Датчики и системы,
№ 6, 2021
Sensors
and Systems, N 6, 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
Управление
сложными
системами
Management of complex systems
Ху Вен-Цен,
Мищенко С. В.,
Беляев П. С., Изтаев Ж. Д., Кожабекова
П. А.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С ЭЛЕМЕНТАМИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА … 3
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.1
Аннотация:
Рассмотрен
метод
ситуационной
декомпозиции,
обеспечивающий
построение
автоматизированных
систем
оптимального
управления с
элементами
искусственного
интеллекта,
ориентированный
на
управление
техническими
объектами
повышенной
сложности, в
частности, промышленными
объектами
класса
сложных технологических
систем.
Ключевые слова: управление сложными технологическими системами, интеллектуальное управление, оптимальное управление, децентрализованное управление, система управления с переменной структурой, декомпозиция задач управления, ситуационная декомпозиция.
Khu Ven-Tsen, Mishchenko S. V., Beliaev
P. S., Iztaev Zh. D., Kozhabekova P. A.
CONTROL SYSTEMS WITH ELEMENTS OF ARTIFICIAL
INTELLIGENCE
Abstract: The method of situational
decomposition is considered, which provides the automated optimal control
systems construction with elements of artificial intelligence, focused on the
management of increased complexity technical objects, in particular for class
of industrial objects with complex technological systems.
Keywords: management of complex technological systems, intelligent
management, optimal management, decentralized management, variable structure
management system, decomposition of management tasks, situational
decomposition.
Таратун В. Е.,
Майоров Н. Н.
ИССЛЕДОВАНИЕ
И РАЗРАБОТКА
МОДЕЛИ
ИДЕНТИФИКАЦИИ,
УПРАВЛЕНИЯ И
МОНИТОРИНГА
ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
ОБЪЕКТОВ НА
ОСНОВЕ
СТАНДАРТА CCSDS … 12
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.2
Аннотация:
Рассмотрен
вопрос
идентификации
объектов и
процессов
при
реализации
задач
организации
цепей
поставок на
основе нового
подхода по
стандартам CCSDS.
Выполнено
исследование
существующих
методов и
стандартов,
способствующих
решению
задачи
организации
управления и
мониторинга
ресурсов для
промышленных
предприятий
в рамках
единой цепи
поставки. На
основании
выполненного
наукометрического
анализа
подтверждена
актуальность
разработок
новых систем
идентификации
объектов на
основе
технологии RFID.
Представлен
анализ
стандарта CCSDS,
доказана его
эффективность
применения для
приборостроительных
предприятий
и
предприятий
космической
отрасли.
Ввиду
универсального
характера
полученных
результатов
обоснована
возможность
внедрения
решений на
основе CCSDS для
наземных
цепей
поставок и
решения задачи
идентификации
объектов.
Представлена
новая модель
системы для
решения
задач
идентификации,
управления и
мониторинга
объектов производственных
процессов, а
также модель декомпозиции
объекта или
производственного
процесса на
основе
стандарта CCSDS.
Ключевые слова: идентификация, стандарт CCSDS, организация мониторинга товародвижения, радиочастотная идентификация, RFID, процесс управления.
Taratun V. E., Maiorov N. N.
MODEL FOR IDENTIFYING, MANAGING AND MONITORING
THE MOVEMENT OF OBJECTS IN SUPPLY CHAINS BASED ON THE CCSDS STANDARD
Abstract: The article considers the
identification of objects and processes in the implementation of supply chain
management tasks on the basis of the new approach to CCSDS standards. The study
of existing methods and standards that contribute to solving the problem of
organizing the management and monitoring of resources for industrial
enterprises within a single supply chain is performed. Based on the scientometric analysis confirmed the relevance of
developing new systems for the identification of objects based on RFID
technology. The analysis of CCSDS standard is presented, its application
efficiency for instrumentation and space industry enterprises is proved. Due to
the universal nature of the results obtained in the study, the possibility of
implementation of CCSDS-based solutions for ground-based supply chains and
solving the problem of object identification is substantiated. The new model of
system structure for the decision of problems of identification, management and
monitoring of objects of production processes is presented, the model of
decomposition of object, production process on the basis of CCSDS is presented.
Keywords: identification, CCSDS standard, goods movement
monitoring organization, radio frequency identification, RFID, management
process.
Аракелян
Э. К., Васильев
Е. Д., Пащенко Ф.
Ф. Косой А. А., Мезин С. В.
