Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 22, № 5 (2021)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ 

227-236 59
Аннотация

В современных условиях проблема обеспечения безопасности систем с критической миссией приобрела особую актуальность. Причина тому — возросшие возможности несанкционированного воздействия на такие системы через аппаратное и программное обеспечение, а также через коммуникационные сети. Это подтверждается целым рядом аварий, когда оборудование выводилось из строя за счет закладных элементов и вирусов. В настоящее время в Российской Федерации на зарубежных аппаратно-программных платформах построена подавляющая часть систем управления, используемых, в том числе, на стратегических предприятиях и объектах с критической миссией. При этом доля используемых в них зарубежных микроэлектронных компонентов превышает 85 %.
Статья посвящена развитию научных основ и методик оценки степени доверия к системам управления объектов с критической миссией. Показано, что степень доверия к системе управления — это более широкий показатель, чем просто показатели ее надежности и отказоустойчивости, который должен объединить разнородные свидетельства и утверждения, как объективные, основанные на физически и математически обоснованных методах оценки степени их истинности, так и субъективные, основанные на опыте экспертов. В работе предложен метод оценки степени доверия к системе управления объектов с критической миссией, основанный на схеме Шортлиффа (E. Shortliffe), используемой в теории нечеткой логики для оценки степени доверия к некоторой гипотезе на основе разнородных свидетельств и утверждений. Важным преимуществом схемы Шортлиффа является то, что набор свидетельств может расширяться и дополняться (например, на основе вновь полученного опыта), что позволяет уточнять значение коэффициента уверенности.
Предложены методы оценки степени истинности терминальных утверждений различных типов, в том числе таких, которые требуют сочетания как объективных, так и субъективных методов оценки степени их истинности. Использование предложенного метода оценки доверия при формировании национальных стандартов разработки и создания систем управления объектов с критической миссией позволит существенно повысить их функциональную защищенность.

237-245 54
Аннотация

Проведен анализ технического состояния объектов железнодорожных коммуникаций, включающих современные мосты, туннели, станции, путепроводы, переезды и устройства энергоснабжения. Отмечено, что исходя из специфических особенностей подобных объектов их техническое состояние в большинстве случаев контролируется через определенные промежутки времени. В то же время существующим системам непрерывного контроля не всегда удается адекватно оценить техническое состояние объектов железнодорожной инфраструктуры из-за наличия дополнительных помех в обрабатываемых сигналах при появлении неисправности. В связи с этим предлагается один из возможных вариантов «непрерывного» мониторинга начала изменения технического состояния железнодорожных путей с помощью Noise-технологий. Отмечено, что при изменении технического состояния железнодорожных инфраструктур вибросигналы, которые возникают от воздействия подвижного состава, содержат помимо полезной составляющей также и помехи. Применение технологий корреляционного и спектрального анализов, а также других традиционных способов из-за влияния помехи на полезные вибросигналы не позволяет обеспечить адекватность результатов контроля. Поэтому предлагаются технологии раздельного анализа полезного сигнала и шума, получаемого от вибрации, а также формирования информативных признаков идентификации технического состояния железнодорожных инфраструктур. При этом оценки характеристик полезного сигнала и помехи используются как основной носитель диагностической информации. Благодаря простоте и надежности разработанных теоретических алгоритмов реализация технических средств и их установка во всех объектах пути не представляет особых трудностей. В то же время внедрение Noise-системы обеспечит контроль начала изменения технического состояния железнодорожных путей в реальном масштабе времени во время передвижения подвижного состава. Это, в свою очередь, позволит своевременно выявлять неисправности и, тем самым, существенно повысит безопасность перевозок пассажиров и грузов железнодорожным транспортом.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 

246-253 83
Аннотация

Для обеспечения беспилотного автономного движения наземных робототехнических средств требуется точно определять положение и ориентацию робота. Настоящее исследование связано с оценкой координат с помощью сопоставления сканов лазерного сканирующего дальномера в условиях слабоструктурированной местности и отсутствия сигнала глобальной спутниковой связи. Существующие методы сопоставления сканов имеют существенные недостатки в условиях движения по слабоструктурированной местности, связанные как со временем обработки данных от лазерного сканирующего дальномера, так и с качеством получаемых результатов. Предложенный метод основан на использовании искусственного потенциального поля фиксированного размера, создаваемого для каждой точки скана. Для простоты описания весь скан предварительно помещается в карту, состоящую из ячеек. При этом описываемые силы потенциального поля могут быть представлены законами, относящимися как к физике мира, так и к теории вероятностей. В ячейках карты происходит учет взаимовлияния всех сил от каждой точки скана, и, таким образом, получается итоговое искусственное потенциальное поле скана. Положение робота оценивается по изменению числа действующих сил одного скана на точки смежного скана с учетом их направления. Оценка ориентации осуществляется на основании суммы векторных моментов сил, действующих на точки смежного скана. Такой способ позволяет быстро оценивать смещение робота между сканами вне зависимости от условий движения и характера местности. В статье приведены результаты компьютерной апробации метода на данных, полученных от 3D-лидара Velodyne HDL-32 и обозначены условия работы метода для данного лидара, а также время, затрачиваемое на расчет оценки смещения. Ввиду особенности лидара при движении робота приводится способ устранения эффекта Доплера (дисторсии) для исходного облака точек. Проведенный сравнительный анализ разработанного метода по отношению к способу комплексирования данных от колесной одометрии, блока инерциальной и спутниковой навигации, использующий расширенный фильтр Калмана (Extended Kalman Filter), показывает применимость метода для оценки положения и ориентации робота в условиях его движения по слабоструктурированной местности.

