Датчики и системы, № 6, 2024

Sensors and Systems, N 6, 2024

 

С О Д Е Р Ж А Н И Е  и  А Н Н О Т А Ц И И

C O N T E N T  &  A B S T R A C T S

 

 

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

 

MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS

 

 

 

Затуливетер Ю. С., Фищенко Е. А.

ПРЕДПОСЫЛКИ К ИМПОРТОНЕЗАВИСИМОМУ РАЗВИТИЮ ОБЛАЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ. ЧАСТЬ II. ГИБРИДНЫЕ АРХИТЕКТУРЫ НА БАЗЕ КОМПЬЮТЕРОВ-УСКОРИТЕЛЕЙ С МАССОВЫМ МНОГОЯДЕРНЫМ ПАРАЛЛЕЛИЗМОМ … 3

DOI: 10.24412/1992-7185-2024-6-3-11

Аннотация. На примере требований по созданию цифровых двойников для атомных электростанций (АЭС) рассмотрены возможности применения импортонезависимой элементной базы для создания гибридных вычислительных комплексов на основе предлагаемого к разработке однокристального компьютера-ускорителя с массовым многоядерным параллелизмом, сопрягаемого с серийными отечественными микропроцессорами. Для виртуализации ресурсов компьютеров-ускорителей при их использовании в облачных системах предложен метод динамического масштабирования массового многоядерного параллелизма.

Ключевые слова: импортонезависимость, цифровые двойники, гибридные вычислительные комплексы, компьютер-ускоритель с массовым многоядерным параллелизмом, облачные системы, виртуализация облачных ресурсов, метод динамического масштабирования массового многоядерного параллелизма.

 

Zatuliveter Yu. S., Fishchenko E. A.

TOWARDS IMPORT-INDEPENDENT DEVELOPMENT CLOUD TECHNOLOGIES OF DIGITAL TWINS OF COMPLEX SYSTEMS. PART 2. HYBRID ARCHITECTURES BASED ON COMPUTERS-ACCELERATOR WITH MASSIVE MULTICORE PARALLELISM

Abstract: Using the example of the requirements for creating digital twins for nuclear power plants (NPP), the possibilities of using an import-independent element base to create hybrid computing complexes based on a proposed single-chip accelerator computer with mass multicore parallelism, interfaced with serial domestic microprocessors, are considered. To virtualize the resources of computers-accelerator when they are used in cloud systems, the method of dynamic scaling of mass multicore parallelism proposed.

Keywords: import-dependence, digital twins, hybrid computing complexes, computer-accelerator with mass multicore parallelism, cloud systems, virtualization of cloud resources, a method for dynamically scaling massive multicore parallelism.

 

 

Горшенин А. Ю., Денисова Л. А.

ПРИМЕНЕНИЕ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ ДЕРЕВЬЕВ РЕШЕНИЙ И ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ КРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ … 12

DOI: 10.24412/1992-7185-2024-6-12-20

Аннотация: Рассмотрена задача прогнозирования электропотребления для повышения экономической эффективности работы энергосбытовой компании. Представлены результаты работы моделей прогнозирования электропотребления, полученные при использовании деревьев решений и нейронной сети, а также их совокупности в виде гибридной модели. Получено, что применение модели, сочетающей в себе градиентный бустинг деревьев решений и нейросетевые технологии позволяет уменьшить ошибку краткосрочного прогнозирования электропотребления. Использование метода градиентного спуска при формировании гибридной модели позволит повысить точность модели благодаря минимизации ошибки прогноза.

Ключевые слова: прогнозирование электропотребления, нейронные сети, градиентный бустинг, деревья решений.

 

Gorshenin A. Yu., Denisova L. A.

APPLICATION OF MACHINE LEARNING DECISION TREES AND ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS FOR SHORT-TERM FORECASTING OF ELECTRICITY CONSUMPTION

Abstract: The problem of forecasting power consumption to improve the economic efficiency of an energy sales company is considered. The results of power consumption forecasting models obtained using decision trees and a neural network, as well as their combination in the form of a hybrid model, are presented. It was found that the use of a model that combines gradient boosting of decision trees and neural network technologies makes it possible to reduce the error in short-term forecasting of power consumption. Using the gradient descent method when forming a hybrid model will improve the accuracy of the model by minimizing the forecast error.

Keywords: power consumption forecasting, neural networks, gradient boosting, decision trees.

