2017 год, №4

Содержание выпуска
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СПУСКАЕМОГО АППАРАТА
Дикусар Василий Васильевич, Кошька Марьян, Фигура Адам
Стр. 3 — 12
Проведено численное исследование оптимального спуска летательного аппарата с учетом ограничений. Основной целью оптимизации является минимизация максимальной температуры поверхности аппарата. Рассматривается задача о выборе угла атаки аппарата, тормозящегося в атмосфере при минимизации суммарного теплового потока с учетом ограничений на величину полной перегрузки скоростного напора. Задача решается на основе принципа максимума (регулярный случай) с учетом ограничений на перегрузку. Приведены необходимые условия экстремума в нерегулярном случае, когда оптимальная траектория содержит интервал. Осуществлена регуляризация вырожденного принципа максимума с помощью изменения структуры ограничений. Доказано, что взаимодействие различных методов решения важно для успешного рассмотрения такой задачи с большим количеством ограничений. Уменьшение температуры поверхности является значительным. Кроме того, максимальный тепловой поток и суммарный тепловой поток также можно значительно уменьшить путем оптимального выбора траектории движения. Предлагается двухэтапный метод решения задачи оптимального управления. На первом этапе определяется геометрия оптимальной траектории путем дискретизации системы обыкновенных дифференциальных уравнений и решения несобственной задачи нелинейного программирования большой размерности. На втором этапе проверяется справедливость принципа максимума для полученного решения. Для решения всех задач используются методы факторного анализа, продолжения решений по параметрам, восстановление зависимостей и прогноз последующих приближений.
К ПРОБЛЕМЕ МАКЕТИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СЕНСОРОВ
Николаев Андрей Валерьевич, Эль-Салим Суад Зухер
Стр. 13 — 18
Проведен поиск оптимальных методов измерения паров компонентов ракетного топлива: азотный тетраоксид NO (АТ, амил по ГОСТ В 17656-72) и несимметричный диметилгидразин (CH)NH (НДМГ, гептил по ГОСТ В 17803-72), удовлетворяющих требованиям газового анализа специальных объектов. Выбран метод применения полупроводниковых сенсоров в качестве первичных преобразователей, обеспечивающий необходимую чувствительность, стабильность и селективность. Оптимизировано проектирование, позволяющее на базе полупроводникового газочувствительного сенсора создать унифицированный мультисенсорный датчик-газоанализатор, позволяющий измерять целевые вещества в сложных парогазовых смесях.
АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ КИНЕТИЧЕСКИХ ДАННЫХ В ПРОЦЕССЕ АНАЛИЗА ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
Николаев Андрей Валерьевич, Эль-Салим Суад Зухер
Стр. 19 — 27
Рассмотрены преобразования динамических измерений, их классификация и разработка алгоритма обработки кинетических данных. Процесс первичной обработки представлен в виде ряда процедур с операциями, принадлежащими пространству рациональных чисел. Показаны процедуры фильтрации данных, корректировка базовой линии, шумоподавление, предварительная статистическая оценка измеряемых параметров. Определена необходимость выбора весовых функций линейных операторов над полем обобщенных значений результатов измерений. Показано, что введение обобщенных координат позволяет использовать формализм Гамильтона и вместо производных по времени перейти к операторам первого и второго порядков. При этом аналитическая система может быть полной лишь тогда, когда она наделена свойством эргодичности и обратимостью во времени. Предложено сложный аналитический сигнал разлагать в спектр по частотам - (переменным) параметрам, обратным времени. Применен метод селективной идентификации, когда составляется линейное уравнение по аналитическому базису, являющемуся ортогональным по отношению к составу анализируемой среды, что позволяет независимо от преобразованного сигнала провести как групповую, так и индивидуальную идентификацию компонент сред сложного состава.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОЦЕССЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИБОРНЫХ УСТРОЙСТВ
Артамонов Дмитрий Владимирович, Литвинов Александр Николаевич, Юрков Николай Кондратьевич
Стр. 28 — 34
Актуальность и цель. Исследование динамических характеристик плат приборных устройств в процессе их проектирования проводится с целью выявления их виброрельефа, определения резонансных частот и форм колебаний, а также анализа их вибропрочности при внешних эксплуатационных воздействиях. В работе предложена методика определения мест установки измерительных устройств на платах, включающая этап математического моделирования их динамического состояния, обеспечивающая максимальную информативность при проведении виброиспытаний. Материалы и методы . В статье рассмотрены платы с навесными электрорадиоизделиями приборных устройств, подверженные действию гармонической вибрационной нагрузки. Разработана методика проведения экспериментально-теоретических исследований, основанная на предварительном математическом моделировании напряженно-деформированного состояния (НДС) платы при действии эксплуатационных динамических нагрузок. Моделирование НДС платы выполняется с использованием метода конечных элементов (МКЭ)), реализованного в пакете АNSYS с учетом того, что плата представляет собой слоистую гетерогенную структуру. Результаты . Разработана методика, применение которой позволяет устанавливать наиболее эффективные места установки измерительных устройств на платах, с целью получения максимальной информации о НДС платы и ее элементов при проведении вибрационных испытаний. Выводы . Проведенные численные исследования показали, что применение предложенной методики на ранних стадиях проектирования приборных устройств позволяет существенно повысить их вибропрочность, сократить сроки и объемы выполняемых экспериментальных работ, а также существенно сократить экономические затраты на проектирование новых и модернизацию существующих приборных устройств.
ЛОГИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ МУЛЬТИАГЕНТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ МОБИЛЬНЫМИ ОБЪЕКТАМИ И СИСТЕМАМИ В ДИНАМИЧЕСКОЙ СРЕДЕ
Гришко Алексей Константинович, Лысенко Алексей Владимирович, Кочегаров Игорь Иванович
Стр. 35 — 41
Актуальность и цели. Интеллектуальные системы находят широкое применение в различных областях деятельности и относятся к технологиям двойного назначения. Перед интеллектуальными объектами, наделенными мобильностью, ставятся задачи, которые не могут быть решены одним отдельно взятым из них. Кроме того, среда, в которой они выполняют свою задачу, динамично развивается, и принципы централизованного управления становятся неэффективными. Организация взаимодействия или формирование коалиций между исполнителями для каком достижения общей цели является актуальной задачей. Целью данной статьи является анализ проблем, с которыми сталкиваются проектировщики систем группового управления и разработка логико-математического аппарата описания процесса организации группового взаимодействия интеллектуальных объектов и систем внутри группы. Материалы и методы . Для оптимизации решения задачи управления задачу предлагается метод мультиагентного управления. Результаты . Получен логико-математический аппарат, описывающий процесс организации группового взаимодействия интеллектуальных объектов и систем внутри группы, суть которого заключается в том, чистом что каждый объект группы самостоятельно определяет свои очередные действия на достижение коллективной цели. Выводы . Разработанную методику предлагается применять для выбора оптимальной стратегии управления сложных пространственно-распределенных систем, когда децентрализация управления и формирование коалиций между агентами системы обеспечивает минимальные общие затраты материальных ресурсов и времени.
КУСОЧНО-ЛИНЕЙНАЯ ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ФУНКЦИЙ МНОГИХ АРГУМЕНТОВ
Лапшин Эдуард Владимирович, Семочкина Ирина Юриевна, Самаров Владимир Владимирович
Стр. 42 — 48
Структура математических моделей объектов, способы аппроксимации (интерполяции) их характеристик, методы и средства идентификации должны быть согласованы между собой и составлять единую информационную технологию, удобную для применения, в частности, в авиационных тренажерах. Вычислительные методы, применяемые при разработке имитаторов авиационных тренажеров, да и других технических средств обучения, можно разделить на общие и специальные. Общие методы представляют собой известные методы вычислительной математики, составляющие один из важнейших разделов прикладной математики вообще. Они реализованы в программном обеспечении универсальных ЭВМ, соответствующих программных «оболочках». В укрупненном виде информационная технология идентификации состоит из следующих этапов: получение исходных экспериментальных и расчетных данных; первичная обработка и создание массива данных; назначение областей аппроксимации в пространствах аргументов; выбор метода аппроксимации и выполнение аппроксимации; разработка рабочих алгоритмов; оценка точности. Идентификация, как правило, требует творчества, носит характер исследования и лишь в редких случаях может быть полностью формализована. Исследовательский итерационный характер носят, в частности, такие этапы, как назначение областей аппроксимации, выбор метода аппроксимации и др.