254-261 58
Аннотация

Ротор Савониуса представляет собой один из достаточно широко распространенных типов ветротурбин. Скорость вращения этого ротора существенно меньше, чем у горизонтально-осевых турбин и вертикально-осевых турбин типа Дарье. Однако он начинает вращаться уже при небольшой скорости потока, не требует дополнительных систем, обеспечивающих его переориентацию в случае изменения направления ветра, и развивает достаточно большой крутящий момент. Поэтому представляется целесообразным использовать его в качестве привода в различных механических или электромеханических системах. В данной работе рассматривается прямолинейное движение колесной тележки, приводимой в движение установленным на ней ротором Савониуса. Предполагается, что ветер составляет некоторый постоянный угол с прямой, вдоль которой движется тележка. Аэродинамическое воздействие на ротор описывается с помощью эмпирической модели, в рамках которой аэродинамические характеристики ротора (коэффициенты аэродинамического момента, силы лобового сопротивления и боковой силы) представляются в виде разложения в ряд Фурье по углу поворота ротора, причем коэффициенты этого ряда зависят от быстроходности (безразмерной угловой скорости) ротора. В дозвуковой аэродинамической трубе НИИ механики МГУ проведена серия экспериментов по определению аэродинамических характеристик ротора при разных скоростях набегающего потока и разных угловых скоростях ротора. На основе полученных экспериментальных данных предложены функции, приближенно описывающие зависимость указанных коэффициентов от быстроходности. Полученные зависимости использованы для исследования динамики тележки с ротором Савониуса. Построено осреднение системы уравнений движения по углу поворота ротора. Исследованы стационарные решения этой осредненной системы в зависимости от направления ветра. Показано, что при определенных значениях параметров в системе существуют два притягивающих режима, соответствующих движению в разные стороны. Проведено сопоставление поведения тележки в рамках полной системы уравнений движения и в рамках осредненной системы.

262-271 61
Аннотация

Обсуждается решение задачи повышения надежности эксплуатации подводных роботов различного вида и назначения за счет использования систем аккомодации, обеспечивающих компенсацию последствий дефектов, появляющихся в движителях в процессе их работы. Рассмотрены дефекты, приводящие к ошибкам в показаниях датчиков угловых скоростей вращения электроприводов движителей; перегрев электродвигателей или замыкание нескольких витков обмоток электрических цепей их якорей, изменяющие активные сопротивления этих якорей; появление дополнительных внешних моментных воздействий на валах движителей, в том числе при намотке водорослей на гребные винты. Предложен новый метод построения систем аккомодации, содержащий три этапа. На первом осуществляется обнаружение и локализация возникающих дефектов с помощью банка диагностических наблюдателей, в котором каждый наблюдатель синтезируется таким образом, чтобы формируемая им невязка была чувствительна к появлению различных комбинаций возможных дефектов. Это позволяет не только точно определить каждый конкретный дефект, но и на втором этапе провести точную оценку ошибок датчиков и отклонений параметров движителей от их номинальных значений. Для этого на втором этапе вводятся дополнительные наблюдатели с переменной структурой, построенные на основе редуцированных (имеющих меньшую размерность) моделей исходной системы. Это позволяет значительно уменьшить сложность процедуры идентификации дефектов и, тем самым, обеспечить их реализацию на бортовых ЭВМ. На третьем этапе осуществляется формирование дополнительных управляющих воздействий, подаваемых на движители роботов, которые обеспечивают стабилизацию их динамических свойств и качественных показателей на номинальном уровне при возникновении перечисленных дефектов. Для этого используются методы построения самонастраивающихся корректирующих устройств, в которые вводятся полученные на предыдущем этапе оценки дефектов.
Приведены результаты математического моделирования, которые подтвердили работоспособность и высокую эффективность использования синтезированных систем аккомодации для движителей подводных роботов.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 

272-280 46
Аннотация

Дается общая характеристика технологии оценивания средств определения воздушных параметров с применением спутниковых навигационных систем, разработанной и получившей применение в практике летных испытаний в АО «ЛИИ им. М. М. Громова». Изложены особенности решения задач математического моделирования аэродинамических погрешностей средств определения воздушных параметров самолета. Представлены факторы аэродинамических погрешностей, структура математических моделей, взаимосвязь решаемых в рамках технологии задач моделирования погрешностей с построением летного эксперимента. В основу идентификации и верификации математических моделей положено комплексное решение задач определения действительных значений воздушных параметров, определения аэродинамических погрешностей приемников воздушных давлений в условиях летного эксперимента.
Приведены новые результаты математического моделирования погрешностей в испытаниях на больших углах атаки в 2018 г. среднемагистрального и ближнемагистрального самолетов. Результаты подтверждают эффективность технологии в решении задач информационного обеспечения летных испытаний воздушных судов на больших углах атаки, моделирования аэродинамических погрешностей, оценивания средств определения воздушных параметров. Применяемые методы моделирования позволяют выделить в математических моделях аэродинамических погрешностей приемников воздушных давлений даже факторы очень слабого аэродинамического влияния, соизмеримого с минимальными инструментальными погрешностями датчиков давления.



ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)