FIBER-OPTIC SENSORS WITH A CLOSED OPTICAL CHANNEL
Abstract: The article presents a refined generalized mathematical model of fiber-optic sensors with a closed optical channel with sensitive elements based on different optical effects.
Keywords: fiber-optic sensor, mathematical model, sensing element.
Бусурин В. И., Васецкий С. О., Булычев Р. П.
АЛГОРИТМ РАСЧЕТА МИКРООПТОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ С ОПТИЧЕСКИМ СЧИТЫВАНИЕМ … 23
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.3.4
Аннотация: Предложена методика расчета рамочного микрооптоэлектромеханического преобразователя угловой скорости на основе оптического туннельного эффекта. Разработан алгоритм расчета, содержащий предварительный анализ технических требований и выбор оптоэлектронных компонентов, расчет упругих подвесов, определение критических параметров и их допустимых отклонений. Алгоритм расчета позволяет определять количество преобразователей из партии, удовлетворяющих заданным техническим требованиям. Предложенные подходы могут применяться при расчете микрооптоэлектромеханических преобразователей с различными узлами оптического считывания.
Ключевые слова: микрооптоэлектромеханические системы, алгоритм расчета, статистические испытания, преобразователь угловой скорости, оптический туннельный эффект.
Busurin V. I., Vasetskiy S. O., Bulychev R. P.
ALGORITHM FOR DESIGNING A MICRO-OPTOELECTROMECHANICAL ANGULAR VELOCITY TRANSDUCER WITH OPTICAL READOUT
Abstract: The method of calculation of a frame micro-optoelectromechanical angular velocity transducer based on the optical tunnel effect is proposed. The calculation algorithm containing preliminary analysis of technical requirements and selection of optoelectronic components, calculation of elastic hangers, determination of critical parameters and their permissible deviations is developed. The calculation algorithm makes it possible to determine the number of transducers from the batch satisfying the given technical requirements. The proposed approaches can be applied to the calculation of micro-optoelectromechanical transducers with different optical readout units.
Keywords: micro-optoelectromechanical systems, design methodology, statistical tests, optical tunnel effect.
Сентяков Б. А., Петров Н. Л., Попов П. А.
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУЙНОГО ВИХРЕВОГО ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ … 31
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.3.5
Аннотация: Выполнено экспериментальное исследование струйного вихревого датчика положения предназначенного для бесконтактного определения расстояния до поверхностей объектов в диапазоне нескольких миллиметров. Представлены зависимости давления в центральном канале датчика от расстояния до объекта. Получено подтверждение адекватности разработанной ранее математической модели для расчета максимального коэффициента давления.
Ключевые слова: струйный вихревой датчик положения; тангенциальный канал; центральный канал; рабочая характеристика датчика; сжатый воздух; математическое моделирование характеристики; давление воздуха.
Sentyakov B. A., Petrov N. L., Popov P. A.
INVESTIGATION OF A JET VORTEX POSITION SENSOR
Abstract: An experimental study of a jet vortex position sensor designed for non-contact determination of the distance to the surfaces of objects in the range of several millimeters has been performed. The dependences of the pressure in the central channel of the sensor on the distance to the object are obtained. The adequacy of the previously developed mathematical model for calculating the maximum pressure coefficient has been confirmed.
Keywords: jet vortex position sensor; tangential channel; central channel; sensor performance; compressed air; mathematical modeling of characteristics; air pressure.
Безменов В. С.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ РАСФАСОВКИ СИРОПОВ НА БАЗЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ УРОВНЯ БАРБОТАЖНОГО ТИПА. ЧАСТЬ I. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РАСФАСОВКИ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИРОПОВ … 35
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.3.6
Аннотация: Рассмотрены особенности технологического процесса расфасовки сиропов. Проанализированы недостатки кондуктометрических датчиков уровня наполнения тары. Разработан и испытан в производственных условиях экспериментальный образец системы расфасовки однокомпонентных сиропов с пневматическим датчиком уровня барботажного типа. Сформулированы предложения по развитию автоматизированных систем расфасовки сиропной продукции на базе средств пневмоавтоматики.
