ИЗВЕСТИЯ ЮГО-ЗАПАДНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Цель работы. В настоящее время активно растёт интерес к использованию дронов в различных сферах. Причины связаны с непрерывным ростом технологий, с появлением быстрых микропроцессоров, которые обеспечивают автономное управление несколькими системами связи. Мониторинг, строительство, контроль и слежение - лишь некоторые из областей, в которых использование БПЛА становится обычным явлением. Цель работы заключается в изучении работы нагруженности протоколов обмена информации на различных уровнях взаимодействия и предложить варианты повышения надежности взаимодействия на основе гибридных технологий. Задачами исследования является детализация протоколов обмена данными в БПЛА на различных уровнях, с учетом анализа структуры передаваемой информации и гибридной модели.

Методы. В статье рассматриваются протоколы, задействованные в работе БПЛА на разных уровнях, их особенности, преимущества и недостатки, а также их сбои восстановление связи. Использование реалистичных технологических особенностей беспилотных летательных аппаратов для тестирования моделей и методов может оказаться весьма актуальным для практических целей в различных отраслях от гражданских до военных.

Результаты. В статье представлена детализация протоколов связи и обмена данными, которые используются в системах БПЛА, а также их производительность.

Заключение. Для качественной оценки влияния на безопасность информации, предлагается ввести гибридные модели компоненты, которые динамически адаптируют протоколы обмена данными на основе анализа угроз в режиме работы в реальном времени и возможностей системы. Рациональное использование энергии имеет решающее значение для осуществления эффективного и безопасного процесса работы БПЛА. Затронуты и рассмотрены вопросы защищенности канала передачи загруженности протокола с позиции затрат энергетических ресурсов.

Цель. Повышение эффективности траекторного движения трехколесных роботов за счет разработки алгоритмов системы управления и подбора параметров на основании математического моделирования движения робота вдоль путевых точек, характеризующих требуемую траекторию движения. Разработка методов планирования траекторий трехколесного мобильного робота на основе алгоритма Pure Pursuit. Разработка математической модели устройства, позволяющей получить численное решение для управляемого движения робота по путевым точкам. Анализ результатов моделирования, с целью установления применимости предлагаемых решений для задач управления двухсекционным колесным роботом для ландшафтных работ.

Методы. В качестве основы при разработке системы управления траекторным движением робота используется алгоритм Pure Pursuit, позволяющий формировать траектории движения робота по путевым точкам с заданными параметрами движения. При разработке математической модели использовались методы теоретической механики, механики роботов, численного интегрирования, теории управления, электротехники и электромеханики. При создании программных продуктов использованы математические пакеты Matlab/Simulink.

Результаты. В результате проведенного исследования были обнаружены и подтверждены основные закономерности влияния параметра Lookahead Distance алгоритма траекторного движения Pure Pursuit на характер движения управляемого робота. Показано, что выбор величины данного параметра должен обосновываться задачами управления и условиями работы робота. Разработанная математическая модель позволила получить временные диаграммы для параметров движения робота, установить точность предлагаемых алгоритмов.

Заключение. В работе установлено, что предложенный в работе алгоритм Pure Pursuit может быть использован для осуществления траекторного управления колесных мобильных роботов. Метод не требует высокой производительности вычислительной системы и обеспечивает удовлетворительные качественные и количественные характеристики управления движением.

Цель исследования. Среди множества способов формообразования поверхностей, применяемых в машиностроении, существенную часть занимают процессы обработки деталей резанием в том числе точением. Процесс резания металлов в большинстве случаев сопровождается вибрациями и колебаниями инструмента, которые дестабилизируют обработку, уменьшают ее качество, стойкость инструмента и производительность процесса. Снизить негативное влияние вибрации возможно использованием элементов, поглощающих или снижающих колебания рабочей части инструмента. Известны конструкции резцов, называемых демпфирующими, способных уменьшить отрицательное влияние вибраций при точении. Однако основным их недостатком является жесткая связь с установочно-зажимными элементами станка, через которые передается вибрация на инструмент. Решение данной проблемы возможно совершенствованием конструкции инструмента с целью повышения устойчивости процесса резания. Конструкции токарных резцов, увеличивающих их стойкость, снижающих вибрации, возникающие в процессе резания, и повышающих качество обработанной поверхности представляют практический и научный интерес. Цель исследования состоит в создании инновационных моделей инструмента, в частности, токарных резцов, способных улучшить качество поверхностного слоя обрабатываемой детали, ее эксплуатационные свойства, а также стойкость режущей части инструмента.

Методы. Проектирование и изготовление новых резцов с державкой, которая имеет элементы, изолирующие рабочую часть резца от контакта с крепежной частью суппорта станка, а также различными жесткостями и размерами.

