МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS
Гречкин Н. Л.
О МЕТОДИКЕ ВЫБОРА КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ ПРОГРАММНОГО ДВИЖЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ СИНТЕЗА НЕЛИНЕЙНЫХ САУ … 3
DOI: 10.24412/1992-7185-2025-4-3-8
Аннотация: Среди эффективных методов синтеза систем автоматического управления (САУ) выделяется обобщенный метод Галеркина, который успешно справляется с нелинейными статическими и динамическими САУ любого класса [1–3]. Согласно обобщенному методу Галеркина определение желаемого программного движения включает в себя выбор коэффициента затухания. Однако до сих пор не существует универсального подхода для его определения. Правильный выбор коэффициента затухания играет решающую роль в достижении требуемых характеристик переходного процесса, поэтому разработка методики, обеспечивающая оптимальный выбор коэффициента затухания для САУ является актуальной задачей. Предложена методика выбора коэффициента затухания при решении задачи синтеза на основе обобщенного метода Галеркина, удовлетворяющая конкретным требованиям к быстродействию, перерегулированию и колебательности.
Ключевые слова: обобщенный метод Галеркина, нелинейные САУ, желаемое программное движение, коэффициент затухания.
Grechkin N. L.
ABOUT THE METHOD OF SELECTING THE DAMPING COEFFICIENT FOR SOLVING THE PROBLEM OF SYNTHESIS OF NONLINEAR ACS
Abstract: The development of control operators for nonlinear automatic control systems (ACS) remains a key problem in both classical and modern automatic control theory. Among the effective methods for synthesizing such systems, the generalized Galerkin method stands out, which successfully copes with nonlinear static and dynamic characteristics of ACS of any class [1–3]. According to the generalized Galerkin method, determining the desired program motion includes choosing the damping coefficient. However, there is still no universal approach to determining it. The correct choice of the damping coefficient plays a decisive role in achieving the required characteristics of the transient process, so the development of a technique that ensures the optimal choice of the damping coefficient for ACS is an urgent task. To propose a practical method for selecting the attenuation coefficient when solving a synthesis problem based on the generalized Galerkin method, satisfying specific requirements for speed, overshoot and hesitation.
Keywords: generalized Galerkin method, nonlinear automatic control systems, desired program motion, damping coefficient.
Костин Е. С., Костин А. С.
РАЗРАБОТКА МОДУЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ МАРШРУТА ДВИЖЕНИЯ БЕСПИЛОТНОЙ СИСТЕМЫ В СИМУЛЯЦИОННОЙ СРЕДЕ … 9
DOI: 10.24412/1992-7185-2025-4-9-15
Аннотация: Представлены результаты разработки модульной системы формирования траектории беспилотной системы в симуляционной среде на основе Unreal Engine 5. Данная система позволяет решать задачу анализа эффективности методов оценки навыков эксплуатантов беспилотных систем. Реализованная тренажерная система позволяет фиксировать прохождение через элемент и на основании системы засечек формировать маршрут в виде круга, после чего выводить результаты по времени за каждый пройденный круг. В результатах исследования представлены элементы, разработанные алгоритмы и блоки тренажерной системы, позволяющие произвести оценку прохождения элементов и их формирование.
Ключевые слова: беспилотная система, формирование траектории, тренажерная среда, оценка траекторий движения, среда разработки Unreal Engine.
Kostin E. S., Kostin A. S.
DEVELOPMENT OF A MODULAR SYSTEM FOR FORMING A TRAJECTORY FOR THE ROUTE OF MOVEMENT OF AN UNMANNED SYSTEM IN A SIMULATION ENVIRONMENT
Abstract: The article presents the results of the development of a modular system for forming the trajectory of an unmanned system in a simulation environment based on Unreal Engine 5. This system allows solving the problem of analyzing the effectiveness of methods for assessing the skills of unmanned systems operators. The implemented training system allows recording the passage through an element and, based on the system of marks, forming a route in the form of a circle, after which displaying the results by time for each completed circle. The results of the study present elements of the developed algorithms and blocks of the training system, allowing for the assessment of the passage of elements and their formation.
Keywords: unmanned system, trajectory formation, training environment, motion trajectory evaluation, Unreal Engine development environment.
Афанасьева В. И., Бестугин А. Р., Киршина И. А., Куркова О. П.
