МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS
Информационные технологии
Information technology
Затуливетер Ю. С., Фищенко Е. А.
ПРЕДПОСЫЛКИ К ИМПОРТОНЕЗАВИСИМОМУ РАЗВИТИЮ ОБЛАЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ. ЧАСТЬ I. СТАДИИ РАЗВИТИЯ ГЛОБАЛЬНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ СРЕДЫ … 3
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-3-12
Аннотация. Для критически важных классов распределенных техногенных систем (на примерах атомных электростанций – АЭС), обозначены направления ипортозамещения в развитии больших компьютерно-сетевых вычислительных сред с облачными инфраструктурами. Рассмотрены перспективы развития концепции и технологий индустриального применения цифровых двойников. Показаны стадии развития сетевых клиент-серверных архитектур в ходе эволюции глобальной компьютерной среды.
Ключевые слова: глобальная компьютерная среда, сетевые клиент-серверные архитектуры, стадии развития, облачные системы, импортонезависимость, цифровые двойники, АЭС.
Zatuliveter Yu. S., Fishchenko E. A.
TOWARDS IMPORT-INDEPENDENT DEVELOPMENT CLOUD TECHNOLOGIES OF DIGITAL TWINS OF COMPLEX SYSTEMS. PART I. STAGES OF DEVELOPMENT OF THE GLOBAL COMPUTER ENVIRONMENT
Abstract: For critically important classes of distributed technogenic systems (using the example of nuclear power plants – NPP), the directions of import substitution in the development of large-scale computer network computing environments with cloud infrastructures are indicated. The prospects for the development of the concept and technologies for the industrial use of digital twins are considered. The stages of development of network client-server architectures during the evolution of the global computer environment are shown.
Keywords: global computer environment, network client-server architectures, stages of development, cloud systems, import-independence, digital twins, NPP.
Богачев И. В., Левенец А. В., Чье Ен Ун, Шарапов М. А.
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОДНОРОДНЫХ СТРУКТУР В МАССИВЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ДАННЫХ КАК ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ПЕРЕД ОПЕРАЦИЕЙ СЖАТИЯ … 13
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-13-17
Аннотация: Представлен способ предварительной обработки измерительных данных, формирующий последовательность данных, эффективность сжатия которой в сравнении с исходным необработанным набором более высока. Предлагаемый способ позволяет учитывать наличие в обрабатываемом наборе данных, состоящем из отсчетов, полученных от разных источников информации, неявные корреляционные связи и обеспечивает небольшой динамический диапазон значений у преобразованной последовательности измерительных данных, что приводит к более высокой эффективности их сжатия в сравнении с исходный последовательностью.
Ключевые слова: предварительная обработка, однородные структуры, сжатие данных, битовая последовательность, измерительные данные.
Bogachev I. V., Levenets A. V., Chye En Un, Sharapov M. A.
METHOD FOR FORMING HOMOGENEOUS STRUCTURES IN A MEASUREMENT DATA ARRAY AS PREPROCESSING BEFORE COMPRESSION OPERATION
Abstract: The article discusses a method for measurement data preprocessing, generating a data sequence whose compression efficiency is higher compared to the original raw set. The proposed method allows us to take into account the presence of implicit correlations in the processed data set, consisting of samples obtained from different sources of information, and provides a small dynamic range of values for the converted sequence of measurement data, which leads to a higher efficiency of their compression compared to the original sequence.
Keywords: preprocessing, homogeneous structures, data compressing, bit sequence, measurement data.
