МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS

Жигалова С. А., Никифорова Л. В., Шеленок Е. А.

СИСТЕМА КОМБИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ С ОГРАНИЧЕНИЕМ ВХОДНОГО СИГНАЛА И ЗАПАЗДЫВАНИЯМИ ПО СОСТОЯНИЮ В ПЕРИОДИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ … 3

DOI: .24412/1992-7185-2025-3-3-10

Аннотация: Решена задача разработки нелинейного комбинированного закона управления для одного класса динамических объектов с насыщением входных данных. Математическая модель рассматриваемого объекта управления содержит несколько запаздываний по состоянию, значения которых неизвестны. Синтез системы управления в условиях структурной, параметрической и функциональной неопределенности при воздействии внешних возмущений, основан на применении критерия гиперустойчивости, условий L-диссипативности, а также использовании в основном контуре системы генератора периодических сигналов и быстродействующих фильтр-корректоров. На этапе моделирования иллюстрируется качество предложенной системы управления.

Ключевые слова: периодическая система управления, структурно-функционально-параметрическая априорная неопределенности, запаздывание, нелинейный комбинированный регулятор, генератор периодических сигналов.

Zhigalova S. A., Nikiforova L. V., Shelenok E. A.

COMBINED CONTROL FOR INPUT-SATURATED PLANT WITH STATE TIME DELAYS IN PERIODICAL MODES

Abstract: Consideration was given to the construction of a nonlinear combined control law for one class of dynamic plants with input saturation. Nonlinear mathematical model of control plant under consideration contains several state delays. The design of nonlinear control law for the control plant operating in the environment of external and parametric perturbations relies on the hyperstability criterion and the conditions for L-dissipativity, as well as on using the generator for periodic signals and fast-acting correction filter. At the simulation stage it is shown the quality of the constructed repetitive control system.

Keywords: analytic design; tracking and adaptation; output feedback control; systems with time-delays; hyperstability criterion, L-dissipativity.

Шилин А. А., Богале М. А., Дикарев П. В.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГОЛОЛЕДНЫХ НАГРУЗОК НА ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С ПОМОЩЬЮ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ … 11

DOI: .24412/1992-7185-2025-3-11-16

Аннотация: Выявлено, что образование наледи на воздушных линиях электропередачи зависит от многих факторов внешней среды, учесть которые одновременно достаточно сложно. В настоящее время существует тенденция перехода существующих сетей на технологию Smart Grid, в основе которой лежат интеллектуальные информационно-измерительные системы, и для решения подобных задач, в том числе задач прогнозирования, целесообразно использовать искусственные нейронные сети. В работе проанализированы факторы образования гололедных отложений на воздушных линиях электропередачи. Разработана модель искусственной нейронной сети определения толщины гололедной муфты с описанием каждого этапа формирования нейронной сети. Определена оптимальная архитектура нейронной сети. Обучение и тестирование проходило на нескольких выборках годового метеопрогноза. Разработана программа на языке Python, которая может использоваться для симуляции искусственной нейронной сети. Полученная модель нейронной сети хорошо справляется с прогнозированием толщины гололедной муфты на воздушных проводах на основе данных о погоде.

Ключевые слова: искусственные нейронные сети, Smart Grid, гололедная муфта, Python, наледь, воздушная линия электропередачи, повреждение линии.

Shilin A. A., Bogale M. A., Dikarev P. V.

FORECASTING ICE LOADS ON OVERHEAD POWER LINES USING NEURAL NETWORKS

Abstract: It has been found that the formation of ice on wires depends on many environmental factors, which are simultaneously a difficult task to take into account. Currently, there is a tendency to transition existing networks to Smart Grid technology, which is based on intelligent information and measurement systems, and to solve such problems, including forecasting problems, it is advisable to use artificial neural networks. The characteristics of ice deposits formation on overhead power lines have been analyzed in the article. A model of an artificial neural network for determining the thickness of an ice clutch has been developed, with a description of each stage of the formation of the neural network. The optimal architecture of the neural network has been determined; training and testing were carried out on several samples of the annual weather forecast. A Python program has been developed that can be used to simulate an artificial neural network. The developed neural network model copes well with predicting the thickness of the ice sleeve on overhead wires based on weather data.

