ИЗВЕСТИЯ ЮГО-ЗАПАДНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Цель. Разработка схемы и адаптивного алгоритма работы интеллектуальной человеко-машинной системы пользовательского интерфейса инвалидной коляски-вертикализатора, учитывающего физиологические особенности оператора, колесной платформы и внешней среды. Задачи. Изучение физиологических особенностей человеко-машинного взаимодействия у людей с повреждением опорно-двигательного аппарата. Разработка конструкции и математическое описание джойстика как компонента человеко-машинной системы. Разработка адаптивного алгоритма и математического обеспечения системы пользовательского интерфейса инвалидной коляски-вертикализатора.

Методы. Использование метода конечных автоматов для описания алгоритма переключения режимов движения. Применение полиномиальных функций с целью получения гладких законов изменения задающих значений для приводов устройства. Использование нелинейных коэффициентов чувствительности рукоятки джойстика для обеспечения адаптивных режимов движения коляски-вертикализатора.

Результаты. В ходе исследования были разработаны и описаны режимы движения инвалидной коляски-вертикализатора. Представлены и описаны схема конструкции и принцип работы джойстика. Математически и графически описаны режимы функционирования человеко-машинной системы. Предлагаемые в работе адаптивные алгоритмы системы пользовательского интерфейса инвалидной коляски-вертикализатора интерпретируют наклоны джойстика в задающие сигналы для регуляторов приводов коляски. Описано использование нелинейных коэффициентов чувствительности рукоятки джойстика для обеспечения адаптивных режимов работы коляски, учитывающих особенности движения рук людей с нарушениями функций опорно-двигательного аппарата, движение коляски и состояния внешней среды.

Заключение. Разработанные в рамках работы адаптивные алгоритмы человеко-машинной системы и режимы движения инвалидной коляски-вертикализатора позволяют повысить безопасность и плавность движения за счет использования нелинейных коэффициентов чувствительности рукояти джойстика и гладких законов задающих воздействий, полученных на основании полиномиальных функций.

Целью исследования является модификация метода выборки по значимости Коула для поиска треппин-сетов (Trapping Sets) в LDPC-коде, позволяющая ускорить их поиск.

Методы. Коул предложил метод поиска треппин-сетов в LDPC-коде путем использования метода выборки по значимости - метода Монте-Карло со смещенной оценкой, провоцирующего отказ алгоритма декодирования в узлах, потенциально содержащихся в треппин-сетах. Его метод позволяет ускорить исследование эффективности LDPC-кодов средней длины в области больших SNR. Модифицированный метод использует свойства автоморфизмов графов Таннера, позволяющие исключить из перебора значительное число символьных узлов. Также модифицированный метод предусматривает упорядоченный перебор по подграфам, содержащим циклы.

Результаты. Предложенный метод позволил ускорить поиск треппин-сетов в PEG(1008, 504) LDPC-коде Маккея в 5027 раз по сравнению с методом Веласкеса-Субрамани, в 43 раза быстрее по сравнению с оригинальным методом Коула. В случае (2640, 1320) LDPC-кода Маргулиса предложенный метод в 28 раз быстрее квазициклического метода Веласкеса-Субрамани и в 134 раза быстрее, чем оригинальный метод Коула.

Заключение. Результат экспериментальных исследований показал возможность при помощи разработанного метода улучшить спектр связности, увеличить кодовое расстояние QC-LDPC кодов. Это позволило уменьшить вероятность ошибки на бит на выходе декодера на порядки при высоких отношениях сигнал/шум в АБГШ-канале.

Цель исследования. При проектировании новых и модернизации существующих систем управления процессом вытягивания полимеров важную роль играет решение задач создания математических или имитационных моделей и синтеза алгоритмов управления, обеспечивающих снижение доли ручного труда. В статье приведен обзор подходов к разработке и моделированию систем автоматизированного управления экструзионными технологическими линиями производства изделий из полимеров. Рассмотрена возможность разработки и моделирования многомерной системы управления процессом вытягивания вспененного полистирола на основе пакета математического анализа Matlab. Актуальность темы исследования связана с тенденцией роста рынка потребления и реализации управления в условиях создания более сложных форм упаковки из полимеров.

Методы. Для разработки системы управления и ее анализа применены основы теории многомерных систем в задачах управления, теории переработки пластических масс, методы компьютерного моделирования систем управления.