МЕТОД КОНТРОЛЯ ЭРОЗИОННОЙ УЯЗВИМОСТИ ПОБЕРЕЖЬЯ ФИНСКОГО ЗАЛИВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ РЕЛЬЕФА … 16
DOI: 10.24412/1992-7185-2025-4-16-20
Аннотация: В условиях изменения климата, повышения уровня моря и увеличения антропогенного воздействия возрастает потребность в системах дистанционного контроля состояния прибрежной природной среды Финского залива. Так как инструментальные методы контроля ограничены высокой стоимостью, трудоемкостью и сезонными условиями проведения полевых работ, становится актуальным развитие автоматизированных подходов к оценке состояния береговой зоны. В качестве предмета исследования рассматривается метод контроля эрозионной уязвимости прибрежной территории на основе морфометрического анализа цифровой модели рельефа побережья Курортного района Санкт-Петербурга. Разработан метод контроля эрозионной уязвимости, адаптированный к геоморфологическим условиям низменного берега Финского залива. В отличие от существующих решений методика не требует натурных измерений и опирается на общедоступные наборы данных. Научная значимость заключается в расширении методологической базы геоинформационного анализа процессов разрушения берегов и применении цифровых моделей рельефа в задачах диагностики состояния прибрежной среды. Разработанный подход может быть положен в основу систем дистанционного мониторинга и раннего предупреждения. Практическая значимость работы состоит в возможности использования результатов при территориальном планировании, проектировании защитных инженерных сооружений, а также в экологическом и градостроительном регулировании прибрежных районов Санкт-Петербурга и Ленинградской области.
Ключевые слова: контроль природной среды, береговая эрозия, цифровая модель рельефа, обработка изображений.
Afanaseva V. I., Bestugin A. R., I Kirshina. A., Kurkova O. P.
A METHOD FOR MONITORING THE EROSION VULNERABILITY OF THE GULF OF FINLAND COAST USING DIGITAL TERRAIN MODELS
Abstract: The coast of the Gulf of Finland is subject to intense erosion processes, especially in areas with a pronounced urban and tourist impact. In the context of climate change, sea level rise and increased anthropogenic impact, there is an increasing need for remote monitoring systems for the state of the coastal environment. However, instrumental monitoring methods are limited by the high cost, labor intensity and seasonal conditions of field work, which makes it urgent to develop automated approaches to assessing the condition of the coastal zone. The object of the study is the process of erosive transformation of the coastal zone under conditions of natural and anthropogenic impact. The subject of the study is a method for controlling the erosion vulnerability of a coastal area based on a morphometric analysis of a digital model of the coastal relief of the Kurortny district of St. Petersburg. The scientific novelty of the work lies in the development of a method for controlling erosion vulnerability adapted to the geomorphological conditions of the low-lying coast of the Gulf of Finland. Unlike existing solutions, the technique does not require in-situ measurements and relies on publicly available datasets. The scientific significance lies in the expansion of the methodological base of geoinformation analysis of coastal destruction processes and the use of digital relief models in the tasks of diagnosing the state of the coastal environment. The developed approach can be used as the basis for remote monitoring and early warning systems. The practical significance of the work lies in the possibility of using the results in territorial planning, design of protective engineering structures, as well as in environmental and urban planning regulation of the coastal areas of St. Petersburg and the Leningrad region.
Keywords: environmental monitoring, coastal erosion, digital terrain model, image processing.
Ненашев В. А.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МЕТОД ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ ГРУППОВОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ … 21
DOI: 10.24412/1992-7185-2025-4-21-27
Аннотация: Разработан автоматизированный метод оперативного контроля чрезвычайных ситуаций, реализуемый в авиационной системе группового технического зрения, функционирующей в радиодиапазоне. Получение высокоинформативных потоковых данных от авиационных систем бортового оперативного контроля в современном мире играет важную роль. Такие системы применяются при геологической и экологической разведке, при поиске людей и физических наземных объектов в зонах чрезвычайных ситуаций, в труднодоступных местах, при оценке состояния ледяных полей, дешифрировании пожаров, структурных и сезонных изменений и т. д. Эти задачи оперативного характера обуславливают необходимость в реализации новых эффективных автоматизированных систем с расширением их функциональных возможностей, что обуславливает необходимость применения междисциплинарных методов и подходов при построении таких авиационных систем оперативного контроля, в частности, в развивающейся области группового технического зрения. Целью работы является анализ особенностей реализации оперативного мониторинга и разработка соответствующего автоматизированного метода контроля в зонах чрезвычайных ситуаций с применением авиационных систем группового технического зрения в условиях ограниченной видимости, вызванных наличием насыщенной среды, например, дымовой завесы в зонах чрезвычайных ситуаций, а также сложными погодными условиями. Практическая значимость данной системы группового технического зрения заключается в возможности экстренной помощи людям, попавшим в бедствие в результате природных, экологических и техногенных катастроф.