Ключевые слова: сиропы, система расфасовки, диафрагменный насос, барботажная трубка, дозирование по уровню, алгоритм управления.
Bezmenov V. S.
DESIGN OF AUTOMATED SYSTEMS FOR PACKAGING SYRUPS BASED ON PNEUMATIC LEVEL SENSORS OF BUBBLE TYPE. PART I. DEVELOPMENT OF AN EXPERIMENTAL MODEL OF A PNEUMATIC SYSTEM FOR PACKING SINGLE-COMPONENT SYRUPS
Abstract: Features of syrups packing process are considered. The shortcomings of conductometric sensors of the container filling level were analyzed. An experimental sample of a single-component syrups filling system with a bubbling air level sensor was developed and tested in production conditions. Proposals have been formulated for the development of automated systems for packaging syrup products based on pneumatic automatics.
Keywords: syrups, packing system, diaphragm pump, bubble tube, level dosing, control algorithm.
Колоколов А. С., Вороничев П. П.
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХ ПОДХОДОВ К ДИАГНОСТИКЕ СОСТОЯНИЯ РОТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ОСНОВАННЫХ НА АНАЛИЗЕ ВИБРАЦИИ И НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА … 42
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.3.7
Аннотация: Проведено сравнительное исследование двух подходов к диагностике состояния роторного оборудования, основанных на анализе вибрации и микровариации вращения вала. Сделан вывод, что в отличие от первого подхода второй подход не требует при реализации значительных вычислительных ресурсов, обеспечивает однопараметрическое описание процесса деградации роторного оборудования и устойчивость к медленным изменениям частоты вращения вала.
Ключевые слова: неразрушающий контроль, вибродиагностика, микровариации вращения вала.
Kolokolov A. S., Voronichev P. P.
COMPARATIVE STUDY OF TWO APPROACHES TO THE DIAGNOSIS OF THE STATE OF ROTARY EQUIPMENT BASED ON THE ANALYSIS OF VIBRATION AND UNEVEN ROTATION OF THE SHAFT
Abstract: A comparative study of two approaches to diagnosing the condition of rotary equipment, based on the analysis of vibration and microvariation of shaft rotation, was carried out. It is concluded that, unlike the first approach, the second approach does not require significant computational resources during implementation, provides a one-parameter description of the degradation process of rotary equipment and is resistant to slow changes in shaft speed.
Keywords: non-destructive testing, vibration diagnostics, polyharmonicity hypothesis.
Лемонджава В. Н.
ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА КОНТЕЙНЕРЫ С ДОНОРСКОЙ ПЛАЗМОЙ КРОВИ МАЛЫХ ОБЪЕМОВ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ЕЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЦЕЛЕВОГО ЗНАЧЕНИЯ ПРИ НАГРЕВАНИИ … 49
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.3.8
Аннотация: Представлены результаты части научно-исследовательской работы по исследованию влияния термических и механических воздействий при размораживании человеческой плазмы крови на сохранность ее гемостатических показателей. Описан подход к определению продолжительности ранее неприменяемых величин воздействий, обеспечивающих высокоинтенсивное размораживание и нагревание образцов плазмы крови малых объемов при достижении ее температуры целевого значения с поддержанием требуемой равномерности. Представлен пример решения исследовательской задачи с использованием разработанного подхода.
Ключевые слова: плазма крови, размораживание, нагревание.
Lemondzhava V. N.
APPROACH TO DETERMINING THE DURATION OF PHYSICAL INFLUENCES ON THE CONTAINERS WITH DONOR BLOOD PLASMA OF SMALL VOLUMES TO ACHIEVE ITS TARGET TEMPERATURE DURING HEATING
Abstract: The article presents the results of the part of the research work which aims to investigate the effect of thermal and mechanical influences during thawing of human blood plasma on the safety of its hemostatic parameters. An approach to determining the duration of previously unapplicable values of influences that provide high-intensity thawing and heating of blood plasma samples of small volumes to achieve its temperature target value with maintenance of the required uniformity is described. An example of solving a research problem using the developed approach is presented.