ЧАСТОТНОЕ СОГЛАСОВАНИЕ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ КОММУТАТОРОВ
Гасанов Мехман Гусейн оглы, Гардашов Садраддин Гудбиддин оглы
Стр. 49 — 55
Актуальность и цели. Основной задачей оптических коммутаторов является обеспечение максимально высокого быстродействия, достаточного для разрабатываемых терабитных оптических линий связи, эффективность и обеспечение минимально возможной удельной стоимости, а также снижение потребляемой мощности по сравнению с существующими оптоэлектронными аналогами. Материалы и методы. Одним из перспективных путей решения проблемы является применение пьезоэлектрических микроприводов, на основе которых предложено создание многоканального, многофункционального пьезоэлектрического коммутатора оптических каналов. Применение пьезоэлектрических многоканальных коммутаторов оптических каналов тесно связано с расчетом рабочих характеристик микропьезоэлектрических двигателей и оптимизацией параметров микропьезоэлектрических двигателей. Результаты. Согласованные по этой методике размеры пьезоэлемента и подвижной части полностью обеспечивают режим работы микропьезоэлектрического двигателя с наилучшими показателями качества с целью применения в коммутаторах оптических каналов. Выводы. Представлена обобщенная схема многоканального коммутатора с применением микропьезоэлектрических приводов для переключения оптических каналов. Предложена методика частотного согласования размеров элементов микропьезоэлектрического двигателя для оптических коммутаторов.
ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЗАДАЧАХ ПОИСКА УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМ ОБЪЕКТОМ
Полтавский Александр Васильевич, Буц Виктор Петрович, Юрков Николай Кондратьевич
Стр. 56 — 63
Актуальность и цели . Показано, что в ходе решения задач организации траектории движения беспилотных летательных аппаратов (БЛА) часто возникает вопрос о достаточности ресурсов по управлению с целью достижения тех или иных областей координатного пространства. Следует определить вид траектории движения объекта для выхода БЛА из текущего (заданного) состояния в заданную точку при условии нахождения управлений в заданных границах. Ставится и решается задача разработки информационных моделей и рациональных алгоритмов, позволяющих в реальном масштабе времени осуществлять решение задачи для траекторного анализа. Материалы и методы . В ходе решения поставленной задачи рассматриваются только те особенности, которые послужили источником применения прямой (непосредственной) оптимизации и автоматизированных процедур неградиентного случайного поиска в моделях управления движением подвижных объектов. Результаты . Решена задача оптимизации управления подвижным объектом на «быстрый разворот» согласно принципу максимума Л. С. Понтрягина. Показано, что интенсивность управления определяет характер переходного процесса в динамической системе, причем интенсивность управления в информационной модели БЛА для каждой координаты вектора должна подбираться индивидуально в зависимости от режима полета БЛА. Выводы . Дан один из подходов поиска оптимального управления при имитационном моделировании и поиска характеристик подвижных объектов.
ЭВОЛЮЦИОННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ГРУППЫ КВАДРОКОПТЕРОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МОНИТОРИНГА ОБЛАСТИ
Дивеев Асхат Ибрагимович, Конырбаев Нурбек Беркинбайулы
Стр. 64 — 72
Работа посвящена решению задачи поиска оптимальных траекторий для мониторинга области с помощью группы квадрокоптеров. Показано, что данная задача сводится к трехмерной задаче группы коммивояжеров и является NР-трудной, для которой не известно алгоритмов с полиномиальной скоростью сходимости. Предложено для решения задачи использовать вариационный генетический алгоритм с малыми вариациями обмена и вставки. Приведено подробное описание вариационного генетического алгоритма для решения задачи группы коммивояжеров. Для эффективного использования принципа малых вариаций необходимо построение базисного решения с наиболее близкой к оптимальной оценкой целевой функции. Для построения базисного решения предложено использовать жадный алгоритм. В вычислительном эксперименте рассмотрена задача поиска путей для четырех квадрокоптеров, которые должны начать движение из одной точки пройти в сумме по двумстам точкам и вернуться обратно в начальную точку. С помощью предложенного вариационного генетического алгоритма найдены оптимальные траектории для каждого квадрокоптера. Суммарная длина найденных траекторий более чем в 6 раз короче первоначальной траектории и на 16 % короче траектории базисного решения, найденного жадным алгоритмом.