Ключевые слова: системы авиационного мониторинга, оперативный и автоматизированный контроль, зоны с чрезвычайными ситуациями, видеопотоки радиолокационных кадров, малогабаритные бортовые РЛС, система группового технического зрения.
Nenashev V. A.
AUTOMATED METHOD OF OPERATIONAL CONTROL OF EMERGENCY SITUATIONS USING AVIATION GROUP VISION SYSTEMS
Abstract: An automated method of operational control of emergency situations realized in the aviation group vision system operating in the radio band has been developed. Obtaining highly informative streaming data from aviation systems of onboard operational control in the modern world plays an important role. Such systems are used in geological and environmental reconnaissance, in search of people and physical ground objects in emergency zones, in hard-to-reach places, in assessment of ice fields, fire interpretation, structural and seasonal changes, etc. These operational tasks necessitate the implementation of new effective automated systems with the expansion of their functional capabilities, which necessitates the use of interdisciplinary methods and approaches in the construction of such aviation systems of operational control, in particular, in the developing field of group vision. The aim of the work is to analyze the peculiarities of operational monitoring implementation and to develop an appropriate automated method of control in emergency zones using aviation systems of group vision in conditions of limited visibility caused by the presence of saturated environment, such as smoke screen in emergency zones, as well as difficult weather conditions. The practical significance of this group vision system lies in the possibility of emergency assistance to people in distress as a result of natural, environmental and man-made disasters.
Keywords: aviation monitoring systems, operational and automated control, emergency zones, video streams of radar frames, small-size airborne radars, group vision system.
Китаев В. В., Казаков В. И.
СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОГО СПЕКТРАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ ДИФРАКЦИОННОГО СПЕКТРОМЕТРА С МНОГОПОРЯДКОВОЙ РЕШЕТКОЙ … 28
DOI: 10.24412/1992-7185-2025-4-28-34
Аннотация: Представлена концепция и рассмотрены результаты компьютерного моделирования оптической системы спектрального контроля и управления, основанной на применении дифракционного спектрометра с многопорядковой решеткой. Предложенная система ориентирована на работу в режиме реального времени и предназначена для многопараметрического контроля различных физических и технологических процессов, сопровождающихся эмиссией оптического излучения: измерения температуры, высокоточной идентификации спектральных характеристик и т. д. Ключевой особенностью предложенного подхода является возможность не только проведения высокоразрешающего спектрального анализа, но и реализация замкнутого цикла управления на основе полученных спектральных данных. Подробно рассмотрена архитектура системы, методы обработки спектроскопической информации, а также особенности оптической конфигурации системы. Проведенный анализ и моделирование подтверждают эффективность предлагаемого решения для задач автоматизированного контроля в научных и прикладных приложениях.
Ключевые слова: спектральный контроль, дифракционный спектрометр, многопорядковая дифракционная решетка, моделирование, автоматизация, спектральный анализ, оптическая система.
Kitaev V. V., Kazakov V. I.
OPTICAL SPECTRAL MONITORING AND CONTROL SYSTEM BASED ON A DIFFRACTION SPECTROMETER WITH A MULTI-ORDER GRATING
Abstract: The paper presents the concept and results of computer modeling of an optical spectral monitoring and control system based on the use of a diffraction spectrometer with a multi-order grating. The proposed system is oriented to work in real time and is intended for multiparameter control of various physical and technological processes accompanied by the emission of optical radiation: temperature measurements, high-precision identification of spectral characteristics, etc. The key feature of the proposed approach is the possibility of not only high-resolution spectral analysis, but also the implementation of a closed control loop based on the obtained spectral data. The paper discusses in detail the system architecture, methods for processing spectroscopic information, as well as the features of the optical configuration of the system. The analysis and modeling confirm the effectiveness of the proposed solution for automated control problems in scientific and applied applications.
Keywords: spectral monitoring, diffraction spectrometer, multi-order grating, modeling, automation, spectral analysis, optical system.
Таратун В. Е.
