Датчики и системы,
№ 1, 2021
Sensors
and Systems, N 1, 2021
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
Представляет
Московский государственный технический университет
им. Н. Э. Баумана
Bauman Moscow State Technical
University present
Гладких А. А., Комахин М. О., Узеньков Д. А.
ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ
ВНУТРЕННЕГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВСТРАИВАЕМЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
ОБРАТНОЙ РАЗРАБОТКИ … 3
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.1.1
Аннотация:
Рассмотрены особенности применения динамической модификации внутреннего
программного обеспечения встраиваемых устройств при
решении задач обратной разработки. Кратко показаны особенности хранения
внутреннего программного обеспечения различных электронных устройств.
Предложено использование динамической модификации данных при решении различных
задач обратной разработки электронных устройств. Основное внимание уделено
архитектуре устройства динамической модификации данных запоминающего устройства
с параллельным асинхронным интерфейсом. Показаны возможности по применению
программируемых логических интегральных схем для динамической модификации
данных запоминающих устройств и решения задач обратной разработки.
Ключевые слова: модификация данных, динамическая отладка, обратная разработка, программируемые логические интегральные схемы, встраиваемые устройства, исследование встраиваемых устройств, динамическая модификация данных, модификация внутреннего программного обеспечения встраиваемых систем, модификация данных запоминающих устройств.
Gladkikh A. A., Komakhin M. O., Uzenkov
D. A.
HIERARCHICAL PYRAMIDAL SUBSAMPLING IN DEEP
CONVOLUTIONAL NETWORKS TO RECOGNIZE VISUAL APPEARANCES
Abstract: The paper discusses the features
of the use of dynamic modification of the internal software of embedded devices
when solving reverse engineering problems. The features of storage of internal
software of various electronic devices are briefly considered. The use of
dynamic data modification in solving various problems of reverse engineering of
electronic devices is proposed. The main attention is paid to the architecture
of the device for dynamic data modification of the storage device with a
parallel asynchronous interface. Possibilities of using programmable logic
integrated circuits for dynamic modification of data storage devices and
solving problems of reverse engineering are shown.
Keywords: data modification, dynamic data modification, dynamic debug, reverseengineering, programmable logic integrated circuit,
embedded devices, embedded systems, embedded systems research, embedded devices
internal software modifications, embedded devicesinternal
software patch, memory modifications in non-volatile memory devices.
Ахметов Н. Р., Власов А. И.,
Димитров Д. А., Ду Хаолун, Жалнин В. П., Шахнов
В. А., Шанин А.
В., Шерстюк А. Е.
ПЕРСПЕКТИВНАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ДЛЯ СМАРТ-СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ … 9
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.1.2
Аннотация:
Проведен анализ тенденций развития смарт-систем,
обобщены варианты их использования и практической реализации в условиях
цифровой трансформации. На основе карт противоречий выявлены основные проблемы
развития данной технологии, систематизированы основные преимущества и
недостатки классической компонентной базы вычислительных модулей. Особое
внимание уделено смарт-системам с использованием мемристоров. Обобщены принципы работы и внутренняя
архитектура мемристивных компонентов для реализации
интеллектуальной нейросетевой обработки данных.
Представлена сравнительная характеристика мемристивной
архитектуры с существующими архитектурами подсистем памяти с позиции их влияния
на тенденции развития рынка компонентов памяти, а также систем искусственного интеллекта.
Предложено решение построения перспективного вычислительного ядра смарт-систем на основе мемристивных
технологий.
Ключевые слова: мемристор, искусственный интеллект, смарт-системы, Интернет вещей, цифровая экономика, нейронная сеть, карта противоречий, кроссбар, big data.
Akhmetov N. R., Vlasov A. I., Dimitrov
D. A., Du
Haolong, Zhalnin V. P. Shakhnov V. A., Shanin A. V., Sherstyuk A. E.
A PROMISING ELEMENT BASE FOR SMART SYSTEMS IN A
DIGITAL TRANSFORMATION OF INDUSTRY
Abstract: The article is devoted to the
analysis of the impact of the digital transformation of industry on computing
systems and, in particular, on memory subsystems. An analysis of trends in the
development of smart systems was carried out; options for their use and
practical implementation in the context of digital transformation were
summarized. Based on the contradiction maps, the main problems of the
development of this technology were identified, the main advantages and
disadvantages of the classical component base of computing modules were
systematized. Special attention is paid to smart systems using memristors. Principles of operation and internal
architecture of memorisive components for
implementation of intelligent neural network data processing are summarized. A
comparative characteristic of memristic architecture
with existing architectures of memory subsystems from the point of view of
their influence on trends in the development of the memory components market,
as well as artificial intelligence systems is also presented. Proposed is a
solution for building a promising computing core of smart systems based on memorisive technologies.