Результаты. В статье представлен алгоритм управления процессом формования и его реализация в среде Simulink. Приведены и проанализированы графики изменения скорости вытягивания и скорости намотки, изменения толщины и натяжения полотна во времени. Представлена схема автоматизации технологической линии на основе разработанного алгоритма.

Заключение. Результаты тестирования модели показывают, что применение математического моделирования системы управления вытягиванием полотна пенополистирола возможно для решения вопроса повышения эффективности производства на действующем оборудовании, что и позволит приблизить их характеристики к новым технологическим линиям, оставив механическую часть без изменений. Значимость работы обусловлена тем, что применение современных систем управления позволяет улучшить качество изготавливаемой продукции, снизить расход сырья. Материалы и методики исследования могут быть применены при разработке проектов для других установок, например при производстве оптического полотна.

Цель исследования. Цель данного исследования - решение задачи восстановления внешней нагрузки на стоечно-балочную конструктивную систему и оценка влияния на точность решения задачи погрешности зашумленных прогибов - конструктивных входных данных вычислительной системы.

Методы. Основными научными методами, применяемыми в рамках данного исследования, являются методы моделирования и идентификации граничных условий, сеточный метод регуляризации решения обратных некорректных задач. Также используются методы редукции измерений и аппроксимации, методы оценки качества обработки входных данных, алгоритмов регуляризации и аппроксимации с использованием сеточной функции Лебега абсолютным числом обусловленности задачи и минимума функции Лебега целевым параметром, численные методы. При условии равномерной непрерывной нормы абсолютной погрешности входных данных в выводе явных формул начальных параметров упругой линии балки и внешней нагрузки на стоечно-балочную конструктивную систему применен метод решения обратной задачи Коши для уравнения прогибов балки.

Результаты. Основной результат настоящей работы представляет собой теоремы об изгибающем моменте и силе на свободном конце консольной балки. Полученные равенства позволяют применить результаты решения обратной задачи Коши для уравнения прогибов балки при восстановлении внешней нагрузки на стоечно-балочную конструктивную систему. Доказано существование и единственность решения. Также результатами являются формулы множителей Лагранжа в линейной лагранжевой аппроксимации и оптимальный план координат узлов сетки аппроксимации по чебышёвскому альтернансу для уравнения прогибов балки четвертой и пятой степени. Проведена оценка качества приближения внешней нагрузки на стоечно-балочную конструктивную систему значениями целевых параметров.

Заключение. В данной статье предложен метод решения задачи восстановления внешней нагрузки на стоечно-балочную конструктивную систему с применением результатов решения обратной задачи Коши для уравнения прогибов балки с минимизацией влияния погрешности зашумленных конструктивных входных данных на точность решения задачи.

Целью исследования является рассмотрение преимуществ применения вариационных интеграторов на группах Ли в задачах физически корректного моделирования динамики механических систем и сравнение их с классическими невариационными интеграторами.

Методы. Для демонстрации возможностей вариационных интеграторов на группах Ли была разработана математическая модель динамики физического маятника. При построении математической модели динамики физического маятника использовались методы вариационного исчисления и методы теории групп Ли. Для проведения сравнительного анализа вариационных и невариационных интеграторов использовался метод Рунге-Кутты 4-го порядка. Моделирование осуществлялось в среде MATLAB.

Результаты. В ходе исследования разработан алгоритм вариационного интегратора на группах Ли для моделирования динамики физического маятника. Для сравнения вариационных интеграторов и метода Рунге-Кутты 4-го порядка были построены графики, показывающие, как изменяются с течением времени угловая скорость по осям, ортогональная ошибка, полная энергия и угловой момент. Графики демонстрируют, что несмотря на то, что угловая скорость для обоих методов одинакова, метод Рунге-Кутты не сохраняет геометрическую структуру непрерывной системы и не сохраняет основные постоянные величины моделируемой системы, а именно механическую энергию и импульс.

Заключение. Численное моделирование показало, что сохранение симплектических свойств систем и структуры групп Ли позволяет производить физически корректное компьютерное моделирование динамики механических систем. Вариационные интеграторы на группах Ли имеют существенные вычислительные преимущества по сравнению с классическими методами интегрирования, которые не сохраняют геометрическую структуру непрерывной системы и основные постоянные величины системы, и другими вариационными интеграторами, которые сохраняют либо ни одно, либо одно из этих свойств.