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОБРАБОТКИ RFID-ДАННЫХ НА ОСНОВЕ СТАНДАРТА CCSDS ДЛЯ БЕСПИЛОТНЫХ СИСТЕМ … 35
DOI: 10.24412/1992-7185-2025-4-35-42
Аннотация: Представлено инновационное решение для автоматизации радиочастотной идентификации (RFID) объектов с использованием беспилотных систем. Основной акцент работы направлен на разработку алгоритмических моделей обработки RFID-данных на основе стандарта CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems), обеспечивающих высокоскоростное и помехоустойчивое считывание меток в динамичных условиях. В качестве аппаратной платформы выбран компактный “UHF RFID-модуль FM-503”, интегрированный с одноплатным компьютером “Raspberry Pi”, выполняющим функции управления беспилотной системой. Предложены оригинальные алгоритмы кодирования/декодирования данных, адаптированные под структуру банков памяти RFID-меток стандарта EPC Gen2, а также методы антиколлизионного считывания, позволяющие обрабатывать до 60 меток в секунду.
Ключевые слова: радиочастотная идентификация, беспилотные системы, CCSDS, алгоритмы обработки данных, автоматическая идентификация, радиочастотные метки, интернет вещей.
Taratun V. E.
DEVELOPMENT OF ALGORITHMIC MODELS OF RFID DATA PROCESSING BASED ON THE CCSDS STANDARD FOR UNMANNED SYSTEMS
Abstract: The article presents an innovative solution for the automation of radio frequency identification (RFID) of objects using unmanned systems. The main focus of the work is on the development of algorithmic models for processing RFID data based on the CCSDS (Advisory Committee for Space Data Systems) standard, providing high-speed and noise-resistant tag reading in dynamic conditions. The compact UHF RFID module FM-503, integrated with a single-board Raspberry Pi computer, which performs the functions of controlling an unmanned system, was chosen as the hardware platform. Original data encoding/decoding algorithms adapted to the structure of RFID tag memory banks of the EPC Gen2 standard, as well as anti-collision reading methods, allowing processing up to 60 tags per second, are proposed.
Keywords: radio frequency identification, unmanned systems, CCSDS, data processing algorithms, automatic identification, radio frequency tags, Internet of Things.
Костин А. С.
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ НА СКЛАДЕ ПРИ ПОМОЩИ БЕСПИЛОТНЫХ СИСТЕМ … 43
DOI: 10.24412/1992-7185-2025-4-43-48
Аннотация: Рассмотрены перспективы внедрения беспилотных систем для решения задач инвентаризации, навигации в складских помещениях и оптимизации логистических процессов. Представлена практическая реализация решения задачи автоматизации складов, в частности реализация системы на базе модуля FM-503 UHF RFID и одноплатного компьютера Raspberry Pi. Проведен анализ современных вызовов складской логистики и отдельно представлены алгоритмы автономной навигации с использованием ArUco-маркеров и RFID-считывания. Представлены разработанные алгоритмы и блоки практической реализации с применением беспилотной системы в исследовательском летном поле.
Ключевые слова: беспилотная система, формирование траектории, RFID, автономная навигация, идентификация объектов.
Kostin A. S.
DEVELOPMENT OF A SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX FOR AUTOMATING THE PROCESS OF IDENTIFYING OBJECTS IN A WAREHOUSE USING UNMANNED SYSTEMS
Abstract: This article is devoted to the topical issue of warehouse automation using unmanned systems and radio frequency identification (RFID) technology. The article discusses the prospects for the introduction of drones to solve inventory, navigation in warehouses, and logistics process optimization tasks. It presents a practical implementation of a warehouse automation solution, in particular, it considers issues related to the practical implementation of a system based on the FM-503 UHF RFID module and a Raspberry Pi single-board computer. an analysis of modern challenges in warehouse logistics is performed, and autonomous navigation algorithms using ArUco markers and RFID reading are presented separately. The research results present the developed algorithms and practical implementation blocks, using an unmanned system in a research flight field.
Keywords: unmanned system, trajectory formation, RFID, autonomous navigation, object identification.
Гречкин Н. Л., Ватаева Е. Ю., Шишлаков В. Ф.
АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТОЧЕК ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ “ТРЕХПОЗИЦИОННОЕ РЕЛЕ С ГИСТЕРЕЗИСОМ” … 49
DOI: 10.24412/1992-7185-2025-4-49-55
Аннотация: Представлен алгоритм для определения точек переключения нелинейных элементов в системах автоматического управления (САУ), в частности, для трехпозиционного реле с гистерезисом. Математической основой для разрабатываемого алгоритма является обобщенный метод Галеркина. Показана эффективность алгоритма в случаях непрерывных и импульсных САУ, приведено сравнение экспериментальных и теоретических результатов. Представленный алгоритм упрощает процесс проектирования, обеспечивая точное определение точек переключения.