Keywords: memristor, artificial intelligence, smart
systems, Internet of things, digital economy, neural network, contradiction
map, crossbar, big data.
Хальзев С. Е., Власов А. И., Шахнов
В. А.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯЗЫКА ДИАГРАММ XTUML ДЛЯ ВЫСОКОУРОВНЕВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ … 18
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.1.3
Аннотация:
Проанализировано использование языка диаграмм xtUML при системном
проектировании цифровой компонентной базы. Рассмотрен маршрут проектирования
цифровой компонентной базы. Показано, что при проектировании цифровой компонентной
базы формальное описание процесса перехода от её высокоуровневого (системного)
описания к дальнейшим этапам
маршрута проектирования является нетривиальной задачей для инженера.
Проанализированы диаграммы языка xtUML в системном уровне проектов
цифровой компонентной базы. Сформулирована методика применения визуального
языка xtUML
при разработке системных проектов цифровой компонентной базы. Данная методика
позволила связать в рамках единого маршрута проектирования высокоабстрактное
представление цифровой элементной базы с её аппаратными представлениями.
Ключевые слова: системное проектирование, цифровая компонентная база, xtUML, язык диаграмм, маршрут проектирования.
Khalzev S. E., Vlasov A. I., Shakhnov
V. A.
USING THE XTUML DIAGRAM LANGUAGE FOR HIGH-LEVEL
DESIGN OF A DIGITAL COMPONENT BASE
Abstract: This paper analyzes the use of the
xtUML diagram language in the design at system level
of integrated circuits (IC). The design flow of digital IC is considered. The
diagrams of the xtUML language in the system level of
digital IC projects are analyzed. The method of using the visual language xtUML in the development of system projects of digital IC
is formulated. The paper analyzes the
use of the xtUML diagram language in the system
design of the digital component base. The design flow of a digital component base is considered. It is shown
that when designing a digital component base, a formal description of the
process of transition from its high-level (system-level) description to further
stages of the design flow is a non-trivial task for a developer. The diagrams
of the xtUML language in the system level of the
projects of the digital component base are analyzed. The method of using the
visual language xtUML in the development of system
projects of the digital component base is formulated. This technique made it
possible to link, within a single design flow, a highly abstract representation
of a digital element base with its hardware views.
Keywords: system design, VLSI, xtUML, diagram language, design flow.
Затекин Д. В., Юдин А. В.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ: ОТЛАДКА СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ МОБИЛЬНОГО РОБОТА НА ВИЗУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ … 25
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.1.4
Аннотация:
Рассмотрена модель позиционирования мобильного робота с использованием
ультразвуковых стационарных маяков как часть комплексной системы навигации.
Представлены результаты и схема предварительных натурных испытаний макета
аппаратных элементов системы позиционирования, определившие характеристики
модели. Дано детальное описание алгоритмов моделирования в среде MATLAB.
Результаты работы будут полезны для улучшения системы навигации автономных
мобильных роботов на стадии ее разработки, калибровки и использования.
Ключевые слова: робототехника, мобильный робот, моделирование, навигация, позиционирование, применение ультразвука, сеть датчиков, проектирование технических систем, инженерное образование.
Zatekin D. V., Yudin A. V.
ENGINEERING
OF TECHNICAL SYSTEMS: DEBUGGING OF MOBILE ROBOT NAVIGATION SYSTEM ON VISUAL MODEL
Abstract: The paper
considers a model for positioning a mobile robot using ultrasonic stationary
beacons as part of an integrated navigation system. The results and design of
the preliminary field tests of the the positioning
system’s hardware elements, which determined the characteristics of the model, are
presented. A detailed description of modeling algorithms in the MATLAB
environment is given. The results of the work will be useful for improving the
navigation system of autonomous mobile robots, at the stage of its development,
calibration and use.
Keywords: robotics, mobile robot, modeling, navigation, positioning,
ultrasound application, sensor network, design of technical systems,
engineering education.
Ечеистов В. В., Зверев А. В., Рыжков В. В., Рыжиков И. А., Макарчук В. В., Шахнов В. А., Родионов И. А.
ПРЕЦИЗИОННАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ МИКРОФЛЮИДНОЙ ЛАБОРАТОРИИ НА ЧИПЕ … 34
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.1.5
Аннотация:
Проблема управления потоками малых объемов жидкостей является лимитирующим
фактором для эксплуатации микрофлюидной лаборатории-на-чипе в биомедицинских устройствах нового
поколения. В статье описано современное состояние разработок в области микрофлюидных технологий. Приведена классификация
физических эффектов, лежащих в основе систем управления потоком микрофлюидных лабораторий-на-чипе.