 

 

Аракелян Э. К., Мезин С. В., Андрюшин А. В., Пащенко Ф. Ф.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИОННОЙ ЗАДАЧИ СТАНЦИОННОГО УРОВНЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ ЭНЕРГОБЛОКОВ … 21

DOI: 10.24412/1992-7185-2024-6-21-28

Аннотация: Представлены методические подходы к постановке и решению многокритериальной оптимизационной задачи станционного уровня в рамках интеллектуальной АСУТП ТЭС с рассмотрением критериев по экономичности, надежности и экологии. Применительно к оптимизационной задаче выбора состава включенного генерирующего оборудования на подготовительном этапе выходе ТЭС на рынок электроэнергии и мощности рассмотрены особенности и условия применения цифровых моделей энергоблоков при выборе компромиссного решения поставленной задачи. Показана возможность, особенности и преимущества метода “последовательных уступок” при решении многокритериальных задач. На примере конденсационной станции с энергоблоками К-300 дана постановка задачи, цифровые модели энергоблоков приведены к показателям их экономичности, надежности и выбросам, а также показана возможность получения компромиссного решения. Применительно к различным нагрузкам станции приведены конечные результаты расчетов, подтверждающие, что они удовлетворяют ограничениям рассматриваемых критериев.

Ключевые слова: многокритериальная оптимизация, станционный уровень, цифровые модели,, экономичность, надежность, экология, метод последовательных уступок, главный критерий, компромиссное решение.

 

Arakelyan E. K., Mezin S. V., Andryushin A. V., Pashchenko F. F.

METHODOLOGICAL APPROACHES TO SOLVING A MULTI-CRITERIA OPTIMIZATION PROBLEM AT THE STATION LEVEL USING DIGITAL MODELS OF POWER UNITS

Abstract: Methodological approaches to the formulation and solution of a multi-criteria optimization problem at the station level within the framework of an intelligent automated control system of a thermal power plant with consideration of criteria for efficiency, reliability and ecology are considered. With regard to the optimization problem of choosing the composition of the included generating equipment at the preparatory stage of the TPP's entry into the electricity and capacity market, the features and conditions of using digital models of power units when choosing a compromise solution to the task are considered. The possibility, features and advantages of the “sequential concessions” method in solving multi-criteria problems are shown. Using the example of a condensing station with K-300 power units, the problem statement is given, digital models of power units are given for their efficiency, reliability and emissions, and the possibility of obtaining a compromise solution is shown. . In relation to the various loads of the station, the final calculation results are presented, confirming that they satisfy the limitations of the criteria under consideration.

Keywords: multi-criteria optimization, station level, digital models, efficiency, reliability, ecology, method of successive concessions, main criterion, compromise solution.

 

 

Пикина Г. А., Суслов Д. М., Пащенко Ф. Ф., Пащенко А. Ф.

ВЛИЯНИЕ ПРОГНОЗА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СВЯЗНОЙ СИСТЕМЫ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ КОТЛА … 29

DOI: 10.24412/1992-7185-2024-6-29-33

Аннотация: Поставлена и решается задача повышения эффективности двухсвязной системы регулирования экономичности процесса горения котла. Для достижения этой цели выполнены оптимизация настроек автономных систем регулирования на минимум линейного критерия при заданном запасе устойчивости как обычных, так и систем с прогнозом по регулируемым величинам. При рассмотрении связной системы не учитывалось воздействие расхода воздуха на давление пара перед турбиной, а оценка влияния расхода топлива на содержание кислорода выполнялась различными способами: статическим и прогностическим компенсатором. Результаты сравнения различных вариантов показали существенное повышение эффективности связной системы управления в случае внедрения практически беззатратного и легкореализуемого принципа управления по прогнозу. Расчеты выполнены на примере схем систем регулирования расход топлива–давление пара перед турбиной и количество воздуха–содержание кислорода в уходящих газах с компенсацией поперечной связи. В качестве объекта исследования рассмотрена динамика барабанного котла производительностью 500 т/ч.

Ключевые слова: двухсвязная система регулирования, прогностический регулятор, ПИ-регулятор, абсолютная инвариантность.

 

Pikina G. A., Suslov D. M., Pashchenko F. F., Pashchenko A. F.

THE IMPACT OF THE FORECAST ON THE EFFICIENCY OF THE LINKED SYSTEM OF THE BOILER COMBUSTION PROCESS

Abstract: The problem of increasing the efficiency of a two-link control system for the efficiency of the boiler combustion process is set and solved. To achieve this goal, the settings of autonomous control systems are optimized for the minimum linear criterion at a given stability margin, both conventional and systems with a forecast for controlled values. When considering the linked system, the effect of air flow on the steam pressure before the turbine was not taken into account, and the effect of fuel consumption on the oxygen content was assessed in various ways: with a static and prognostic compensator. The results of comparing different options showed a significant increase in the efficiency of the linked control system in the case of introducing a virtually cost-free and easily implemented principle of control by forecast. Computations are performed using the example of control system diagrams: fuel flow - steam pressure before the turbine and air volume - oxygen content in exhaust gases, with compensation for cross-linking. The dynamics of a drum boiler with a capacity of 500 ton per hour is considered as an object of study.