Keywords: artificial neural networks, Smart Grid, icy coupling, Python, frazil, overhead power line, line damage.

Вольф Д. А., Галин Р. Р., Галина С. Б.

ИНДИВИДУАЛЬНО-ТИПОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЭГ КАК БИОМЕТРИЧЕСКИЙ МАРКЕР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИБКИХ НЕЙРОСЕТЕВЫХ МОДЕЛЕЙ … 17

DOI: .24412/1992-7185-2025-3-17-25

Аннотация: Рассмотрены индивидуально-типологические особенности сигналов электроэнцефалограммы как биометрического маркера с применением сверточных нейронных сетей. В качестве классификаторов выбраны две хорошо зарекомендовавшие себя архитектуры глубокого обучения — AlexNet и MobileNetV2. Для оценки адекватности полученных моделей использованы методы визуализации данных в пространстве пониженной размерности, включая метод главных компонент (РСД) и алгоритм t-SNE. Результаты экспериментов показали, что обе нейросетевые архитектуры обеспечивают сопоставимую точность идентификации, составляющую порядка 70 %. Установлено, что дальнейшее повышение точности возможно путем оптимизации гиперпараметров обучения и модификации архитектур. Полученные результаты подтверждают перспективность использования индивидуально-типологических особенностей сигналов электроэнцефалограммы в качестве биометрического маркера при применении сверточных нейронных сетей и подчеркивают высокий потенциал дальнейших исследований в области интеллектуальной обработки нейрофизиологических данных.

Ключевые слова: биометрический анализ, электроэнцефалограмма, сверточные нейронные сети, AlexNet, MobileNetV2, спектральные признаки, t-SNE, машинное обучение, классификация.

Wolf D. A., Galin R. R., Galina S. B.

INDIVIDUAL-TYPOLOGICAL FEATURES OF EEG AS A BIOMETRIC MARKER USING FLEXIBLE NEURAL-NETWORK MODELS

Abstract: This article considers the individual-typological characteristics of electroencephalogram (EEG) signals as a biometric marker using convolutional neural networks. Two well-established deep-learning architectures—AlexNet and MobileNetV2—were selected as classifiers. Model adequacy was evaluated with data-visualisation techniques in reduced-dimensional space, including principal component analysis (PCA) and the t-SNE algorithm. Experimental results showed that both neural-network architectures achieve comparable identification accuracy of roughly 70 %. Further gains appear attainable through hyper-parameter optimisation and architectural refinements. Overall, the findings confirm the promise of leveraging individual-typological features of EEG signals as a biometric marker when applying convolutional neural networks and highlight the substantial potential for continued research in intelligent processing of neurophysiological data.

Keywords: biometric analysis, electroencephalogram, convolutional neural networks, AlexNet, MobileNetV2, spectral features, t-SNE, machine learning, classification.

Мортин К. В., Проскуряков А. Ю.

МЕТОДИКА РАСПОЗНАВАНИЯ НАБОРОВ СИМВОЛОВ КЛЕЙМА НА ТРУБАХ МЕТАЛЛОПРОКАТА В ЗАВОДСКИХ УСЛОВИЯХ … 26

DOI: .24412/1992-7185-2025-3-26-31

Аннотация: Рассмотрена методика распознавания набора символов клейма на трубах разного сортамента, изготавливаемых на металлургическом производстве. В работе использован нейросетевой алгоритм детекции области появления алфавита на трубе, а также разработан классификатор объектов алфавита на основе нечеткой логики по схеме Такаги-Сугено с правилами Мамдани. Предлагаемое решение позволяет обойтись без стандартных алгоритмов распознавания, создать алфавит символов в наборе клейма на трубах, распознать его с точностью более 95 % и добавлять новые алфавиты к уже существующему классификатору.

Ключевые слова: детектирование, нейронная сеть, классификация, нечеткая логика, неопределенность.

Mortin K. V., Proskuryakov A. Y.

