Датчики и системы, № 3, 2022

Sensors and Systems, N 3, 2022

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

Пикина Г. А., Пащенко Ф. Ф., Пащенко А. Ф.

О НЕКОТОРЫХ ПРОБЛЕМАХ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕОРИИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ В ЗАДАЧАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ … 3

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.3.1

Аннотация: Выполнен анализ состояния прикладной теории оптимального управления в задачах синтеза автоматического регулирования и проблем практической ее реализации. Рассмотрены случаи управления нелинейными и линейными объектами в замкнутом и разомкнутом контурах. Отмечается ряд проблем проявляющихся при внедрении теоретических решений или при компьютерном моделировании. К числу таких проблем отнесены: выбор горизонта прогнозирования управления, появление статической ошибки регулирования, обеспечение надлежащего запаса устойчивости, определение заданных значений переменных состояния и выбор многомерной зоны нечувствительности регулятора состояний. По каждой из поднятых проблем предлагаются способы их разрешения.

Ключевые слова: системы автоматического регулирования, теории оптимального управления, вариационные методы, горизонт прогнозирования, переменные состояния.

Pikina G. A., Pashchenko F. F., Pashchenko A. F.

ON SOME IMPLEMENTATION PROBLEMS OF THE OPTIMAL CONTROL THEORY IN AUTOMATIC REGULATION SYSTEMS

Abstract: The paper analyses the state of the applied theory of optimal control in the problems of synthesis of automatic regulation and the problems of its practical implementation. The cases of nonlinear and linear objects in a closed and open loop are considered. There are a several problems, that manifest themselves in the implementation of theoretical solutions or in computer modeling. Such problems include: the choice of the control prediction horizon, the appearance of a static control error, ensuring an adequate margin of stability, determining the set values of state variables and choosing a multidimensional insensitivity zone of the state controller. For each of the raised problems, ways to resolve them proposed.

Keywords: automatic regulation, optimal control theories, variation methods, prediction horizon, state variables.

Кваснов А. В.

ПОВЫШЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОЛНОТЫ КЛАССИФИКАТОРА В ЗАДАЧАХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ТОЧЕЧНЫХ ОБЪЕКТОВ … 9

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.3.2

Аннотация: Рассмотрен подход по расширению информационной полноты данных, получаемых в результате дистанционного зондирования воздушных точечных объектов на примере импульсных радиолокационных станций. На основе обработки и детектирования сигналов по так называемой технологии “трасса до детектирования” (TBD) показана возможность применения кинематических признаков для классификации объектов. Согласно принципу максимума энтропии признаки, обладающие наибольшей энтропией, обеспечивают максимальное “разнообразие” (полноту) данных. Признаки с наименьшей энтропией потенциально более сепарабельны для задач классификации объектов. Проведено имитационное моделирование с использованием априорных данных – справочной информации по различным классам воздушных объектов – самолетов (крупные транспортные самолеты, среднемагистральные самолеты, бизнес-джеты, легкие моторные самолеты и т. д.). Было установлено, что наиболее информативным (полным) признаком является высота полета (H_h » 3,90 Бит), менее информативным – скороподъемность воздушного объекта (H_n » 2,62 Бит).

Ключевые слова: радиолокация, информационная полнота, дистанционное зондирование, радиолокационная информация, принцип максимума энтропии, классификация целей.

Kvasnov A. V.

ENHANCE OF INFORMATION COMPLETENESS OF CLASSIFIER IN REMOTE SENSING TASKS OF AERIAL POINT OBJECTS

Abstract: The article considers an approach to expand the information completeness of data obtained as a result of remote sensing of aerial point objects on the example of pulse radar. Based on the detection and processing of signals using the so-called principle "track before detection" (TBD), the using kinematic features for the objects classification is shown. According to the principle of maximum entropy, the features with the highest entropy provide the maximum manifold of data. Features with the lowest entropy are potentially more separable for object classification tasks. In the article, modeling was carried out using a priori data based on reference information on various classes of aerial objects (large transport aircraft, helicopters, business jets, light motor aircraft, etc.). It was found that the most informative feature is the maximum flight altitude (H_h » 5.17); less informative is the climb rate of the aerial objects (H_n » 4.17).

Keywords: radar, information completeness, remote sensing, radar information, entropy maximum principle, target classification.

Представляет Нижегородский региональный редакционный совет

Nizhny Novgorod Regional Editorial Council presents

Зельманов С. С., Крылов В. В.