Автоматизированные системы управления
Automated control systems
Пикина Г. А., Суслов Д.М., Пащенко Ф. Ф., Пащенко А.Ф.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОГНОЗА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДВУХСВЯЗНОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ЭНЕРГОБЛОКА … 18
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-18-23
Аннотация: Поставлена и решена задача повышения эффективности двухсвязной системы регулирования мощности энергоблока. Для реализации этой задачи была выполнена параметрическая оптимизация автономных систем регулирования как для обычных, так и прогностических с назначенным запасом устойчивости на минимум линейного интегрального критерия. Для корректного построения модели и получения достоверной оценки результатов было учтено влияние расхода питательной воды на генерируемую электрическую мощность и расхода топлива на температуру в промточке. С целью развязки контуров были применены компенсаторы разного рода: с управлением по прогнозу и статические. Как показали исследования для различных вариантов, наибольший прирост эффективности достигается за счет применения прогноза в автономных системах регулирования. Преобразование статических компенсаторов в прогностические не принесло существенных улучшений в оцениваемом критерии или запасе устойчивости. Моделирование сделано на примере систем регулирования “расход питательной воды–температура в промточке” и “расход топлива–электрическая мощность” с компенсацией влияния их поперечных связей. Объектом исследования выбран энергоблок 800 МВт, динамика получена на основе экспериментальных данных.
Ключевые слова: двухсвязная система регулирования, прогностический регулятор, прогностический компенсатор, абсолютная инвариантность.
Pikina G. A., Suslov D. M., Pashchenko F. F., Pashchenko А. F.
STUDY OF THE INFLUENCE OF FORECAST ON THE EFFICIENCY OF A TWO-LINKED SYSTEM OF POWER UNIT POWER CONTROL
Abstract: The problem of increasing the efficiency of a two-link power control system of a power unit has been set and solved. To implement this problem, parametric optimization of autonomous control systems was performed for both conventional and prognostic ones with an assigned stability margin for the minimum of the linear integral criterion. To correctly construct the model and obtain a reliable estimate of the results, the effect of feedwater consumption on the generated electric power and fuel consumption on the temperature in the intermediate point was taken into account. In order to decouple the circuits, compensators of various types were used: with control according to the forecast and static. As studies for various options have shown, the greatest increase in efficiency is achieved due to the use of the forecast in autonomous control systems. Transformation of static compensators into prognostic ones did not bring significant improvements in the estimated criterion or stability margin. Modeling was done using the example of the control systems "feedwater flow rate - temperature in the intermediate point" and "fuel consumption - electric power" with compensation for the effect of their cross-links. The object of the study is a 800 MW power unit, the dynamics are obtained on the basis of experimental data.
Keywords: two-link control system, prognostic regulator, prognostic compensator, absolute invariance.
Ашанин В. Н., Ларкин С. Е
АЛГОРИТМИЧЕСКИЙ СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ … 24
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-24-28
Аннотация: Предложен способ повышения точности преобразования параметрических датчиков в код с применением цифровых технологий обработки информационного сигнала. Разработаны измерительная цепь и алгоритм работы устройства, позволяющие исключить влияние параметров элементов измерительной цепи, соединительного кабеля и неинформативных параметров датчиков.
Ключевые слова: параметрический датчик, погрешность преобразования, алгоритм преобразования, измерительная цепь, измеряемый параметр, влияющий параметр.
Ashanin V. N., Larkin S. E.
ALGORITHMIC METHOD FOR CORRECTING CONVERSION ERRORS OF PARAMETRIC SENSORS
Abstract: A method has been proposed to increase the accuracy of converting parametric sensors into code using digital technologies for processing information signals. A measuring circuit and an algorithm for the operation of the device have been developed, allowing one to distance themselves from the influence of the parameters of the elements of the measuring circuit, the connecting cable and uninformative parameters of the sensors.
Keywords: parametric sensor, conversion error, conversion algorithm, measuring circuit, measured parameter, influencing parameter.
Никифорова Л. В., Шеленок Е. А.