A TECHNIQUE FOR RECOGNIZING SETS OF STAMP SYMBOLS ON ROLLED METAL PIPES IN A FACTORY SETTING

Abstract: The article considers a method for recognizing a set of stamp symbols on pipes of different grades manufactured in metallurgical production. A neural network algorithm is used to detect the area of the alphabet on the pipe, and a classifier of alphabet objects based on fuzzy logic according to the Takagi-Sugeno scheme with Mamdani rules has been developed. The proposed solution makes it possible to dispense with standard recognition algorithms, create an alphabet of symbols in a set of stamps on pipes, recognize it with an accuracy of more than 95% and add new alphabets to an existing classifier.

Keywords: detection, neural network, classification, fuzzy logic, uncertainty.

Власов Е. В., Завьялов П. С., Савченко М. В.

РАЗРАБОТКА ВЫСОКОТОЧНОЙ ТЕНЕВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С БОЛЬШИМ ПОЛЕМ ЗРЕНИЯ … 32

DOI: .24412/1992-7185-2025-3-32-37

Аннотация: Рассмотрена задача контроля качества перемешивающих решеток для атомных реакторов. В процессе разработки системы контроля исследовались различные методы обработки теневого изображения решеток. Для высокоточного контроля диаметров и позиционного отклонения центров ячеек разработаны программно-аппаратные средства и алгоритмы, позволяющие существенно повысить достоверность результатов контроля. Созданы алгоритмы обработки изображений перемешивающих решеток для вычисления их геометрических параметров.

Ключевые слова: система технического зрения, перемешивающая решетка, обработка изображений, метод теневой проекции, контроль геометрических параметров, тепловыделяющие сборки.

Vlasov E. V., Zavyalov P. S., Savchenko M. V.

DEVELOPMENT OF A HIGH-PRECISION SHADOW MEASURING SYSTEM WITH A LARGE FIELD OF VIEW

Abstract: The problem of quality control of mixing grids for nuclear reactors is considered. In the process of developing the control system, various methods of processing the shadow image of the grids were investigated. For high-precision control of diameters and positional deviation of cell centers, software and hardware tools and algorithms have been developed that allow significantly increasing the reliability of the control results. Algorithms for processing images of mixing grids for calculating their geometric parameters have been created.

Keywords: machine vision system, mixing grid, image processing, shadow projection method, geometric parameter control, fuel assemblies.

Артемьев Б. В., Власов А. И., Рукавишников К. А., Селиванов К. В.

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ РАДИАЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ … 38

DOI: .24412/1992-7185-2025-3-38-45

Аннотация: Рассмотрена наилучшая с точки зрения энергетической эффективности система сохранения постоянной температуры интегральных полупроводниковых сенсоров радиационных излучений. Актуальность подобных приборов возросла в связи с созданием датчиков на основе структур металл–диэлектрик–полупроводник, обладающих повышенными функциональными характеристиками в сравнении с сенсорами на основе других физических принципов. Данная технология предполагает реализацию активного чувствительного элемента датчика на полупроводниковом кристалле, свойства которого нелинейно зависят от изменения температуры, что требует применения системы термостатирования. Цель работы – проектирование системы для стабилизации температуры чувствительного элемента полупроводникового датчика ионизирующих излучений. Проведен анализ возможных технических решений, аргументирован выбор тех или иных параметров устройства. С помощью компьютерного моделирования сеточными методами были определены значения эффективности термостатирующей системы в зависимости от характеристик конструкции. Предложено решение, обладающее максимальным коэффициентом полезного действия. Результаты моделирования были подтверждены экспериментами с прототипом портативного термостатированного контейнера с различными объемами термостатической камеры. Представлены результаты проведенного исследования, которые демонстрируют высокую перспективность применения термоэлектрических модулей в системах термостатирования, что позволит расширить область применения полупроводниковых радиационных датчиков.

Ключевые слова: термоэлектрические устройства, термостаты, контроль температуры, температурный анализ, полупроводниковые радиационные датчики, сенсоры ионизирующих излучений.

Artemiev B.V., Vlasov A.I., Rukavishnikov K.A., Selivanov K.V.