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЕКТНОГО МЕНЕДЖМЕНТА В ЗАДАЧАХ УПРАВЛЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ: ПОДХОД И ФОРМАЛЬНЫЙ АППАРАТ
Быстров Виталий Викторович, Маслобоев Андрей Владимирович, Путилов Владимир Александрович
Стр. 73 — 84
Для построения и поддержки функционирования информационно-управляющих систем обеспечения региональной безопасности разработана концептуальная модель жизненного цикла управления проектами в сфере рискоустойчивого регионального развития. Модель основана на принципах классической теории управления и проектного менеджмента. В модели используются формальное описание предметной области, аппарат теории управления проектами и формализованная схема управления безопасностью региона. Модель имеет многоуровневую структуру и отражает специфику задач управления мероприятиями, оказывающими воздействие на состояние региональной безопасности. Предлагается каждое мероприятие рассматривать как отдельную совокупность проектов, что позволяет перевести исследование региональной безопасности в плоскость решения задач управления проектами. Реализация модели позволяет осуществить автоматизированный синтез онтологических и имитационных моделей и их последующее использование в составе систем поддержки принятия решений в сфере обеспечения региональной безопасности. Сценарный анализ и прогнозирование вариантов развития региональных кризисных ситуаций на основе модели повышают информационную обеспеченность системы управления безопасностью региона и качество принимаемых управленческих решений.
ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ КРУГЛОЙ ТУРБУЛЕНТНОЙ СТРУИ ПРИРОДНОГО И СЖИЖЕННОГО ГАЗОВ В ДИФФУЗИОННОМ ФАКЕЛЕ
Штыков Роман Александрович
Стр. 85 — 89
Сформулирована и решена задача процесса диффузионного горения горючей смеси с пятью горючими компонентами. Показано, что факелы сжиженных газов в осесимметричной струе в 1,5 раза длиннее факелов природного газа, а длина диффузионных факелов природных газов и чистого метана отличаются не более чем на 3%. Суммирование концентраций компонентов в зонах горючего и окислителя, стехиометрическим поступлением горючих газов и кислорода (воздуха) к фронту пламени, показывает адекватность расчета процесса образования круглой турбулентной струи.
УЧЕТ СЛУЧАЙНОСТИ НАГРУЗКИ И ПРОЧНОСТИ В РАСЧЕТАХ НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ОБОРОННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ
Северцев Николай Алексеевич, Зацаринный Александр Алексеевич
Стр. 90 — 96
Для обеспечения безопасной работы механических систем в условиях случайности нагрузки актуальна задача оценки надежности конструкций сложных технических систем. Для ее решения необходимо разработать модель расчета надежности случайного события, которую можно представить в форме двуместного дважды неопределенного предиката. Показано, что в случае наличия взаимно однозначного соответствия между сопротивляемостью и измеряемыми параметрами, плотность распределения сопротивляемости может быть выражена через эти параметры. Для получения закона распределения сопротивляемости используется метод линеаризации или метод малых возмущений, сущность которого заключается в аппроксимации нелинейной зависимости между сопротивляемостью и измеряемыми параметрами, с помощью линейной статистически эквивалентной исходной зависимости. Показано, что в условиях малости случайных отклонений возмущающих параметров от их математических ожиданий справедливо допущение о нормальных законах распределения этих отклонений. Метод линеаризации особенно эффективен, если между сопротивляемостью и измеряемыми параметрами существует однозначная функциональная зависимость. Синтезирована модель расчета надежности функционирования сложной технической системы, выраженной в форме случайности события в форме двуместного дважды неопределенного предиката. Таким образом, разработана методология определения надежности при случайных нагрузках и случайной сопротивляемости сложных технических систем и их элементов.
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Казамбаев Мухамедкали Кабылбекович, Куатов Бауржан Жолдыбаевич
Стр. 97 — 100
Анализируются уровень и состояние развития беспилотной авиации в системе вооружения ведущих стран мира. Приведены основные сведения по типовым комплексам беспилотных летательных аппаратов (КБЛА), дается анализ их применения. В данной статье рассматривается боевое применение беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в современных вооруженных конфликтах и проводится анализ направлений применения БЛА в будущем. Дается методика уточнения взглядов на роль и место комплексов БЛА в системе вооружения Вооруженных Сил Республики Казахстан.