Разработана система поддержания давления с точностью не хуже ±1 мбар, являющаяся одним из основных блоков систем управления
микрофлюидными лабораториями-на-чипе.
Экспериментально подтверждено двукратное улучшение точности поддержания
давления разработанной системы в сравнении с коммерческими аналогами ведущих
мировых производителей.
Ключевые слова: микрофлюидика, лаборатория-на-чипе, микрофлюидный чип, система поддержания давления.
Echeistov V. V., Zverev A. V., Ryzhkov V. V., Ryzhikov I. A., Makarchuk V. V., Shaknov V. A., Rodionov I. A.
AUTOMATED PRESSURE MAINTENANCE SYSTEM FOR
MICROFLUIDIC LAB-ON-CHIP
Abstract: The problem of controlling the flows of small volumes of liquids is a
limiting factor for the operation of the microfluidic
laboratory-on-a-chip in biomedical devices of the new generation. The article
describes the current state of development in the field of microfluidic
technologies. A classification of the physical effects underlying the flow
control systems of microfluidic
laboratories-on-a-chip is presented. A pressure maintenance system with an accuracy of no worse than ±1 mbar has been developed,
which is one of the main blocks of control systems for microfluidic
laboratories-on-a-chip. A two-fold improvement in the accuracy of maintaining
the pressure of the developed system in comparison with commercial analogues of
leading world manufacturers has been experimentally confirmed.
Keywords: microfluidics,
laboratory-on-a-chip, microfluidic chip, pressure
maintenance system.
Самман А., Шахнов В. А.
ПОСТИНСУЛЬТНАЯ РЕАБИЛИТАЦИЯ ФУНКЦИИ РУКИ НА ОСНОВЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ЭЛЕКТРОМИОГРАФИИ (БОС-ЭМГ) … 42
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.1.6
Аннотация:
Рассмотрена постинсультная реабилитация функции руки на основе биологической
обратной связи электромиографии. Показана эффективность метода биологической
обратной связи в процессе реабилитации после инсульта. Приведена общая
структурная схема системы биологической обратной связи электромиографии, а
также алгоритм ее работы. Представлены результаты внедрения предлагаемой
системы биологической обратной связи электромиографии. Подчеркиваются
преимущества разработанной системы в сравнении с другими системами, доступными
в настоящее время, а также выявлены недостатки этого метода и предложены пути
его решения.
Ключевые слова: реабилитация, биологическая обратная связь, восстановление функций верхних конечностей, электромиографии, биоуправление.
Samman A., Shakhnov V. A.
REHABILITATION OF HAND FUNCTION AFTER STROKE
BASED ON ELECTROMYOGRAPHY BIOFEEDBACK (EMG-BF)
Abstract: The article is devoted to post-stroke
rehabilitation of hand function based on Electromyography biofeedback. The effectiveness
of biological feedback methods in the process of rehabilitation after a stroke
is indicated. The general structural diagram of the biofeedback electromyography system is described. An
algorithm for the operation of the biofeedback electromyography system is being
developed. The results of the implementation of the proposed biofeedback
electromyography system are presented. At the end of the article, the
advantages of the developed system in comparison with other systems currently
available are emphasized, as well as the disadvantages of this method are
identified and ways to solve it are proposed.
Keywords: rehabilitation, biofeedback, functional recovery of upper limb,
electromyography, biocontrol.
Поздравляем юбиляра!
Congratulation on anniversary!
ВАДИМ АНАТОЛЬЕВИЧ ШАХНОВ – 80 … 47
VADIM A. SHAKHNOV – 80
Информационные
и управляющие системы
Information and Control Systems
Еремин Е. Л., Никифорова Л. В., Шеленок Е. А.
СИСТЕМА КОМБИНИРОВАННОГО НЕЛИНЕЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИ НЕОПРЕДЕЛЕННЫМ НЕАФФИННЫМ ОБЪЕКТОМ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ ПО СОСТОЯНИЮ И ЗАПАЗДЫВАНИЕМ НЕЙТРАЛЬНОГО ТИПА … 50
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.1.7
Аннотация:
Рассмотрено решение задачи синтеза нелинейного регулятора для динамического
объекта, относящегося к классу неаффинных
стационарных объектов с неопределенными параметрами и структурой, содержащих
запаздывание по состоянию и запаздывание нейтрального типа и работающих в
условиях постоянного действия внешних возмущений. В качестве методов решения
используются: критерий гиперустойчивости В. М.
Попова, условия L-диссипативности, неявная эталонная модель, а также
быстродействующие фильтр-корректоры.