МЕТОДИЧЕСКИЕ
ПОЛОЖЕНИЯ ПО
ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
ПРОГНОСТИЧЕСКИХ
АЛГОРИТМОВ
ПРИ РЕШЕНИИ
ОБЩЕСТАНЦИОННЫХ
ОПТИМИЗАЦИОННЫХ
ЗАДАЧ … 19
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.3
Аннотация:
Рассмотрены
методические
положения по
определению
оптимального
времени
прогнозирования
и
использованию
прогнозных
алгоритмов
для решения
задач
оптимизации
на уровне
электростанции
в условиях
группового
управления
производством
тепловой и
электрической
энергии при
наличии
взаимосвязи
между
генерирующими
единицами в
соответствии
с
технологическим
процессом
(ТП) на уровне
электростанции.
Решение этой
задачи
органично
вписывается
в задачу
выбора оптимальной
степени
интеллектуализации
автоматизированной
системы
управления
ТП на уровне
электростанции.
Ключевые слова: станционный уровень, распределение нагрузки, инерционность, методические положения, прогностический алгоритм, время опережения.
Arakelyan E. K., Vasilyev E. D., Pashchenko
F. F. Kosoi A. A., Mezin S.
V.
METHODOLOGICAL PROVISIONS ON THE USE OF
PREDICTIVE ALGORITHMS IN SOLVING STATION-WIDE OPTIMIZATION PROBLEMS
Abstract: When synthesizing automatic
control systems (ACS), it is problematic to construct a mathematical model of a
complex multifactor technological process, which will take into account all the
necessary input information, take into account its possible inaccuracy,
uncertainty, incompleteness, and at the same time obtain a result at the output
of the regulator in the form of a control action adequate to the current
situation in the technological process. The complexity of real technological
processes determines the search for unconventional methods for constructing
their mathematical models and optimizing their control. At the same time, not
only the aspect of optimal control is very important, but also the aspect of
analyzing the current state of the process, since it is the conclusion about
the current state of the process that makes it possible to choose the optimal
control in this situation. The report proposes the development of
methodological provisions for the use of predictive algorithms when solving
optimization problems at the station level in the conditions of group control
of the production of heat and electric energy in the presence of an
interconnection between generating units in accordance with the technological
process at the station level. The solution to this problem organically fits
into the problem of choosing the optimal degree of intellectualization of the
automated control system at the station level.
Keywords: station level, load distribution, inertia,
methodological provisions, predictive algorithm, lead time.
***
Крылов
А.А.
ФИЛЬТРАЦИЯ
ЦВЕТНОГО
ШУМА
МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ
ДАТЧИКОВ … 25
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.4
Аннотация:
Представлен
обзор
методов
фильтрации
цветного
шума
МЭМС-датчиков.
Описано
представление
нестабильности
дрейфа нуля
МЭМС
датчиков в
виде
цветного
шума.
Рассмотрены
способы
оценки
дрейфа для
вариантов с прямыми
и косвенными
информационными
выходами.
Проведен
анализ
существующих
вариантов
модифицированного
фильтра
Калмана
применительно
к решению
данной
задачи.
Ключевые слова: калибровка ГИБ, смещение нуля МЭМС-датчиков, фильтр Калмана.
Krylov A. A.
APPROACHES TO COLORED NOISE FILTERING IN MEMS
SENSORS
Abstract: The paper describes the
representation of the zero drift instability of MEMS sensors as a colored
noise. Methods for estimating the drift for variants with direct and indirect
information outputs are considered. The analysis of the modified Kalman filter
variants in relation to the solution of this problem is carried out.
Keywords: IMU calibration, zero offset of MEMS sensor, Kalman
filter.
Бобылев
Д. А.
КОМБИНИРОВАННОЕ
ПРИМЕНЕНИЕ
ЦИФРОВОЙ И АНАЛОГОВОЙ
ФИЛЬТРАЦИИ В
ИЗМЕРИТЕЛЯХ-АНАЛИЗАТОРАХ
ИМПЕДАНСА … 33
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.5
Аннотация:
Рассмотрены
возможности
повышения
точности и
помехоустойчивости
измерителей-анализаторов
импеданса
посредством
комбинированного
применения
цифровой и
аналоговой
фильтрации,
реализуемой
посредством
замены
мгновенных
значений
сигнала его
интегрально-взвешенными
значениями.
Ключевые слова: цифровая обработка сигналов, линейные преобразования, амплитудно-частотная характеристика, дискретное преобразование Фурье.
Bobylev D. A.