Keywords: two-link control system, predictive controller, PI controller, absolute invariance.

 

 

Васильев Г. С., Суржик Д. И., Кузичкин О. Р., Бакнин М. Д., Коваленко А. О.

СПОСОБ КАЛИБРОВКИ СИСТЕМ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ … 34

DOI: 0.24412/1992-7185-2024-6-34-38

Аннотация: В статье выполнена разработка, исследование и апробация нового способа моделирования и экспериментального тестирования геоэкологических систем геодинамического мониторинга. Способ предполагает имитацию неоднородностей дополнительными источниками (электродами, отрезками кабелей и пр.). В отличие от известных методов физического (натурного) моделирования, предлагаемый способ позволяет гибко изменять поле неоднородности простым перемещением дополнительных источников. Математическое моделирование показано высокую точность аппроксимации реальных геоэлектрических полей модельными источниками. Апробация способа подтвердила его эффективность при натурных испытаниях многополюсных систем контроля в условиях сложной застройки и воздействия промышленных и климатических помех.

Ключевые слова: геоэкологический мониторинг, геоэлектрика, геодинамический контроль, неоднородности, критерий подобия, аппроксимация.

 

Vasiliev G. S., Surzhik D. I., Kuzichkin O. R., Baknin M. D., Kovalenko A. O.

METHOD FOR CALIBRATION OF GEOECOLOGICAL MONITORING SYSTEMS BASED ON GEOELECTRIC METHODS OF GEODYNAMIC CONTROL

Abstract: The article discusses issues related to the development, research and testing of a new method of mathematical modeling and field testing of geoecological monitoring systems based on geoelectric methods of geodynamic control. The method being developed involves creating the effect of the presence of near-surface and deep-seated inhomogeneities using additional point or extended sources (electrodes of various shapes, cable sections of various lengths and shapes, etc.). The problem with the known methods of physical (full-scale) modeling of geoelectric sections is the rigid specification of the geometric and electrical parameters of the created volumetric and planar media models. A feature of the proposed method is the ability to flexibly change the inhomogeneity field by simply moving additional sources, which is unattainable in known full-scale modeling methods. The mathematical modeling carried out confirmed the high accuracy of approximation of real geoelectric fields by model sources. The testing of the method for calibrating geoelectrical geodynamic control systems confirmed its effectiveness in full-scale testing of multi-pole electrolocation installations in conditions of complex buildings and exposure to industrial and climatic interference.

Keywords: geoecological monitoring, geoelectrics, geodynamic control, heterogeneity, similarity criterion, approximation.

 

 

Бобылев Д. А.

РАЗРАБОТКА ПРОСТЫХ ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ-АНАЛИЗАТОРОВ ИМПЕДАНСА ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ … 39

DOI: 10.24412/1992-7185-2024-6-39-45

Аннотация: Предлагается подход к построению простых виртуальных измерителей импеданса для научных исследований, разработка которых не требует специального опыта в этой сфере. Рассматриваются особенности метода измерения импеданса и варианты построения основных узлов.

Ключевые слова: виртуальные приборы, импедансные измерения, фазочувствительное преобразование, аналого-цифровое преобразование.

 

Bobylev D. A.

DEVELOPMENT OF SIMPLE VIRTUAL IMPEDANCE METERS-ANALYZERS FOR SCIENTIFIC RESEARCH

Abstract: An approach to the construction of simple virtual impedance meters for scientific research is proposed, the development of which does not require special experience in this field. The features of the impedance measurement method and options for constructing the main nodes are considered.

Keywords: virtual instruments, impedance measurements, phase-sensitive conversion, analog-to-digital conversion.

 

 

Подлепецкий Б. И., Жуков А. И., Родин А. С., Самотаев Н. Н.

ДАТЧИК МОЩНОСТИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ МДП-ТРАНЗИСТОРА … 46

DOI: 10.24412/1992-7185-2024-6-46-52

Аннотация: Исследованы возможности использования n-канального МДП-транзистора для измерения мощности ионизирующего излучения. Предложены компактные электрофизические модели, учитывающие вклад в радиационную чувствительность зарядов в диэлектрике и на его границе с полупроводником. Для определения параметров модели были измерены напряжение на затворе транзистора в зависимости от дозы ионизирующего излучения при постоянных значениях тока стока и напряжения сток–исток для различных мощностей излучения, а также вольтамперные характеристики до и после облучения.

Ключевые слова: МДПТ, радиационная чувствительность, мощность излучения, модели.

 

Podlepetsky B. I., Zhukov A. I., Rodin A. S., Samotaev N. N.