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОМБИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДАЧЕЙ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ТОКАРНОГО СТАНКА … 29
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-29-34
Аннотация: Рассматривается применение генератора периодических сигналов и критерия гиперустойчивости для синтеза комбинированного закона управления мехатронным модулем подачи инструмента металлорежущего токарного станка. Математическая модель управляемого объекта представлена динамическим звеном, содержащим известное запаздывание по входу. Компенсация запаздывания в канале управления осуществляется за счет упредитель-компенсатора, влияние внешних периодических помех устраняется генератором периодических сигналов. Результаты вычислительного эксперимента продемонстрировали хорошее качество функционирования разработанной системы в заданном классе неопределенности параметров исследуемого объекта управления.
Ключевые слова: генератор периодических сигналов, критерий гиперустойчивости, комбинированный регулятор, запаздывание по управлению, упредитель-компенсатор, периодическая система управления.
Nikiforova L. V., Shelenok E. A.
COMBINED REPETITIVE CONTROL SYSTEM FOR AUTOMATED FEED MODULE OF THE METAL-CUTTING LATHE
Abstract: The article deals with consideration of using the generator for periodic signal and the hyperstability criterion for synthesis of a combined control law for a mechatronic feed module of a metal-cutting lathe. Mathematical model of the control plant under consideration is represented by dynamic link containing a known input delay. The authors use a predictor-compensator to eliminate a delay in the control channel. Influence of an external perturbations is eliminated with the help of generator for periodic signals. The results of the computational experiment were demonstrated the good quality of of the developed system in a given class of uncertainty of the control plant.
Keywords: generator for periodic signals, hyperstability criterion, combined controller, input delayed plant, predictor-compensator, nonlinear repetitive control.
Монастырев Н. Н., Матейко А. А., Зебрев Г. И.
ОЦЕНКА СЕЧЕНИЙ ОДИНОЧНЫХ СБОЕВ КАК ФУНКЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НОРМЫ В ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ МАЛЫХ СПУТНИКОВ … 35
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-35-37
Аннотация: Предложен простой способ оценки сечений одиночных сбоев в цифровых коммерческих интегральных схемах, основанный на анализе процессов при изменении характерных технологических размеров.
Ключевые слова: одиночные сбои, тяжелые заряженные частицы, сечение сбоев, интегральные схемы.
Monastyrev N. N., Mateiko A. A., Zebrev G. I.
ASSESSMENT OF SINGLE EVENT UPSET CROSS SECTION AS А FUNCTION OF TECHNOLOGICAL NODE IN SMALL SATELLITE DIGITAL ELECTRONICS
Abstract: A simple method is proposed for estimating the single event upset cross sections in digital commercial integrated circuits, based on the analysis of processes when scaling characteristic technological dimensions.
Keywords: single event upsets, heavy ions, upset cross section, integrated circuits.
Проектирование и технологии производства электронной аппаратуры
Design and production technologies of electronic equipment
Безменов В. С.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ РАСФАСОВКИ СИРОПОВ НА БАЗЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ УРОВНЯ БАРБОТАЖНОГО ТИПА. ЧАСТЬ II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ РАСФАСОВКИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИРОПОВ … 38
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-38-47
Аннотация: Представлены разработки 8-ми канальной системы расфасовки (СР) многокомпонентных сиропов (основ) с ручной установкой тар на позиции налива и многоканальной СР основ в составе электронной системы управления линейным шаговым транспортером. Приведены функциональные схемы узлов залива тары и принципиальные схемы устройств управления, построенных по стандартной позиционной структуре с использованием элементной базы промышленной пневмоавтоматики систем УСЭППА и ЦИКЛ.
Ключевые слова: многокомпонентные сиропы, системы расфасовки, барботажная трубка, датчик уровня, алгоритм управления.
Bezmenov V. S.
DESIGN OF AUTOMATED SYSTEMS FOR PACKAGING SYRUPS BASED ON PNEUMATIC LEVEL SENSORS OF BUBBLE TYPE. PART II. DESIGN OF MULTI-CHANNEL SYSTEMS FOR PACKAGING MULTI-COMPONENT SYRUPS
Abstract: The developments of an 8-channel packaging system (PS) for multicomponent syrups (bases) with manual installation of containers at the filling position and a multi-channel PS of bases as part of an electronic control system for a linear stepper conveyor are presented. The functional diagrams of the container bay nodes and schematic diagrams of control devices built according to a standard positional structure using the element base of industrial pneumoautomatics of the USEPP and CYCLE systems are presented.