COMBINED APPLICATION OF DIGITAL AND ANALOG
FILTERING IN IMPEDANCE METERS-ANALYZERS
Abstract: The possibilities of improving the
accuracy and noise immunity of impedance meters-analyzers through the combined
use of digital and analog filtering, implemented by replacing the instantaneous
values of the signal with its integrally weighted values, are considered.
Keywords: digital signal processing, linear transformation,
amplitude-frequency characteristic, discrete Fourier transform.
Масальский
Н. В.
МУЛЬТИЗАТВОРНЫЕ
КРЕМНИЕВЫЕ
НАНОТРАНЗИСТОРЫ
ДЛЯ
ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО
МАЛОМОЩНОГО
БИОСЕНСОРА … 40
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.6
Аннотация:
Рассмотрены
кремниевые нанопроволочные
полевые
транзисторы
в качестве
биологических
сенсоров
благодаря их
высокой
чувствительности.
Исследован
миниатюрный
сенсор на
основе длинноканального
плавникового
полевого
транзистора
в качестве
детектора
поверхностного
заряда. Характеристики
транзистора
оптимизируются
с помощью 3D-моделирования,
выполняемого
посредством
программного
комплекса
автоматизированного
проектирования
TCAD в
зависимости
от
топологических
параметров
транзистора
и уровня
управляющих
напряжений.
Установлено,
что тонкие
структуры с
пониженным
уровнем
легирования
и низкой
потребляемой
мощностью
обладают
перспективными
электрическими
характеристиками
для
эффективного
подхода
масштабирования
датчика рН с
высоким
разрешением,
что представляет
особый
интерес
интегрированной
рН-биоаналитики
на основе
КМОП-технологии.
Ключевые слова: биосенсор, кремниевый полевой нанотранзистор, вольт-амперные характеристики, TCAD, моделирование, низкая потребляемая мощность.
Masalsky N. V.
MULTI-GATE SILICON NANOTRANSISTORS FOR
HIGH-SENSITIVITY LOW-POWER BIOSENSOR
Abstract: Silicon nanowire field-effect
transistors are discussed as biological sensors due to their excellent
sensitivity. A miniature sensor based on a long-channel fin field-effect
transistor as a surface charge detector is being investigated. The
characteristics of the transistor are optimized using 3D modeling performed by
the computer-aided design software package TCAD, depending on the topological
parameters of the transistor and the level of control voltages. It is
established that thin structures with a reduced level of doping and low power
consumption have promising electrical characteristics for an effective approach
to scaling a high-resolution pH sensor, which is of particular interest to
integrated pH bioanalytics based on CMOS technology.
Keywords: biosensor, silicon field nanotransistor, volt-ampere characteristics, TCAD, simulation.
Тахов В. С., Амеличев
В. В., Костюк Д.
В., Беляков П. А.
ИССЛЕДОВАНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИК
КОНСТРУКЦИИ
МАКЕТА
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
УГЛА
ПОВОРОТА НА ОСНОВЕ
АНИЗОТРОПНОГО
МАГНИТОРЕЗИСТИВНОГО
ЭФФЕКТА … 47
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.7
Аннотация:
Представлена
конструкция
макета
магниторезистивного
преобразователя угла
поворота,
изготовленного
на основе анизотропных
магниторезистивных
структур.
Приведены
основные
характеристики:
диапазон
измеряемых
углов 180°,
ошибка
определения
угла менее 0,5°,
ток
потребления
0,2 мА.
Исследована
зависимость
величины
ошибки
определения
угла от напряжённости
магнитного
поля.
Рассмотрены
возможные
способы
дальнейшего
улучшения
характеристик
преобразователя.
Ключевые слова: преобразователь угла поворота, ошибка измерения угла поворота, анизотропный магниторезистивный эффект.
Takhov V. S., Amelichev V. V., Kostyuk
D. V., Belyakov P. A.
STUDY OF THE CHARACTERISTICS OF THE ROTATION
ANGLE TRANSDUCER PROTOTYPE BASED ON THE ANISOTROPIC MAGNETORESISTANCE EFFECT
Abstract: The design of a rotation angle transducer prototype based on the
anisotropic magnetoresistive structures has been
presented. The main characteristics of the transducer are reported –
measured angle range – 180°, angle error – less than 0,5°
and current consumption – 0,2 mA. The dependence of angle error on the strength of rotating magnetic
field is studied. And the most preferred methods for improving the design are
proposed.
Keywords: magnetic angle sensor, magnetic rotation sensor,
angle sensor error, anisotropic magnetoresistance.