Цель исследования. Целью работы является исследование и разработка методов локализации сверхлегкого беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в насыщенной объектами замкнутой среде, основанных на симантико-топологических данных, получаемых из окружения. Целью работы также явля-ется разработка программного обеспечения и выбор аппаратного комплекса для запуска и опробации разработанного решения.

Методы. Для реализации поставленной цели были проведен обзор и сравнение существующих решений. Оптимизация архитектуры нейронной сети для детектирования объектов. Разработка алгоритма составления графа объектов, отражающего их взаимосвязи. Разработка алгоритма сравнения графов для определения положения БПЛА. Внедрение решения по повышению точности определения геометрического центра задетектированных объектов. Использование методов определения ключевых точек (SIFT, SURF) для решения проблемы идентификации объектов одного класса.

Результаты. Результатом работы является разработанный метод локализации, на основе симантико-топологических данных, получаемых из окружения. Также разработан пакет программного обеспечения, основанный на платформе ROS2 humble, и реализованный на аппаратной части, основанной на плате Rockchip 3588. Эксперименты проводились на готовых наборах данных (KUM dataset) и с использованием БПЛА в помещении.

Заключение. Разработанная система локализации представляет собой перспективный шаг в направлении создания эффективных и гибких систем, способных работать в сложных условиях. В будущем планируется интегрировать данный метод с другими датчиками для повышения робастности в динамичных условиях, добавить алгоритмы визуальной одометрии для повышения точности локализации БПЛА, и расширить применение системы на БПЛА, используемых в других отраслях (инспекция инфраструктуры, поиск и спасение).

Цель исследования. В настоящее время математические методы анализа видеоряда представляют собой структурированную совокупность подходов к распознаванию изображений на основе разности свечения различных областей изображений. Множество данных значений описываются с применением математических зависимостей, однако, существующие подходы работают только для стандартных изображений, полученных при обработке видеоданных. Целью настоящего исследования является разработка нового подхода к анализу изображений, полученных, в том числе, с применением терагерцевого излучения, имеющего специфические характеристики, как физические, так и математические.

Методы. В настоящем исследовании применялись следующие теоретические и эмпирические научные методы: анализ (проведен анализ существующих на сегодняшний день известных математических методов обработки изображений с целью распознания образов). Синтез (предложен принципиально новый подход к системам безопасности, представляющий собой единую систему, состоящую из отдельных взаимосвязанных подсистем); моделирование (разработана информационная модель системы безопасности на базе СКУД с применением системы анализа и распознавания потенциально опасных предметов на основе видеопотока в реальном времени); математизация (система анализа изображений описана языком математических законов и формул).

Результаты. В результате исследования на основе анализа современных материалов, в перспективе предлагается концепция системы обеспечения безопасности на основе анализа видеоряда в реальном времени с применением перспективных технологий сканирования объектов. В качестве основного новшества предлагается усовершенствованный метод анализа изображений Виолы-Джонса с применением дополнительного множества, характеризующего признаковое пространство объектов в терагерцевом диапазоне излучения.

Заключение. Применение технологий высокочастотного сканирования с интеллектуальными системами распознавания образов объектов в режиме реального времени позволит в существенной мере снизить риски проникновения злоумышленников на охраняемые объекты, а также повысить безопасность граждан при сравнительно малых затратах на разработку и внедрение модернизированных систем безопасности.

Цель исследования - комплексное исследование технологической линии многофункциональной установки подготовки топливного газа (МУПГ), создание математической модели, способной предсказывать и контролировать сухость газа в процессе работы МУПГ, а также определение оптимальных параметров работы установки для совершенствования безаварийного функционирования и высокой производительности оборудования, использующего очищенный газ.

Методы. Осуществлено математическое моделирование с использованием модели множественной регрессии для предсказания температуры точки росы и ее влияния на безаварийную эксплуатацию установки. Адекватность модели подтверждена коэффициентом детерминации и критерием Фишера. Также представлен анализ ограничивающих факторов для безаварийной работы МУПГ, включая температуру, давление и состав газа. Оценка точности численного моделирования безаварийной работы технологической линии МУПГ на основании разработанной модели множественной регрессии сухости газа произведена при помощи парных коэффициентов корреляции, коэффициентов эластичности.