ENERGY-EFFICIENT SYSTEMS OF THERMOELECTRIC THERMOSTATTING OF SENSITIVE ELEMENTS OF SEMICONDUCTOR RADIATION SENSORS

Abstract: The work is devoted to designing the best system for maintaining a constant temperature of integrated semiconductor radiation sensors in terms of energy efficiency. The relevance of such devices has increased due to the creation of sensors based on metal-insulator-semiconductor structures, which have improved functional characteristics compared to sensors based on other physical principles. This technology involves the implementation of an active sensitive element of the sensor on a semiconductor crystal, the properties of which nonlinearly depend on temperature changes, which requires the use of a thermostatting system. The aim of the work is to design a system for stabilizing the temperature of the sensitive element of a semiconductor sensor of ionizing radiation. As a result of the work, an analysis of possible technical solutions was carried out, the choice of certain device parameters was substantiated. Using computer modeling by grid methods, the efficiency values of the thermostatting system were determined depending on the design characteristics, a solution with the maximum efficiency was proposed. The modeling results were confirmed by experiments with a prototype of a portable thermostatted container with different volumes of the thermostatic chamber. The results of the conducted research are presented, which will allow to expand the scope of application of semiconductor radiation sensors and demonstrate the high potential of using thermoelectric modules in their thermostatting systems.

Keywords: thermoelectric devices, thermostats, temperature control, temperature analysis, semiconductor radiation sensors, ionizing radiation sensors.

Жуков Д. А., Касаткин С. И., Амеличев В. В., Костюк Д. В.

ЭЛЕМЕНТЫ МАГНИТНОЙ СТРЕЙНТРОНИКИ НА ОСНОВЕ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫХ НАНОСТРУКТУР С МАГНИТОСТРИКЦИОННЫМ ЭФФЕКТОМ … 46

DOI: .24412/1992-7185-2025-3-46-57

Аннотация: Рассмотрены принципы действия и реализованные конструктивные решения элементов магнитной стрейнтроники на основе магниторезистивных наноструктур с магнитострикционным эффектом, а также результаты разработок преобразователей и датчиков на их основе. Представлено современное состояние активно развивающегося в мире направления магнитной стрейнтроники в части перспективных исследований и практического применения магниторезистивных наноструктур и устройств на их основе.

Ключевые слова: магниторезистивный эффект, магнитострикционный эффект, магнитная стрейнтроника, наноструктура.

Zhukov D. A., Kasatkin S. I., Amelichev V. V., Kostyuk D. V.

ELEMENTS OF MAGNETIC STRAINTRONICS BASED ON MAGNETORESISTIVE NANOSTRUCTURES WITH MAGNETOSTRICTION EFFECT

Abstract: The principles of operation and implemented design solutions of magnetic straintronics elements based on magnetoresistive nanostructures with magnetostrictive effect, as well as the results of development of converters and sensors based on them are considered. The current state of the actively developing direction of magnetic straintronics in the world is presented in terms of promising research and practical application of magnetoresistive nanostructures and devices based on them.

Keywords: magnetoresistive effect, magnetostrictive effect, magnetic straintronics, nanostructure.

Скрипник А. П., Школьников Э. Я., Каргин Н. И.

СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДРАЙВЕРА ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ НА НОРМАЛЬНО ОТКРЫТЫХ НИТРИД-ГАЛЛИЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ … 57

DOI: .24412/1992-7185-2025-3-57-64

Аннотация: Приведены результаты моделирования работы схем драйверов для линейки лазерных диодов с потребляемой мощностью до 1 кВт. Рассмотрены схемы отдельных узлов драйверов, а также методы гашения колебаний тока в установившемся режиме работы схемы и выбросов при переходных процессах.

Ключевые слова: драйвер лазерного диода, транзистор с высокой подвижностью электронов, понижающий стабилизатор тока.

Skripnik A. P., Shkolnikov E. Ya., Kargin N. I.

CIRCUIT SIMULATION OF A LASER DIODE DRIVER ON NORMALLY-ON GALLIUM NITRIDE TRANSISTORS

Abstract: The results of modeling the operation of driver circuits for a line of laser diodes with a power consumption of up to 1 kW are presented. The schemes of individual driver nodes are considered, as well as methods for damping current fluctuations in the steady-state operation of the circuit and surges during transients.

Keywords: laser diode driver, high electron mobility transistor, buck current regulator.

Балабанов А. В., Мамонтова А. А.

ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСХОДОМЕРА НА ОСНОВЕ СЕМИКАСКАДНОГО МИКРОСТРУЙНОГО ГЕНЕРАТОРА … 65

DOI: .24412/1992-7185-2025-3-65-67

Аннотация: Для микроструйного измерителя расхода, построенного на основе семикаскадного генератора, получены экспериментальные и аналитические передаточные характеристики по дифференциальному давлению и расходу. Характеристика по дифференциальному давлению отражает зависимость частоты выходного сигнала расходомера от перепада давления между его каналом питания и атмосферой, характеристика по расходу – зависимость количества выходных импульсов от измерительного объема газа.

Ключевые слова: расходомер, передаточная характеристика, аналитическая зависимость, частота, микроструйный генератор.

Balabanov A. V., Mamontova A. A.

TRANSMISSION CHARACTERISTICS OF FLOW METER BASED ON SEVEN-STAGE MICROFLUIDIC GENERATOR

Abstract: Differential pressure and flow rate transmission characteristics of the flow meter built on the basic of the seven-stage microfluidic generator are obtained. The differential pressure characteristic is the dependence of the flow-meter output frequency on the difference of the pressures of the supply channel and the atmosphere. The flow rate characteristic reflects the dependence of the number of the output pulses on the gas measuring volume.

Keywords: flow meter, transmission characteristic, analytical dependence, frequency, microfluidic generator.

Юдаев В. А. Балабанов, П. В., Дивин А. Г., Егоров А. С., Ковалев Р. Р., Мищенко С. В., Сенкевич С. А.

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ БОЛЕЗНЕЙ РАСТЕНИЙ … 68

DOI: .24412/1992-7185-2025-3-68-74

Аннотация: Представлены результаты исследований по созданию технического и программно-алгоритмического обеспечений фильтрового мультиспектрометра на основе анализа гиперспектральных изображений плодовых деревьев (яблонь). С применением метода главных компонент были определены длины волн отраженного от растительных тканей излучения, спектральная яркость на которых позволяет классифицировать виды тканей по пяти категориям: “листья с паутиной”, “кора”, “листья с фитозаболеваниями”, “здоровые листья”, “яблоки”. В качестве метода классификации был выбран множественный дискриминантный анализ, который в сравнении с логистической регрессией позволяет, применяя метод “случайного леса” и ближайших соседей (kNN), обеспечить удовлетворительную точность не менее 86 %, а также и позволяет автоматизировать процесс классификации. Найденные значения длин волн позволили предложить структуру мультиспектрометра с полосовыми фильтрами. Рассмотрен алгоритм классификации и проведена его апробация на яблонях. При этом усредненная метрика классификации AUC составила 0,98, что говорит о высокой эффективности модели.

Ключевые слова: гиперспектральная камера, мультиспектральная камера, классификация растительных тканей, дискриминантный анализ, метод главных компонент, алгоритм.

Yudaev V. A., Balabanov P. V., Divin A. G., Egorov A. S., Kovalev R. R., Mishchenko S. V., Senkevich S. A.

HARDWARE AND SOFTWARE COMPLEX FOR OPTICAL-ELECTRONIC DETECTION OF PLANT DISEASES

Abstract: The article presents the results of research on the creation of technical and software-algorithmic support for a filter multispectrometer based on the analysis of hyperspectral images of fruit trees (apple trees). Using the principal component method, the wavelengths of radiation reflected from plant tissues were determined, the spectral brightness of which allows us to classify types of tissues into five categories: “leaves with cobwebs”, “bark”, “leaves with phyto-diseases”, “healthy leaves”, “apples”. Multiple discriminant analysis was chosen as the classification method, which, compared with logistic regression, the method of “random forest” and nearest neighbors (kNN) gives satisfactory accuracy (at least 86%) and allows you to automate the classification process. The found wavelength values allowed us to propose the structure of a multispectrometer with bandpass filters. A classification algorithm is proposed and tested on apple trees. At the same time, the average AUC classification metric was 0. 98, which indicates the high efficiency of the model. This research was funded by financial support from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the framework of the project “Development of a robotic complex of ground and air unmanned platforms for use in agricultural technologies” (124062100023-3).

Keywords: hyperspectral camera, multispectral camera, plant tissue classification, discriminant analysis, principal component analysis, algorithm.