Дроздов
Н. Г., Бородин Е.
А., Вшивцев
И. Т. Русал
А. Н., Валов О. А., Вилисов А.
Б., Мельнов
Р. А., Садыков Р.
А.
ВЫСОКОТОЧНЫЙ
ДИСКРЕТНЫЙ
ДАТЧИК
УРОВНЯ РАСХОДОВАНИЯ
ТОПЛИВА … 51
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.6.8
Аннотация:
Рассмотрены
основные
принципы
построения
датчика
уровня расходования
топлива для
ракетоносителя,
обеспечивающего
высокоточные
измерения
уровня с
исключением
систематических
погрешностей,
необходимых
для
синхронной
выработки
компонент
топлива с
минимальным
остатком.
Дано
описание
высокоточного
дискретного
датчика
уровня
расходования
топлива
(ДДУРТ) с
погрешностью
не более ± 5 мм,
что
соответствует
остатку не
более 0,05 %
одного из
компонентов
топлива.
Высокая точность
ДДУРТ
достигнута
благодаря
применению
автоматизированных
испытательных
стендов
сухой и
жидкостной
градуировки.
Датчик
подключается
непосредственно
к блоку
управления
ракеты и не требует
согласующих
устройств, а
также фильтрации
выходного
сигнала.
Ключевые слова: максимальная дальность, синхронная выработка компонентов топлива, датчики уровня расходования топлива, высокоточные измерения, стенд сухой градуировки, стенд жидкостной градуировки.
Drozdov N. G., Borodin Ye. A., Vshivtsev I. T. Rusal A. N., Valov O. A., Vilisov A. B., Melnov R. A., Sadykov R. A.
HIGH-ACCURACY DISCRETE FUEL LEVEL SENSOR
Abstract: The paper is devoted to basic
principles for level high-accuracy measurements and elimination of systematic
inaccuracies designed in the fuel level sensor to be placed in launch vehicles
to synchronously consume fuel components and minimize remaining fuel
components. The paper provides the description of a high-accuracy discrete fuel
level sensor (FLS) to a precision of no more than ±5 mm that corresponds
to no more than 0. 05 % of the remaining fuel component. The FLS
high accuracy is ensured with the account for and elimination of systematic
inaccuracies in calibration and measurements made with test stands for dry and
wet calibration. A new principle to generate the sensor 0. 8 V output signal,
not used before, is utilized. It is realized through bridge connection of 2
sensing elements in a branch of bridge with symmetric output; at 20 V supply
voltage and 10 kHz frequency the consumed power is 1. 35 W. The sensor is
connected directly to the LV control block, no matchers and output signal
filtration are needed. A stand for dry calibration has a step drive with a
measuring system and a laser meter. The stand test process is automated and
software-controlled, the sensor full signal is digitized and graphically
represented. Trigger points, trigger factor, output signal parameters,
inaccuracies are defined, a test protocol is formed. A stand for wet
calibration with simulation liquid is also automated, its filling and draining
are software-controlled, discrete levels are measured, systematic inaccuracies
are computed and eliminated, parameters of output signals are controlled in
graphical representation, a test protocol is formed.
Keywords: maximum range, synchronous consumption of
fuel components, fuel level sensor, high-precision measurements, a stand for
dry calibration, a stand for wet calibration.
Новые
приборы
New devices
ГАЗОАНАЛИЗАТОР-СИГНАЛИЗАТОР
ОКСИДА
УГЛЕРОДА
СТАЦИОНАРНЫЙ
“ПТФМ-103
СВИРЬ” … 58
GAS ANALYZER-ALARM OF CARBON OXIDE
STATIONARY “PTFM-103 SVIR”
АВТОНОМНЫЙ
ЭМА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ЭМАП-А1 … 60
AUTONOMOUS CONVERTER EMAP-A1
ДЕФЕКТОСКОП БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ ПУЛЬСАР-2.2 “ДБС” … 61
FLAW DETECTOR FOR BORED PILES PULSAR-2.2
"DBS"
ХРОНИКА
SCIENTIFIC AND TECHNICAL PUBLICISM
ChipEXPO-2021 … 63
ChipEXPO-2021
***
УКАЗАТЕЛЬ
СТАТЕЙ,
ОПУБЛИКОВАННЫХ
В ЖУРНАЛЕ
“ДАТЧИКИ И
СИСТЕМЫ” В 2021 г.
… 65
INDEX OF ARTICLES PUBLISHED IN THE JOURNAL
“SENSORS AND SYSTEMS” IN 2021