Результаты. Увеличение эффективности демпфирования колебаний резца, снижение его материалоемкости, т. к. размеры упругих элементов меньше половины длинны державки резца, улучшение качества поверхностного слоя обрабатываемой детали, ее эксплуатационных свойств, а также стойкости режущей части инструмента.

Заключение. Предлагаемые демпфирующие резцы отвечают поставленным цели и задачам. Теоретические исследования и промышленные испытания, простота конструкций и технологий изготовления новых демпфирующих резцов позволяют рекомендовать их для внедрения в производство. Резцы могут применяться при токарной обработке различных конструкционных материалов.

Цель исследования. Разработка программной реализации иерархического подхода к решению обратной задачи кинематики робота-манипулятора с произвольным количеством сочленений. Разработанная библиотека может быть использована как в составе САПР машиностроительного назначения с поддержкой функционала инженерного анализа (CAE), так и для разработки программного обеспечения встроенных систем управления многокоординатными манипуляционными машинами.

Методы. Идея подхода заключается в итерационном приближении обобщенных координат в последовательности, определенной разработчиком. Количество необходимых итераций определяется требуемой точностью решения. В качестве исходных данных для решения обратной задачи кинематики требуется «матрица манипулятора» 4 × 4 в символьном виде, начальные значения обобщенных координат, и «матрица манипулятора» 4 × 4, описывающая финальные положение и ориентацию схвата. Для реализации выбран язык программирования Си стандарта ANSI C, поскольку он обеспечивает достаточную портативность и близость к аппаратуре.
Результаты. Результатом работы является библиотека языка программирования Си для ЭВМ под управлением операционных систем семейства Unix (например, GNU/Linux, freeBSD, openBSD, macOS, Solaris), которая предоставляет функции, необходимые для решения обратной задачи кинематики робота-манипулятора.
Заключение. В статье показан пример использования данной библиотеки для трехзвенного робота-манипулятора, а также построена траектория его движения по десяти точкам. Использование предложенной в статье библиотеки libreRGM3 может быть эффективным способом решения ОЗК при моделировании движения робота в САПР (например, OpenSCAD [8]), в учебных или исследовательских целях, в условиях работы с ЭВМ без графического интерфейса или с программируемым логическим контроллером и микроконтроллером.

Цель исследования. Целью данной работы является разработка методики определения соотношения мембранных напряжений в тентовой оболочке, состоящей из множества секторов арочного типа, обеспечивающего требуемую высоту в центре сектора.

Методы. Для поиска требуемого соотношения мембранных напряжений применен итерационный метод хорд. Для определения высоты в центре сектора на каждой итерации производится поиск формы поверхности оболочки методом плотности сил, который заключается в определении координат узлов сети, наложенной на оболочку, путем решения системы уравнений равновесия, линеаризованной за счет введения подстановки, являющейся отношением усилий в элементах сети к их длинам.
Результаты. Разработан итерационный алгоритм поиска соотношения мембранных напряжений, состоящий из двух этапов: определение начального диапазона поиска и минимизация расхождения требуемой и полученной по расчету высоты оболочки в центре сектора. Эффективность алгоритма подтверждена численным моделированием ряда секторов тентового покрытия арочного типа на прямоугольном плане. Расхождение заданных высот в центре секторов и высот, полученных в специализированном лицензионном программном комплексе, не превышает 1,0 %.
Заключение. Форма поверхности тентовых оболочек зависит от мембранных напряжений. Задача поиска формы, в настоящее время, имеет достаточную степень теоретической проработки. Вместе с тем, обратная задача, позволяющая по заданным геометрическим параметрам оболочки найти искомое соотношение напряжений, не находит должного отражения в литературных источниках. Разработанная в настоящей работе методика будет способствовать упрощению процесса исследования и проектирования тентовых строительных конструкций. Дальнейшее развитие предложенной методики находится в области расчета многосекционных тентовых систем с учетом податливости опорных конструкций, разделяющих смежные секции.

Цель исследования. Разработка программного кода на языке программирования C#, реализующего алгоритм распознавания формы геометрических объектов на входном изображении при обеспечении надежности этого вычислительного процесса.

Методы. Алгоритм распознавания геометрических форм объектов основан на сочетании традиционных методов обработки изображений и интеллектуальных правил, определяющих вид геометрической формы объекта в зависимости от характеристик контуров, таких как моменты, количество их сторон и т.д. Для реализации данного метода в статье предлагается последовательность математических операций, включающая следующие этапы. Во-первых, метод включает операции размытие, преобразование исходного изображения в градации серого и инвертирование. На втором этапе осуществляется детектирование контуров и определение их характеристик, таких как моменты, периметр и др. На финальном этапе в зависимости от числа сторон, входящих в структуру контура, на основе интеллектуальных правил осуществляется сопоставление каждого найденного контура определенной геометрической фигуры.
Результаты. Разработаны алгоритм и инструкции создания программного кода для программной реализации процесса распознавания геометрической формы объектов. Определено, что предложенный алгоритм имеет высокую надежность, составляющую порядка 97%.
Заключение. Традиционные методы обработки изображений, такие как размытие и преобразование в градации серого, могут успешно сочетаться с методами выделения контуров и определения их геометрических характеристик. Подобная синергия методов обработки изображений позволяет создать алгоритм распознавания геометрических форм. Важно учитывать, что надежность и эффективность подобного алгоритма зависит от настройки пороговых значений, используемых в функциях обработки изображений, и дальнейшее исследование их характеристик может привести к улучшению результатов рассмотренного в статье алгоритма.