Keywords: multicomponent syrups, packaging systems, bubbling tube, level sensor, control algorithms.
Балабанов А. В., Дуда Л. Ю., Соколов А. О.
РАЗРАБОТКА МИКРОСТРУЙНОГО СЧЕТНОГО ТРИГГЕРА … 47
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-47-51
Аннотация: Представленные результаты разработки микроструйного счетного триггера включают принципиальную схему, многомерную сетевую модель конструкции, 3D-модель и физическую модель. Особенностью разработанного счетного триггера является то, что его работа основана не на синхронизации схемы при помощи согласования постоянных времени, а на принципах логического управления, что повышает устойчивость работы и снижает негативное влияние технологических погрешностей. Проведен анализ потенциальных областей внедрения полученных результатов с точки зрения критических технологий Российской Федерации.
Ключевые слова: дискретная микрофлюидика, счетный триггер, многомерная сетевая модель, система управления, критические технологии.
Balabanov A. V., Duda L. Yu., Sokolov A. O.
DEVELOPMENT OF MICROFLUIDIC COUNTING TRIGGER
Abstract: The article represents results of development of microfluidic counting trigger. The results include the schematic diagram, the multidimensional network model of the design, the 3D-model and the physical model. An important feature of the trigger is that the operation is not based on the synchronization by means of matching the response times. Instead, one uses principles of the logic control, which makes the trigger more stable in operating and less sensitive to the accuracy of manufacturing.
Keywords: discrete microfluidics, counting trigger, multidimensional network model, control system, aircraft.
Вытовтов К. А., Барабанова Е. А.
АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДВУХКАСКАДНОГО КОММУТАТОРА ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И СКАЧКАХ ТРАФИКА … 52
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-52-58
Аннотация: Представлено исследование показателей производительности двухкаскадного коммутатора оптической информационно-измерительной системы при возникновении неисправностей и скачков трафика. Для анализа используется модель двухфазной системы массового обслуживания с общим буфером, адекватно описывающая функционирование полностью оптического двухкаскадного коммутатора. Получены аналитические выражения для нахождения вероятностей состояний системы, пропускной способности, размера буфера первого и второго каскадов в случае скачкообразного изменения интенсивностей поступления и обслуживания с использованием результирующей матрицы преобразования вероятностей. Результаты численных экспериментов позволили сделать вывод о характере изменения показателей производительности коммутатора в случае возникновения неисправностей коммутационных элементов отдельных каскадов, а также при возникновении скачков интенсивности входного потока.
Ключевые слова: оптическая сеть, коммутационный элемент, двухфазная СМО, вероятность потерь, датчики.
Vytovtov K. A., Barabanova E. A.
PERFORMANCE ANALYSIS OF A TWO-STAGE SWITCH OF AN OPTICAL INFORMATION-MEASURING SYSTEM IN THE EVENT OF FAULTS AND TRAFFIC JUMPS
Abstract: The paper presents a study of the performance indicators of a two-stage switch of an optical information-measuring system in the event of faults and traffic jumps. The analysis is based on a model of a two-phase queuing system with a common buffer, which adequately describes the operation of an all-optical two-stage switch. Analytical expressions are obtained for finding the probabilities of system states, throughput, and the size of the buffer of the first and second stages in the case of a stepwise change in the intensities of arrival and service using the resulting matrix of probability transformation. The results of numerical experiments allowed us to draw a conclusion about the nature of the change in the performance indicators of the switch in the event of faults in the switching elements of individual stages, as well as in the event of jumps in the intensity of the input flow.
Keywords: optical network, switching element, two-phase SMO, loss probability, sensors.