Keywords: blood plasma, thawing, heating.
Николаев А. А., Жалнин В. П., Селиванов К. В.
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ДАТЧИКОВ НА ЧИПЕ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ … 54
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.3.9
Аннотация: Представлен анализ датчиков на чипе для медицинской диагностики. Проведено обобщение и систематизация результатов по данной тематике за последние десять лет. Проанализированы технические проблемы, возникающие при работе датчиков на чипе в медицинской диагностике. Сформулированы основные тенденции развития датчиков на чипе. Составлена классификация перспективных образцов датчиков на чипе. Обоснована перспективность применения датчиков на чипе в медицинской диагностике. Составлены интеллект-карты по технологиям энергосбережения для датчиков на чипе, классификациям датчиков на чипе. Предложен системный анализ новых подходов, тенденций и практик в сфере разработки и применения датчиков на чипе для медицинской диагностики. Подобный анализ отличается от существующих аналогов тем, что в полной мере разбираются проблемы и приводятся их решения в виде перспективных технологий и материалов датчиков на чипе, рассматриваются актуальные прогнозы производства датчиков на чипе и составлены их классификации.
Ключевые слова: датчик на чипе, медицинская диагностика, скоринговая диагностика, биочипы, сенсоры, лаборатория на чипе, Интернет вещей, техническое зрение, чипы.
Nikolaev A. A., ZhalninV. P., Selivanov K. V.
CURRENT TRENDS IN DEVELOPMENT OF PATIENT DIAGNOSTICS SENSORS ON CHIP
Abstract: This article provides an overview and analysis of patient diagnostics sensors on chip. A summary and systematization of a number of scientific papers and articles on this topic were realized for the last 10 years. The article describes technical issues of sensors on chip for medical diagnostics. The main trends of sensors on chip development are revealed. The analysis and classification of promised sensors on chip were realized. Although, the perspectivity of patient diagnostics sensors on chip is explained. Mind maps on energy-saving technologies for sensors on a chip, classification of sensors on a chip have been compiled. The authors propose a systematic analysis of new approaches, trends and practices in the development and application of sensors on a chip for medical diagnostics. Such an analysis differs from existing analogues in that the problems are fully understood and their solutions are presented in the form of promising technologies and materials of sensors on a chip, current forecasts of the production of sensors on a chip are given and their classifications are compiled.
Keywords: sensors on chip, patient monitoring, spot-check monitoring, biochips, sensors, laboratory on a chip, Internet of Things, computer vision, chips.
Белоусов А. И., Вислогузов А. Д., Пащенко Р. А., Шинкевич Е.М.
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ВОЗДУХА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ … 63
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2024.3.10
Аннотация: Рассмотрены вопросы управления качества воздушной среды. Предложена система регулирования качества воздушной среды в рабочих помещениях. Рассмотрено влияние углекислого газа на здоровье людей. Создана система для анализа и управления концентрацией углекислого газа в помещении. Представлены результаты исследований, проведенных на стенде. Предложена модель прогнозирования концентрации углекислого газа в помещении в зависимости от количества людей. Предложенный подход может быть использован для прогнозирования и анализа влияния других компонент воздушной среды в офисно-производственных помещениях.
Ключевые слова: методы, системы, управление, процессы, качество жизни, здоровье, безопасность, среда обитания, модели.
Belousov A. I., Visloguzov A. D., Pashchenko R. A., Shinkevich E. M.
AIR QUALITY MANAGEMENT SYSTEM IN INDUSTRIAL PREMISES
Abstract: The task of analysis is set and a system for regulating the air quality of the working environment is proposed. The influence of carbon dioxide on human health is discussed. A system has been designed to analyze and control the concentration of carbon dioxide in a room. The results of the work of this stand are presented. A model for predicting the concentration of carbon dioxide in a room depending on the number of people has been proposed and tested.
Keywords: systems, management, processes, quality of life, health, safety, habitat, methods, technologies.