Результаты. В ходе работы было произведено моделирование безаварийной работы технологической линии МУПГ на основании разработанной модели множественной регрессии сухости газа. Возможна следующая интерпретация параметров модели: увеличение фактора X1 на 1 приводит к уменьшению Y в среднем на 0,279; увеличение фактора X2 на 1 приводит к увеличению Y в среднем на 0,46; увеличение фактора X3 на 1 приводит к увеличению Y в среднем на 0,000418; увеличение фактора X4 на 1 приводит к увеличению Y в среднем на 13,288; увеличение фактора X5 на 1 приводит к уменьшению Y в среднем на 13,337; увеличение фактора X6 на 1 приводит к уменьшению Y в среднем на 0. По максимальному коэффициенту β2=0,384 можно сделать вывод, что наибольшее влияние на результат Y оказывает фактор X2. Статистическая значимость уравнения проверена с помощью коэффициента детерминации и критерия Фишера. По оценке точности численного моделирования безаварийной работы технологической линии МУПГ на основании разработанной модели множественной регрессии сухости газа была определена сильная линейная связь между X1 и Y, низкая линейная связь между X2 и Y, низкая линейная связь между X3 и Y, умеренная линейная связь между X4 и Y, умеренная линейная связь между X5 и Y, умеренная линейная связь между X6 и Y.

Заключение. Установлено, что в исследуемой ситуации: «в возможности предсказания и контроля сухости газа: обоснование гипотезы о возможности предсказания температуры точки росы и ее влияния на безаварийную работу» параметры модели статистически значимы.

Цель исследования. В предлагаемой публикации в качестве цели исследования выбрана оценка эффективности применения неметаллических сеток из высокопрочных волокон в армировании складчатых элементов. Для этого исследуются методы расчета складчатых конструкций из бетонных композитов и проводится сравнительный расчет конструкции с различными параметрами армирования.

Методы. В статье проанализирован алгоритм расчета армоцементных конструкций по методу предельных усилий с переходом от исходного складчатого сечения к приведенному. По исследуемому методу проведен расчет тонкой складчатой панели, армированной сетками из различных материалов, с постоянным коэффициентом сетчатого армирования. В качестве армирования были рассмотрены сварная стальная сетка, тканая сетка из высокопрочных стеклянных волокон, и тканая сетка из углеродных волокон. Попутно была решена обратная задача, в рамках которой подбирался коэффициент армирования, необходимый для обеспечения одинаковой несущей способности сечения при применении разных армирующих материалов.

Результаты. Расчет показал наибольшую несущую способность сечения, армированного сеткой из углеродных волокон - 14,5 кНм. При армировании сеткой из высокопрочных стеклянных волокон несущая способность сечения составила 6,4 кНм. Наименьшие значения были получены при армировании складчатой панели сварной стальной сеткой: несущая способность сечения составила 1,72 кНм. Коэффициенты сетчатого армирования для стальной сетки (С), стеклянной сетки (ЩС) и углеродной сетки (V) распределились в соотношении С: ЩС: У=1:0,26:0,12.

Заключение. Армирование бетонных композитов неметаллическими сетками имеет значительный потенциал для проектирования легких пространственных конструкций покрытий зданий и сооружений. Применение высокопрочных армирующих волокон позволяет достигнуть прочности панелей, сравнимой с прочностью традиционных армоцементных изделий. Необходимо рассмотреть прочие прочностные расчеты складчатых панелей с армированием неметаллическими сетками, а также экспериментально подтвердить результаты аналитических расчетов.

Цель исследования. Применение сжиженного природного газа (СПГ) в качестве энергоносителя расширяется ежегодно. Поэтому целью данной статьи является анализ нормативных требований к защите конструкций от пролива криогенных жидкостей, таких как СПГ. Также в статье оценивается способность огнезащитных материалов сопротивляться не только высокотемпературным воздействиям, но и низкотемпературным.

Методы. В статье рассмотрены основные методики испытания материалов на противодействие проливу криогенных жидкостей и возможность применения средств огнезащиты в качестве криозащитных материалов. Объектом исследования стала огнезащитная конструктивная система, состоящая из плит «ПРОЗАСК Файерпанель». Защитная система производства ООО «ПРОЗАСК» состоит из двух слоев огнезащитных плит «ПРОЗАСК Файерпанель» с негорючей мембраной. А предметом исследования - криозащитная функция такой системы.