Ключевые слова: неаффинный по управлению объект с неизвестным запаздыванием по состоянию, структурно-параметрическая неопределенность, фильтр-корректор, неявная эталонная модель, критерий гиперустойчивости, комбинированный нелинейный регулятор, L-диссипативность.
Eremin E. L., Nikiforova L. V., Shelenok
E. A.
COMBINED NONLINEAR CONTROL SYSTEM FOR
STRUCTRURALLY AND PARAMETRICALLY UNDEFINED NON-AFFINE PLANT WITH STATE DELAY
AND NEUTRAL TYPE DELAY … 3
Abstract: We consider the solution to the
problem of synthesis of nonlinear controller for dynamic plant belonging to the
class of non-affine stationary plants with uncertain parameters and structure,
containing a state delay and a neutral delay and operating under conditions of
constant external disturbances. As a solution methods are used: the hyperstability criterion, L-dissipativity conditions, implicit
reference model, and fast-acting filter-correctors.
Keywords: non-affine control plant with unknown state
delay, structural and parametric uncertainty, filter-corrector, implicit
reference model, hyperstability criterion, combined
nonlinear controller, L-dissipativity.
Логическое
управление пневматическими системами
Logic control of pneumatic systems
Балабанов А. В., Касимов А. М., Фатеев В. Я.
РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА СЕМИКАСКАДНОГО МИКРОСТРУЙНОГО ГЕНЕРАТОРА … 59
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.1.8
Аннотация:
Разработаны принципиальная схема и конструкция семикаскадного микроструйного генератора для исследования предельных
характеристик быстродействия струйных газо- и
гидродинамических элементов логического управления. Изготовлен
экспериментальный образец генератора.
Ключевые слова: микрогидродинамика, многомерная сетевая модель, микроструйный генератор, элемент логического управления, предельное быстродействие.
Balabanov A. V., Kasimov A. M., Fateev
V. Ya.
DEVELOPMENT AND MANUFACTURING OF EXPERIMENTAL
MODEL OF SEVEN-STAGE MICROFLUIDIC GENERATOR
Abstract: The schematic diagram and the
design of the seven-stage microfluidic generator are
developed to investigate the maximum performance of fluidic gas/hydrodynamic
logical control elements. The experimental model of the generator is created.
Keywords: microfluidics, multidimensional
network model, microfluidic generator, logical
control element, maximum performance.
Цифровые
технологии в дискретном производстве
Digitalization in discrete manufacturing
Аристова Н. И., Чадеев В. М.
МЕТОД БЫСТРОГО ОЦЕНИВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ
ИЗДЕЛИЯ С УЧЕТОМ ВЕРОЯТНОСТЕЙ КАЧЕСТВЕННОЙ РАБОТЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СРЕДСТВ ПРОИЗВОДСТВА … 65
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.1.9
Аннотация:
Рассмотрены преимущества, которые смогут получить промышленные предприятия
благодаря применению современных цифровых и информационных технологий.
Показано, что применение информационных технологий на этапе технологической
подготовки производства позволяет повысить эффективность работы и
конкурентоспособность предприятия в целом. Рассмотрены разработанные формализованное
описание и математическая модель дискретного производства, учитывающие вероятностей качественной работы средств автоматизации, а
также алгоритмы поиска оптимальных матриц автоматизации по заданным критериям
эффективности. Применение данного математического аппарата проиллюстрировано на
примере изготовления датчика расхода на этапе оценивания технологичности
конструкции изделия.
Ключевые
слова: дискретные производства, цифровизация,
технологическая подготовка производства, оценивания технологичности конструкции изделия, матрица
автоматизации, вероятности качественного изготовления изделия, промышленные автоматы.
Aristova N. I., Chadeev V. M.
A METHOD FOR RAPID ASSESSMENT OF THE
MANUFACTURABILITY OF A PRODUCT DESIGN, TAKING INTO ACCOUNT THE PROBABILITIES OF
HIGH-QUALITY OPERATION OF AUTOMATED MEANS OF PRODUCTION
Abstract: The advantages that discrete
industrial enterprises can receive due to the use of modern digital and
information technologies are considered. It is shown that the use of
information technologies at the stage of technological preparation of
production can increase the efficiency and competitiveness of the enterprise as
a whole. The developed formalized description and mathematical model of
discrete production, taking into account the probabilities of high-quality
operation of automation tools, as well as algorithms for finding optimal
automation matrices according to specified efficiency criteria are considered.
The application of this mathematical apparatus is illustrated by the example of
the manufacture of a flow sensor at the stage of evaluating the
manufacturability of the product design.
Keywords: discrete
production, digitalization, technological preparation of production, evaluating
the manufacturability of a product design, an automation matrix, the likelihood
of a high-quality product, industrial machines.