Цель исследования. Исследование зависимости между входными и выходными характеристиками нечетко-логической системы на основе применения метода отношения площадей. Для описания указанного метода и полученных во время моделирования в табличном процессоре результатов предлагается использование средств иллюстративного представления информации - визуальное программирование.

Методы. Для изучения метода отношения площадей рассматривалась нечетко-логическая модель, содержащая две входные переменные с тремя треугольными функциями принадлежности и одну выходную переменную с пятью треугольными функциями принадлежности. Была сформирована база нечетких правил. Для определения степеней активации выходных термов применялось минимаксное правило вывода Л. Заде. Дефаззификация значений проводилась с использованием модели, в основе которой лежит метод отношения площадей.
Результаты. Рассмотрены преимущества метода отношения площадей перед традиционными моделями, которые заключаются в возможности компенсировать главный недостаток - сужение интервала дефаззификации. С помощью предлагаемого метода изучена возможность использования различных количеств переменных на входных и выходных функциях принадлежности. Результаты экспериментальных исследований показали, что комбинирование параметров позволяет создать визуальное представление характеристик между входными и выходными переменными.
Заключение. В данной статье описан метод отношения площадей, который позволяет визуализировать зависимость между входными и выходными переменными. Приведены основные результаты численного моделирования, отражающие специфику исследуемого метода. Изучение проводилось посредством визуального программирования, которое обеспечивает ряд преимуществ, таких как повышение качества программного продукта, обеспечение четкой структуризации задачи и доступность для восприятия человека.

Цель исследования заключается в разработке и описании методики формирования требований к характеристикам информационного обеспечения функционирования системы управления (СУ) беспилотной авиационной транспортной системы (БАТС) для обеспечения безопасности полетов.

Методы. Предлагаемая методика формирования требований к характеристикам информационного обеспечения функционирования СУ БАТС основана на методах системного анализа, когнитивном подходе и методах многокритериального анализа решений.
Результаты. Рассмотрены и описаны основные задачи, решаемые на этапе определения концепции, в том числе оценка требований к показателям функционирования, описание функциональной архитектуры и физической реализации, а также их валидация. В рамках архитектурного проектирования и анализа определен набор подсистем, присутствие которых в СУ БАТС требуется для реализации функций и соответствия функциональным требованиям, а также соответствующий набор модулей каждой подсистемы. Проанализированы преимущества и недостатки различных вариантов функциональной архитектуры подсистем СУ БАТС. На основе результатов формирования концепции и архитектурного проектирования и анализа обобщены и представлены основные и вспомогательные характеристики информационного обеспечения СУ БАТС. Показано, что для решения задачи оценки влияния характеристик информационного обеспечения на показатели функционирования технологий интеллектуальной автоматизации управления БАТС следует применять когнитивный подход и методы многокритериального анализа решений. Применение предложенной методики формирования характеристик информационного обеспечения СУ БАТС показано на примере реальной транспортной задачи.
Заключение. Предложенная методика позволяет формировать требования к информационному обеспечению СУ БАТС и его характеристикам, исходя из целевого назначения системы и ее функциональной архитектуры (в том числе к составу и структуре информационных потоков, формату представления и передачи данных, частоты предоставления информации и т.д.) для обеспечения требуемой адекватности, полноты и своевременности предоставления информации, требуемой для принятия решений.

Цель исследования. Моделирование ассоциативного поля с целью отражения характера предикации речевого действия, представленного соотношением стимул - реакция, а также выявления доминирующих ментальных опор.