РЕЗОНАНС ФОРМЫ В ТЕОРИИ СИГНАЛОВ И СИСТЕМ … 15

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.3.3

Аннотация: Рассмотрено обобщение понятия резонанса в физических системах с введенным понятием резонанса формы, наблюдаемого при совпадении гармонических частот внешних воздействий и частот внутренних собственных движений, на более широкий класс линейных стационарных динамических систем, заданных лишь внешним отображением вход–выход. В таких системах существует экстремальный отклик на сигналы как гармонического, так и негармонического типа. Отмечается, что использование понятия резонанса формы как алгоритма весьма существенно при поиске в системе разрушительных резонансных явлений, связанных с возможными негативными последствиями. Резонанс формы может возникать и при отсутствии признаков классического частотного резонанса в системе. Исследована бихевиоральная, т. е. поведенческая модель системы. При этом учитывается, что в соответствии с теорией бихевиоризма система может иметь самую различную физическую природу, но главным здесь является понятие поведения как объективно наблюдаемой реакции на разнообразные внешние воздействия (стимулы). Отсюда следует, что для таких систем резонанс имеет место не для уникального сигнала, а для класса эквивалентности по отношению к резонансу. И этот класс эквивалентности по отношению к резонансу можно называть формой сигнала. В этом случае можно говорить о резонансе формы. Показано, что резонанс формы является обобщением трех видов резонанса: однопараметрического, многопараметрического и матричного. Введено обобщение понятия резонанса на множестве пар сигналов как отношение на множестве пар форм сигналов, соответствующее такой паре, которая доставляет максимальное значение некоторой выбранной неотрицательной выпуклой функциина множестве пар форм, называемой функцией отклика. Определение формы сигнала формализуется введением математической модели формы как точки многомерного аффинного пространства и вводится понятие значения формы как числа, представляемого в позиционной системе счисления в виде последовательности обобщенных цифр, каждая из которых определяется соответствующим значением координат точки аффинного пространства. Предложена единица измерения формы сигнала 1 ФОР.

Ключевые слова: поведенческая модель, однопараметрический резонанс, многопараметрический резонанс, матричный резонанс, форма сигнала, аффинное пространство, значение формы, резонанс формы.

Zelmanov S. S., Krylov V. V.

RESONANCE OF FORM IN THE THEORY OF SIGNALS AND SYSTEMS

Abstract: A generalization of the concept of resonance in physical systems is considered, with the introduced concept of resonance of the form observed when the harmonic frequencies of external influences and the frequencies of internal proper motions coincide with a wider class of linear stationary dynamical systems defined only by an external input-output mapping. In such systems, there is an extreme response to signals of both harmonic and non-harmonic types. The paper notes that the use of the concept of form resonance as an algorithm is very significant when searching for destructive resonant phenomena in the system associated with possible negative consequences. The resonance of the form can occur in the absence of signs of classical frequency resonance in the system. The behavioral, i. e. behavioral model of the system is investigated. At the same time, it is taken into account that, according to the theory of behaviorism, a system can have a very different physical nature, but the main thing here is the concept of behavior, as about an objectively observed reaction to a variety of external influences (stimuli). It follows that for such systems, resonance does not take place for a unique signal, but for a class of equivalence with respect to resonance. And this equivalence class with respect to resonance can be called a waveform. In this case, we can talk about the resonance of the form. It is shown that the resonance of the form is a generalization of the following types of resonances. The paper introduces a generalization of the concept of resonance on a set of pairs of signals, as a relation on a set of pairs of waveforms corresponding to such a pair that delivers the maximum value of some selected non-negative convex function on a set of pairs of forms called the response function. The definition of the waveform is formalized by introducing a mathematical model of the shape as a point of a multidimensional affine space and introduces the concept of the shape value as a number represented in the positional number system as a sequence of generalized digits, each of which is determined by the corresponding value of the coordinates of the affine points of an affine space. A unit of measurement of the signal form is proposed 1 FOR, introduced by the authors.

Keywords: behavioral model, one-parameter resonance, multi-parameter resonance, matrix resonance, signal shape, affine space, shape value, shape resonance.

Лупанова Е. А., Никулин С. М., Петров В. В.

КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ СРЕДСТВАМИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ … 23

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.3.4

Аннотация: Предложен принципиально новый метод измерения бистатического коэффициента отражения на фоне мешающих помех. Измерения проводятся в обычном лабораторном помещении. При обработке данных используется принципиально новый метод выявления измеряемой величины на фоне мешающих сигналов, порожденных непрямыми трассами электромагнитных волн в обычном лабораторном помещении. В качестве объекта измерения использовались плоские образцы фторопласта-4, оргстекла и радиопоглощающих магнитодиэлектрических композитов.

Ключевые слова: бистатический коэффициент отражения, остронаправленные антенны, измерения на фоне мешающих сигналов.

Lupanova E. A., Nikulin S. M., Petrov V. V.

CONTROL OF ELECTROMAGNETIC PARAMETERS OF OBJECTS BY REMOTE SENSING TOOLS

Abstract: Currently, measurements of the bistatic reflectance require an anechoic chamber. Signal processing is carried out by window filtering with forward and inverse Fourier transforms, which inevitably leads to the Gibbs effect. In this paper, we propose a fundamentally new method for measuring the bistatic reflection coefficient against the background of interfering noise. Measurements are carried out in an ordinary laboratory room, while signal processing uses a fundamentally new method for detecting the measured value against the background of interfering signals generated by indirect electromagnetic wave paths in a conventional laboratory room. Flat samples of fluoroplast-4, plexiglass, and radio-absorbing magnetic-dielectric composites were used as the measurement object.

