Датчики и системы, № 3, 2020
Sensors and Systems, N 3, 2020
С О Д Е Р Ж А Н И Е и А Н Н О Т А Ц И И
C O N T E N T & A B S T R A C T S
МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS
Кудинов Ю. И., Дуванов Е. С., Кудинов И. Ю., Пащенко А. Ф., Дургарян И. С., Пащенко Ф. Ф., Пикина Г. А.
ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ НЕЧЕТКОГО КВАДРАТИЧНОГО РЕГУЛЯТОРА ТЕМПЕРАТУРЫ … 3
Аннотация: Предложена формулировка и решение задачи LQR-управления. Дается описание объекта управления и активного эксперимента для определения его передаточной функции (ПФ). Приведены конструкции LQR и FQR-регуляторов и анализ качества переходных процессов в системах управления с ними.
Ключевые слова: линейно-квадратичный регулятор, нечеткий квадратичный регулятор, нечеткие логические регуляторы, ПИД-регулятор, оптимальное управление, регулятор температуры, активный эксперимент.
Kudinov Yu. I., Duvanov E. S., Kudinov I. Yu., Pashchenko A. F., Durgarian I. S., Pashchenko F. F., Pikina G. A.
CONSTRUCTION AND ANALYSIS OF FUZZY QUADRATIC TEMPERATURE REGULATOR
Abstract: The paper proposes the formulation and solution of the LQR control problem. A description of the control object and the active experiment to determine its transfer function (TF) is provided. Designs of LQR and FQR controllers and analysis of the quality of transients in control systems equipped with them are given.
Keywords: linear-quadratic controller, fuzzy quadratic controller, fuzzy logic controllers, PID controller, optimal control, temperature controller, active experiment.
Соколов С. В., Гашененко И. Н., Погорелов В. А.
НЕЛИНЕЙНАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ НАЧАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ БЕСПЛАТФОРМЕННОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ВОЗМУЩЕННОМ ОСНОВАНИИ … 11
Аннотация: Представлена задача начальной ориентации бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) на возмущенном основании при самых общих предположениях о характере углового движения основания и ускорениях, возмущающих БИНС. Решение получено в виде обобщенного фильтра Калмана, использующего в качестве вектора состояния углы, а в качестве вектора наблюдения – вектор измерений акселерометров БИНС. Приведен пример, иллюстрирующий высокую точность и скорость сходимости процесса оценивания параметров начальной ориентации БИНС.
Ключевые слова: нелинейная стохастическая оценка, начальная ориентация, БИНС, возмущенное основание.
Sokolov V. S., Gashenenko I. N., Pogorelov V. A.
NON-LINEAR EVALUATION OF INITIAL ORIENTATION PARAMETERS FOR PERTURBED-BASIS ATTITUDE AND HEADING REFERENCE SYSTEM
Abstract: The article attempts to solve the initial orientation task for perturbed-basis Attitude and Heading Reference System (AHRS) with most general assumptions about the character of the angular movement of the basis and the accelerations perturbing the AHRS. The solution has been attained in the form of generalized Kalman filter using the angles as the state vector, and the measurement vector of the AHRS accelerometers as the observation vector. A practical example serves to illustrate the high precision and convergence rate of the AHRS initial orientation parameter evaluation process.
Keywords: non-linear stochastic evaluation, initial orientation, Attitude and Heading Reference System, perturbed basis.
***
Управление биофизическими системами
Biophysical Systems Management
Власов Д. С., Малеванный А. Ю.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ АКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИМИ ПОЛЯМИ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА … 19
Аннотация: Рассмотрен способ подхода защиты от нежелательных акустических воздействий активным методом на основе акустического импеданса. Выполнен анализ моделей поглощения акустических колебаний и даны рекомендации по применению модели на основе акустического импеданса. Приведена методика определения импеданса шунтирующего сопротивления системы активного поглощения шума. Представлены основные этапы схемотехнического проектирования шунтирующей цепи с отрицательным обратным сопротивлением. Проанализированы результаты моделирования активной системы снижения шума на основе акустического импеданса. Произведенаоценка изменения значения коэффициента поглощения активной системы поглощения шума в зависимости от номиналов пассивных компонентов устройства. На основе сравнительного анализа полученных математическим моделированием, и результатов, полученных при проведении эксперимента даны рекомендации по применению активных систем снижения шума на основе акустического импеданса.