Результаты. Средняя температура образца после 60-минутного криогенного воздействия составила 53°С, сделаны выводы о целесообразности проведения последовательных испытаний на низкотемпературное и огневое воздействия ввиду высокой вероятности развития пожара после пролива криогенной жидкости при наличии источника пламени.

Заключение. В статье показаны и проанализированы результаты испытания защитной системы производства ООО «ПРОЗАСК». При корректном выборе марки стали (в том числе по требованию к ударной вязкости) несущих конструкций объектов нефтегазового комплекса, можно сделать вывод о работоспособности конструкций, защищенных системой конструктивной огнезащиты с плитами «ПРОЗАСК Файерпанель», после часового криогенного воздействия.

Цель исследования: разработка методики выбора энергоэффективных теплоизоляционных материалов с помощью среды визуального программирования Dynamo с целью повышения энергоэффективности ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Методы. Исследование выполнено с помощью теоретических и практических методов. Теоретическое исследование выполнено на основе анализа научных публикаций, а также нормативных требований в сфере энергоэффективности. Практическое исследование выполнено с помощью реализации методики подбора теплоизоляционных материалов в программном комплексе Revit с использованием среды визуального программирования Dynamo.

Результаты. Изучены возможности среды визуального программирования Dynamo, позволяющих автоматизировать моделирование и разработку проектной документации в программном комплексе Revit, автоматизировать процесс армирования конструкций, проектирования инженерных сетей и систем, создавать автоматизированные системы контроля качества BIM-моделей и др. Особое внимание в работе уделено возможностям Dynamo для автоматизации выполнения теплотехнического расчета и подбора энергоэффективных теплоизоляционных материалов. Создана библиотека теплоизоляционных материалов, которую можно дополнять и копировать из одного проекта в другой стандартным функционалом Revit. Создано два скрипта Dynamo. Результат работы первого - полная автоматизация теплотехнического расчета в Revit, итог работы второго - подбор теплоизоляционного материала с учетом требований по тепловой защите зданий. Разработана методика выбора энергоэффективных теплоизоляционных материалов с помощью среды визуального программирования Dynamo. Достоверность расчетов, полученных на основе разработанных скриптов, подтверждена результатами ручного расчета.

Заключение. Применение современных BIM-технологий при выборе энергоэффективных теплоизоляционных материалов позволяет оптимизировать процесс расчетов, а также дает возможность найти наиболее экономичные решения для сокращения расходов и повышает скорость проектирования.

Цель исследования. В связи с растущим спросом на энергосберегающие технологии во всем мире и в Российской Федерации интересными для исследования являются накопители тепловой энергии. Известны различные способы аккумулировать тепловую энергию, один из них при помощи тепловых аккумуляторов на фазовом переходе. Данные устройства будут являться целью исследования для дальнейшего развития.

Методы. Одним из наиболее эффективных теплоаккумулирующихм веществ фазового перехода является парафин. В процессе обзора научной литературы были определены три основные направления для применения тепловых аккумуляторов фазового перехода: системы отопления и горячего водоснабжения от традиционных источников энергии, системы отопления и горячего водоснабжения от возобновляемых источников энергии, предпусковая подготовка двигателей внутреннего сгорания. Бескорпусный аккумулятор теплоты с фазовым переходом можно применять для аккумулирования низкопотенциального тепла в обратном трубопроводе системы отопления, другой тип аккумулятора будет эффективен при зарядке от солнечного источника энергии. Для предварительного подогрева двигателя внутреннего сгорания в автомобиле, перед его пуском, так же можно применять тепловой аккумулятор.

Результаты. Проведенный обзор и аналитическое исследование имеющихся тепловых аккумуляторов фазового перехода показали, что имеющиеся тепловые аккумуляторы фазового перехода на основе парафина можно усовершенствовать, пробуя различные конфигурации расположения, способы уменьшения объема и массы их конструкции, применяя полимерные материалы для подачи теплоносителя.

Заключение. Дальнейшее всестороннее изучение аккумуляторов тепла фазового перехода позволит находить эффективные способы его применения в системах индивидуального отопления и горячего водоснабжения, а также в двигателях внутреннего сгорания, искать новые направления их применения, что и будет целью дальнейших исследований.