Методы. Построение ассоциативного поля основано на данных свободного ассоциативного эксперимента, представленных в русском ассоциативном тезаурусе и словаре ассоциативных норм университета Южной Флориды. Моделирование ассоциативного поля предполагает распределение ассоциатов по характеру предикации для выделения понятийных реакций, ассоциатов-представлений, эмоционально-оценочных и операциональных реакций. Установленное соотношение типов ассоциатов позволяет выявить доминирование когнитивных, эмотивных или языковых опор при продуцировании речевого действия.
Результаты. На основе психолингвистического моделирования ассоциативных полей учитель и teacher установлены этнокультурные различия в характере предикации речевых действий: среди американских испытуемых преобладают реакции-представления, среди русских - операциональные ассоциаты. Русские испытуемые опираются в большей мере на языковые ориентиры, а американцы - на когнитивные ориентиры. Эмотивные ориентиры занимают промежуточное место, при этом в составе АП учитель эмоционально-оценочных реакций на 12 % больше, чем в составе АП teacher. Близость психологического значения слов teacher и student обусловлена пересекающимися ассоциатами school, professor, class и book. В русском ассоциативном словаре ассоциативные поля учитель и студент не имеют пересекающихся ассоциатов, что подчёркивает отсутствие для них общих смыслов.
Заключение. Проведённое исследование позволило обосновать эффективность и перспективы психолингвистической модели ментальной репрезентации. Определено, что предложенная модель выявляет характер предикации в соотношении стимул - реакция, а также превалирующие ориентиры внутреннего лексикона и признаки, на основе которых осуществляется психологическая предикация.

Цель исследования. Для населенных пунктов, расположенных в криолитозоне на территории РФ, получить значения среднегодовых температур воды в тепловых сетях централизованных систем теплоснабжения отдельно для подающей и обратной магистрали при использовании проектных температур воды в диапазоне от 95 до 150°С с учетом современных климатических данных и показателей используемых отопительных приборов.

Методы. Для достижения поставленных целей использовались методы центрального качественного регулирования нагрузки потребителя тепловой энергии, основанные на уравнении теплового баланса. Для нахождения температур в точке излома температурного графика использовались численные методы решения уравнений. Для получения уравнения зависимости среднегодовой температуры воды в подающей магистрали тепловой сети использовались методы теории приближения функций алгебраическими полиномами. Для кластеризации населенных пунктов по критерию нахождения в криолитозоне и возможности использования централизованного теплоснабжения использовались методы анализа и синтеза.
Результаты. Получены среднегодовые значения температур воды для подающей и обратной магистралей тепловых сетей при использовании графиков центрального качественного регулирования с проектными температурами от 95 до 150°С с учетом значений среднемесячных наружных температур воздуха для населенных пунктов криолитозоны Российской Федерации.
Заключение. Рекомендуемые современными нормативами значения годовых температур воды для подающей магистрали тепловых сетей могут существенно отличаться от расчетных значений, полученных с учетом проектных температур воды, климатических характеристик района проектирования, особенностей организации закрытой системы теплоснабжения с целью обеспечения нормативных температур горячего водоснабжения. Получено квадратное уравнение, позволяющее с высокой точностью рассчитать проектную годовую температуру теплоносителя для подающего трубопровода в зависимости от реализуемого в системе теплоснабжения температурного графика для населенных пунктов, расположенных на территории криолитозоны.

Цель исследования. Проектирование подшипников скольжения, особенно для сложнонагруженных роторных машин, является трудоемкой задачей. Внедрение в них систем управления параметрами движения ротора дополнительно повышает сложность такой процедуры. Исследование показывает разработанный подход к оптимальному проектированию активных опор роторов с использованием эвристических оптимизационных алгоритмов. Он позволяет получить сначала множество оптимальных по Парето решений, а затем определить единственную конфигурацию опорного узла, в наилучшей степени отвечающей заданным критериям.

Методы. Задача оптимального параметрического синтеза активной опоры жидкостного трения решалась с использованием ее численной модели, сопряженной с моделью движения ротора в опоре. Для поставленной задачи проектирования были сформулированы целевые функции, определены проектные переменные, и наложены необходимые ограничения. С использованием многокритериальных версий генетического алгоритма и алгоритма роя частиц проведены процедуры оптимального синтеза опорных узлов. Полученные различными методами решения сопоставлены и проанализированы на основании результатов модельных тестов.
Результаты. В ходе исследования был разработан алгоритмический и программный инструментарий решения задач оптимального параметрического синтеза активных гибридных опор жидкостного трения. Примененные целевые функции являются конфликтующими, поэтому первичным результатом решения является трехмерный фронт Парето. Протестированные эвристические алгоритмы показали качественно схожие решения, однако генетический алгоритм охватывает больший их диапазон. Конечные решения в целом удовлетворяют предъявляемым критериям, однако способы принятия конечных решений требуют дополнительной проработки.
Заключение. Исследование представляет подход к автоматизированному проектированию опор скольжения, который позволяет одновременно учитывать трибологические, динамические аспекты поведения роторно-опорной системы, а также обеспечивать готовность к использованию систем управления в опорных узлах. Протестированные эвристические алгоритмы дают сопоставимые решения оптимизационной задачи за также сопоставимое время. Дальнейшее совершенствование методики параметрического синтеза таких опор целесообразно проводить в направлениях алгоритмов принятия решений, уточнения целевых функций, а также ускорения применяемых расчетных моделей.