Ключевые слова: управление акустическими полями, цифровая обработка сигналов, активное управление, отражение волн, шунт, импеданс.
Vlasov D. S., Malevanny A. Yu.
RESEARCH OF ACTIVE ACOUSTIC FIELDS MANAGEMENT SYSTEMS BASED ON ACOUSTIC IMPEDANCE
Abstract: The work considers the approach of protection against undesirable acoustic effects by the active method based on acoustic impedance. Acoustic vibration absorption models were analyzed and recommendations were made for the application of the acoustic impedance model. The procedure for determining impedance of shunting resistance of active noise absorption system is described. The main stages of circuit design of shunt circuit with negative reverse resistance are presented. Results of simulation of active noise reduction system based on acoustic impedance were analyzed. The change in the absorption coefficient of the active noise absorption system is estimated depending on the ratings of the passive components of the device. On the basis of comparative analysis of obtained due to mathematical modeling and results obtained during the experiment, recommendations are given on application of active noise reduction systems based on acoustic impedance.
Keywords: acoustics, noise, wave reflection, shunt, impedance.
Драган С. П., Богомолов А. В., Дроздов С. В., Котляр-Шапиров А. Д.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТИ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УГЛАХ ПАДЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН НА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МИКРОФОН … 32
Аннотация: Изложены результаты измерений при различных углах падения акустических волн на мембрану измерительного микрофона конденсаторного типа, показавшие, что для минимизации неопределенности измерений в технической документации на микрофоны следует указывать нормируемые частотные характеристики чувствительности при разных углах падения звуковой волны.
Ключевые слова: измерение шума, конденсаторный микрофон, диаграмма направленности, угол падения акустической волны, погрешность измерения шума, шумомер, акустический мониторинг.
Dragan S. P., Bogomolov A. V., Drozdov S. V., Kotlyar-Shapirov A. D.
THE STUDY OF THE ACCURACY OF ACOUSTIC MEASUREMENTS AT DIFFERENT ANGLES OF INCIDENCE OF ACOUSTIC WAVES ON THE MEASURING MICROPHONE
Abstract: The results of measurements at different angles of incidence of acoustic waves on the membrane of a measuring microphone of a condenser type are presented, which showed that in order to minimize the measurement uncertainty, the technical documentation for microphones should indicate the normalized frequency characteristics of sensitivity at different angles of incidence of the sound wave.
Keywords: noise measurement, condenser microphone, radiation pattern, acoustic wave angle of incidence, noise measurement error, sound meter, acoustic monitoring.
***
Локтев Д. А., Локтев А. А.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ОБ ОБЪЕКТЕ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ЕГО ИЗОБРАЖЕНИЙ … 39
Аннотация: Предложен метод нечеткого выбора получения информации об объекте на основе разработанной логико-лингвистической модели и лингвистических переменных – расстояния до объекта, его скорости и контрастности с фоном. Для определения этих параметров используется метод анализа размытия изображений из-за расфокусировки камеры с нахождением коэффициентов аппроксимации с использованием сверточной нейронной сети.
Ключевые слова: анализ изображения, сверточная нейронная сеть, размытие образа, первичная информация, параметры объекта, геометрические и кинематические характеристики, нечеткая логика.
Loktev D. A., Loktev A. A.
THE CHOICE OF THE METHOD OF OBTAINING INFORMATION ABOUT THE OBJECT BASED ON THE ANALYSIS OF ITS IMAGES
Abstract: At present, an important task for automating the operation of information-measuring systems of control and monitoring and processes in them in various fields of human activity is to determine the parameters of the studied objects, their state and behavior. In this case, it is necessary to determine how to obtain and process the primary information about the object under certain monitoring conditions. To this end, this paper proposes a method of fuzzy selection of obtaining information about an object based on the developed logical-linguistic model and linguistic variables - the distance to the object, its speed and contrast with the background. To determine these parameters, an image blur analysis method is used due to camera defocusing with approximation coefficients using a convolutional neural network.
Keywords: image analysis, convolutional neural network, blur image, primary information, object parameters, geometric and kinematic characteristics, fuzzy logic.
Мисеюк О. И.
ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕРВИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДАТЧИКА ЕСТЕСТВЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В МОРЕ … 47
Аннотация: Рассмотрены вопросы построения датчика напряженности электрического поля, генерируемого движущимися объемами проводящей жидкости в магнитном поле Земли. Предложена электрическая схема замещения и схема обработки выходного сигнала датчика. Проведена оценка возможности получения корреляционных и спектральных характеристик изучаемого поля по временному сигналу на выходе датчика. Получено аналитическое подтверждение такой возможности.
Ключевые слова: электрическое поле, масштаб турбулентности, напряженность электрического поля, первичный преобразователь, подвижный носитель, электрод.
Miseyuk O. I.
DESIGN ISSUES OF THE PRIMARY TRANSDUCER OF THE SENSOR OF THE NATURAL ELECTRIC FIELD IN THE SEA
Abstract: The article considers the issues of constructing a sensor of the electric field strength generated by moving volumes of a conducting fluid in the Earth's magnetic field. An electrical equivalent circuit and a block diagram of the processing of its output signal are proposed for the considered sensor design. The possibility of obtaining correlation and spectral characteristics of the studied field from a temporal signal at the output of the sensor is estimated. Analytical confirmation of such possibility is obtained.
Keywords: electric field, turbulence scale, electric field strength, primary transducer, mobile carrier, electrode.
***
Еремин Н. А., Пахомов А. Л., Столяров В. Е., Лаптев Я. А.
ЦИФРОВАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ … 52
Аннотация: Рассмотрены проблемы ресурсно-инновационной стратегии развития нефтегазовой отрасли страны. Показана возможность на базе высоких технологий получения качественно новой продукции. Представлен разработанный компанией “Хромос Инжиниринг” хроматограф “Хромос ПГХ-1000”, отвечающий новым требованиям и тенденциям в области анализа качества природного газа, показаны его преимущества в сравнении с аналогами, даны краткие технические характеристики. Также приведены примеры построения на основе разработанного хроматографа цифровых автоматизированных систем контроля качества переработки углеводородного сырья на предприятиях России.
Ключевые слова: цифровая экономика, хроматограф, виртуальная реальность, качество продукции, состав газов, углеводородов, цифровизация, цифровая трансформация, автоматизированная система контроля, системы управления технологическими процессами, программное обеспечение, базы данных, информация, большие данные.
Eremin N. A., Pakhomov A. L., Stolyarov V. E., Laptev Ya. A.
DIGITAL AUTOMATED SYSTEM FOR MONITORING THE QUALITY OF COMMERCIAL PRODUCTS
Abstract: The use of modern technologies for streaming quality control and technologies for virtual and augmented reality, the industrial Internet allows us to quickly create modern automated systems for controlling the quality of products, to ensure the transition from an export-raw scenario to a socially oriented approach to the application of modern technologies of Russian production. On the basis of industrial chromatographs of the composition of gases and liquids developed and produced in Russia by Chromos Engineering LLC in Russia, examples of the construction of digital automated quality control systems for the transportation and processing of hydrocarbon raw materials at Russian enterprises are given.
Keywords: digital economy, chromatograph, virtual reality, product quality, composition of gases, hydrocarbons, digitalization, digital transformation, automated control system, process control systems, software, databases, information, big data.
Зарецкий И. С.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСХОДА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ СИСТЕМЫ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ТРУБЫ … 61
Аннотация: Рассмотрены способы определения коэффициента расхода при математическом моделировании работы нового устройства для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность труб для помещений с ограниченной высотой. Описана методика его определения, получены числовые значения коэффициента расхода для конкретной пары жидкость-труба.
Ключевые слова: математическая модель, вязкая жидкость, коэффициент, автоматическое управление, наклонная вращающаяся труба.
Zaretskii I. S.
FINDING THE FLOW COEFFICIENT UNDER MODELING THE SYSTEM OF APPLYING COATING TO THE INNER SURFACE OF A ROTATING PIPE
Abstract: The article is devoted to determining the flow coefficient in mathematical modeling of the operation of a new device for coating the inner surface of pipes for rooms with a limited height. The author considered methods for determining the flow coefficient; the methods for its determination were described. The numerical values of the flow coefficient for a specific liquid-pipe pair have been obtained.
Keywords: mathematical model, viscous fluid, coefficient, automatic control, inclined rotating pipe.