Любимов В. В.
ДАТЧИКИ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ КВАРЦЕВЫХ ЦИФРОВЫХ МАГНИТОВАРИАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ: ПРОЦЕСС ИХ СОЗДАНИЯ … 59
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-59-66
Аннотация: ИЗМИРАН является в настоящее время единственной организацией в России, разрабатывающей и изготавливающей высокоточную аппаратуру на основе кварцевых магнитных датчиков для регистрации и исследования геомагнитных вариаций. Этой аппаратурой оснащены все магнитные обсерватории и многие пункты наблюдений в России, а также зарубежные обсерватории. Рассмотрены особенности технологии изготовления кварцевых магнитных датчиков для вариометров и магнитометров. Представлены варианты исполнения датчиков, их крепления и установки.
Ключевые слова: магнитное поле, магнитные измерения, компонентные измерения, кварцевые датчики, магнитовариационные станции, кварцевые магнитометры, магнитные обсерватории.
Lyubimov V. V.
SENSORS FOR MODERN QUARTZ DIGITAL MAGNETO-VARIATION STATIONS: THE PROCESS OF THEIR CREATION
Abstract: IZMIRAN is currently the only organization in Russia that develops and manufactures high-precision equipment based on quartz magnetic sensors for recording and studying geomagnetic variations. All magnetic observatories and many observation points in Russia, as well as foreign observatories, are equipped with this equipment. The features of the technology for manufacturing quartz magnetic sensors for variometers and magnetometers are considered. Design options for sensors, their fastening and installation are presented.
Keywords: magnetic field, magnetic measurements, component measurements, quartz sensors, magnetovariation stations, quartz magnetometers, magnetic observatories.
Жалнин В. П., Блохин М. С., Волынкина М. М., Волынкина М., М., Широков Д. Е.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЭМС-АКСЕЛЕРОМЕТРОВ … 67
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-67-76
Аннотация: Представлен сравнительный анализ МЭМС-акселерометров, приведены основные виды акселерометров, применяемые в современной промышленности. На основе анализа различных характеристик выделены основные параметры оценки качества. Проведен анализ каждого рассматриваемого вида МЭМС-акселерометра, благодаря чему выявлены достоинства и недостатки каждого из них. Составлена сравнительная таблица, на основе которой даны рекомендации по выбору МЭМС-акселерометров.
Ключевые слова: МЭМС-акселерометр, виды, параметры оценки качества, достоинства, недостатки, сравнение.
Zhalnin V. P., Blokhin M. S., Volynkina M. M., Volynkina M. M., Shirokov D. E.
COMPARATIVE ANALYSIS OF MEMS ACCELEROMETERS
Abstract: The scientific article is devoted to the comparative analysis of MEMS accelerometers, the main types of accelerometers used in modern industry are given. Based on the analysis of various characteristics, the main parameters of quality assessment are identified, on the basis of which. An analysis of each type of MEMS accelerometer under consideration was carried out, which revealed the advantages and disadvantages of each of them. A comparative table has been compiled, on the basis of which recommendations on the choice of MEMS accelerometers are given.
Keywords: MEMS accelerometer, types, quality assessment parameters, advantages, disadvantages, comparison.
Кнорринг В. Г., Цветков В. А.
СПОСОБЫ ЛИНЕАРИЗАЦИИ В ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ … 77
DOI: 10.24412/1992-7185-2024-5-77-80
Аннотация: Представлены пути получения линейной характеристики преобразования в измерительном канале, содержащем нелинейный датчик.
Ключевые слова: нелинейный датчик, способы линеаризации, АЦП, микроконтроллер
Knorring V. G., Tsvetkov V. A.
HOW TO LINEARIZE DIGITAL INSTRUMENTATIONS
Abstract: The ways of obtaining a linear transfer function in a measuring channel containing a nonlinear transducer are presented.
Keywords: nonlinear sensor, linearization methods, ADC, microcontroller