IONIZING RADIATION POWER SENSOR BASED ON MOS TRANSISTOR

Abstract: The possibilities of using an n-channel MOSFET for measuring the power of ionizing radiation are investigated. Compact electrophysical models are proposed that take into account the contribution to the radiation sensitivity of charges in the dielectric and at its boundary with the semiconductor. To determine the parameters of the model, the voltage on the transistor gate was measured as a function of the ionizing radiation dose at constant values ​​of the drain current and drain-source voltage for different radiation powers, as well as the volt-ampere characteristics before and after irradiation.

Keywords: MOSFET, radiation sensitivity, radiation power, models.

 

 

Сентяков Б. А., Бакиров Р. М., Ларионов В. А., Туева Е. А.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИХРЕВОГО ЗАХВАТНОГО УСТРОЙСТВА … 53

DOI: 10.24412/1992-7185-2024-6-53-56

Аннотация: Выполнено экспериментальное исследование вихревого захватного устройства в виде стаканообразной камеры с упорным кольцом. Устройство позволяет удерживать плоские объекты со сквозными отверстиями. Получены зависимости подъемной силы от величины давления питания его сжатым воздухом. Обнаружена зависимость генерируемого устройством шума от наличия или отсутствия контакта с ним плоского объекта.

Ключевые слова: вихревое захватное устройство, вихревая камера, подъемная сила, сжатый воздух, уровень звука.

 

Sentyakov B. A., Bakirov R. M., Larionov V. A., Tueva E. A.

INVESTIGATION OF THE VORTEX GRIPPER DEVICE

Abstract: An experimental study of a vortex gripper device in the form of a cup-shaped chamber with a thrust ring has been performed. The device allows you to hold flat objects with through holes. The dependences of the lifting force on the pressure value of its supply with compressed air are obtained. The dependence of the noise generated by the device on the presence or absence of contact with a flat object was found.

Keywords: vortex gripper, vortex chamber, lifting force, compressed air, sound level.

 

 

Селиванов К. В., Рукавишников К. А., Шувалова А. А.

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ В РАЗРАБОТКЕ ПОРТАТИВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ КОНТЕЙНЕРОВ ДЛЯ ВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕВОЗКИ ИММУНОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ … 56

DOI: 10.24412/1992-7185-2024-6-56-63

Аннотация: Представлена разработка термоэлектрических модулей в качестве охлаждающих элементов малогабаритных холодильников для медицинских задач. Актуальность подобных устройств возросла в связи с распространением общедоступных иммунобиологических препаратов. Цель работы – разработка конструкции малогабаритной термостатированной системы на основе термоэлектрических элементов. Проведен анализ возможных технических решений, аргументирован выбор тех или иных составляющих частей устройства. Разработан прототип портативного термостатированного контейнера, отличающийся от известных аналогов уменьшенными себестоимостью и габаритами при лучшем отношении охлаждаемого объема к общему и позволяющий осуществлять долговременное хранение препаратов при температурах от 2 до 8 °С. Представленные результаты проведенных экспериментов показали работоспособность и высокую перспективность применения термоэлектрических модулей для создания устройств подобного типа.

Ключевые слова: элемент Пельтье, термоэлектрический модуль, Arduino, цифровой датчик температуры, контроль температуры, хранение препаратов.

 

Selivanov K. V., Rukavishnikov K. A., Shuvalova A. A.

THERMOSTATIC CONTROL TECHNOLOGY IN THE DEVELOPMENT OF PORTABLE ELECTRONIC CONTAINERS FOR TEMPORARY STORAGE AND TRANSPORTATION OF IMMUNOBIOLOGICAL PREPARATIONS

Abstract: The work is dedicated to the development of thermoelectric modules as cooling elements of small refrigerators for medical purposes. The relevance of such devices has increased due to the spread of publicly available immunobiological medicines. The aim of the work is to develop the design of a small-sized thermostatic system based on thermoelectric elements. As a result of the work, an analysis of possible technical solutions was carried out, the choice of certain components of the device was reasoned. A prototype of a portable thermostatically controlled container has been developed, which differs from known analogues in reduced cost and dimensions with a better ratio of the cooled volume to the total and allows for long-term storage of medicines at temperatures from 2 to 8 ° C. The presented results of the experiments showed the operability and high prospects of using thermoelectric modules to create devices of this type.

Keywords: Peltier element, thermoelectric module, Arduino, digital temperature sensor, temperature control, storage of medicines.

 

 

***

 

УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ В ЖУРНАЛЕ “ДАТЧИКИ И СИСТЕМЫ” В 2024 г.  … 64

 

INDEX OF ARTICLES PUBLISHED IN THE JOURNAL “SENSORS AND SYSTEMS” IN 2024