Ключевые слова: точки переключения, обобщенный метод Галеркина, нелинейные САУ, трехпозиционное реле с гистерезисом.
Grechkin N. L., Vataeva E. Yu., Shishlakov V. F.
ALGORITHM FOR CALCULATING NONLINEARITY SWITCHING POINTS “THREE-POSITION RELAY WITH HYSTERESIS”
Abstract: The presented article describes an algorithm for determining switching points of nonlinear elements in automatic control systems (ACS), in particular, for a three-position relay with hysteresis. The mathematical basis for the developed algorithm is the generalized Galerkin method. The efficiency of the algorithm is demonstrated in cases of continuous and pulse ACS, and a comparison of experimental and theoretical results is given. The presented algorithm simplifies the design process, ensuring accurate determination of switching points.
Keywords: switching points, generalized Galerkin method, nonlinear automatic control systems, three-position relay with hysteresis.
Епифанцев К. В., Фролова Е. А., Заякин О. А., Егоров А. Э.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ФОРМЫ НА ОСНОВЕ ОБОРУДОВАНИЯ ЛАБОРАТОРИИ КОГЕРЕНТНОЙ ОПТИКИ ФИАН … 55
DOI: 10.24412/1992-7185-2025-4-55-60
Аннотация: В лаборатории когерентной оптики ФИАН в течение длительного периода создаются уникальные приборы, которые являются платформой для создания новых импортозамещенных систем и комплексов. Показана перспектива создания новых приборов бесконтактных измерений. Дана оценка возможности использования оптического датчика в качестве дополнительного щупа кругломера. Представлены результаты исследований на различных типах материалов, из которых следует, что оптическая система, созданная в ФИАН, может быть использован для различных материалов в качестве оценки свойств материалов. Полученные данные могут быть использованы для создания отечественных приборов нового поколения для бесконтактного сканирования.
Ключевые слова: измерение дефектов поверхностного слоя, импортозамещение, отечественные приборы, триггерные датчики, датчики для измерения шероховатости.
Epifantsev K. V., Frolova E. A., Zayakin O. A., Egorov A. E.
METHODS AND TOOLS DEVELOPMENT OF RUSSIAN-MADE DEVICES FOR MOLD DEFECT CONTROL
Abstract: The Coherent optics laboratory has been creating unique devices for a long period of time, which are a promising platform for creating import-substituted systems and complexes. Modern import-substituting technologies largely copy existing analogues, but the creation of new devices is certainly a leading position in the instrument engineering market. To evaluate the possibility of using an optical sensor as an additional round gauge probe. The results of research on various types of materials are presented. It follows from the presented studies that the optical system created at LPI RAS can be used for various materials as an assessment of the properties of materials. The data can be used to create a new generation of domestic devices for contactless scanning.
Keywords: measurement of surface layer defects, import substitution, domestic devices, trigger sensors, sensors for measuring roughness.
Козлов М. Д.
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ … 61
DOI: 10.24412/1992-7185-2025-4-61-66
Аннотация: Представлен сравнительный анализ модели синхронного двигателя с постоянными магнитами, включающий теоретическое описание, математическое моделирование и численные исследования. Рассмотрены основные параметры и характеристики двигателя, а также особенности его динамики в различных режимах работы. Исследуется влияние изменения входного напряжения на электромагнитные процессы, динамические характеристики и стабильность работы двигателя. Проведен численный анализ с использованием математической модели, учитывающей как электромагнитные, так и механические параметры системы. Полученные результаты позволяют определить критические уровни напряжения, при которых возможен выход синхронного двигателя из синхронизма, в результате чего происходит снижение крутящего момента и ухудшение эксплуатационных характеристик.
Ключевые слова: синхронный двигатель с постоянными магнитами, система управления, напряжение питания, кутящий момент, скорость, электромеханические системы.
Kozlov M. D.
INVESTIGATION OF THE OPERATION OF A PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR
Abstract: The paper presents a comparative analysis of the permanent magnet synchronous motor model, including a theoretical description, mathematical modeling, and numerical studies. The main parameters and characteristics of the engine, as well as the features of its dynamics in various operating modes, are considered. The influence of changes in the input voltage on electromagnetic processes, dynamic characteristics and stability of the engine is investigated. A numerical analysis is carried out using a mathematical model that takes into account both electromagnetic and mechanical parameters of the system. The results obtained make it possible to determine the critical voltage levels at which a synchronous motor can fail to synchronize, resulting in a decrease in torque and a deterioration in performance.
Keywords: permanent magnet synchronous motor, control system, supply voltage, torque, speed, electromechanical systems.