Keywords: bistatic reflectance, highly directional antennas, measurements against the background of interfering signals.

Никулин С. А.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ НАДЕЖНОГО И ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ … 29

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.3.5

Аннотация: Предложена новая концепция противокоррозионной защиты металлических объектов, основанная на дистанционной идентификации параметров математической модели системы методами самодиагностики. Методы самодиагностики позволяют учесть влияние на систему противокоррозионной защиты внешних факторов и изменение внутренних параметров системы. Новая математическая модель системы позволяет оптимально управлять совокупностью станций катодной защиты, определять показатели надежности, текущее техническое состояние и остаточный ресурс элементов системы. Предложенные методы позволяют обеспечить надежное и эффективное функционирование системы противокоррозионной защиты.

Ключевые слова: изоляционное покрытие, станция катодной защиты, подсистема дистанционного коррозионного мониторинга, коэффициент влияния, система противокоррозионной защиты.

Nikulin S. A.

PRINCIPLES OF SOLVING PROBLEMS OF RELIABLE AND EFFECTIVE MANAGEMENT OF AN ANTI-CORROSION PROTECTION SYSTEM

Abstract: A new concept of anti-corrosion protection is proposed, based on remote identification of the parameters of the mathematical model of the system by self-diagnostic methods. Self-diagnostic methods allow to take into account the influence of external factors on the system and changes in the internal parameters of the system. The new mathematical model of the system makes it possible to optimally manage the totality of cathodic protection stations, determine reliability indicators, the current technical condition and the residual resource of the system elements. The proposed methods make it possible to ensure reliable and effective functioning of the anti-corrosion protection system.

Keywords: insulation coating, cathodic protection station, remote corrosion monitoring subsystem, influence coefficient, anti-corrosion protection system.

Никулин С. А., Васин Д. А., Шеферов А. И.

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ НА ОСНОВЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЕЕ НАДЕЖНОСТИ … 35

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.3.6

Аннотация: Рассмотрен метод определения показателей надежности системы противокоррозионной защиты, а также методы определения показателей остаточного ресурса ее элементов. Надежность системы противокоррозионной защиты определяется по коэффициенту готовности, вычисляемому на основании Марковских моделей. Показатели надежности и остаточного ресурса позволили разработать алгоритмы оптимального управления системой противокоррозионной защиты, направленные на гарантированное выполнение основной функции системы по обеспечению защищенности объекта в зависимости от состояния ее элементов и вероятностей их отказов.

Ключевые слова: изоляционное покрытие, станция катодной защиты, система противокоррозионной защиты, коэффициент влияния, сопротивление изоляционного покрытия.

Nikulin S. A., Vasin D. A., Sheferov A. I.

OPTIMAL CONTROL OF THE ANTI-CORROSION PROTECTION SYSTEM BASED ON ITS RELIABILITY INDICATORS

Abstract: The authors proposed a method for determining the reliability indicators of the anti-corrosion protection system, as well as methods for determining the indicators of the residual life of its elements. The reliability of the anti-corrosion protection system is determined by the availability factor calculated on the basis of Markov models. Indicators of reliability and residual life made it possible to analyze the algorithms for optimal control of the anti-corrosion protection system, aimed at guaranteed implementation of the main function of the system to ensure the security of the object, depending on the state of its elements and the probabilities of their failures.

Keywords: insulating coating, cathodic protection station, anti-corrosion protection system, influence coefficient, insulation coating resistance.

***

Хитрово А. А.

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОСЦИЛЛЯТОРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ … 40

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.3.7

Аннотация: The prospects of using devices for the use of mechanical energy of a fluid aqueous medium, based on a web oscillating in the fluid flow, in which piezoelectric converters of mechanical energy of vibrations into electrical energy are placed, are discussed.

Ключевые слова: converters, energy, piezoelectric, energy, mechanical, electrical, oscillation, aqueous medium, fluid.

Khitrovo A. A.

PROSPECTS FOR THE USE OF OSCILLATORY ENERGY CONVERTERS OF MECHANICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY

Abstract: Рассмотрены перспективы применения устройств для использования механической энергии текучей водной среды на основе осциллирующего в потоке текучей среды полотна, в котором размещены пьезопреобразователи механической энергии колебаний в электрическую.

Keywords: преобразователи, энергетические, пьезоэлектрические, энергия, механическая, электрическая, осцилляция, водная среда, текучая.

Пащенко А. Ф., Тордия М. Д., Хижинская Л. Д.

ПОИСК ОПТИМАЛЬНОГО РАСПИСАНИЯ В ЗАДАЧЕ ПЛАНИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА … 48

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.3.8

Аннотация: Рассмотрена задача производственного планирования в сфере сельского хозяйства с учетом специфики отрасли и предлагается модель поиска оптимального решения, обладающая достаточной гибкостью для решения задач календарного планирования в разумные сроки. Разработана структура модели поиска оптимального расписания агропромышленных работ, создан генетический алгоритм поиска вектора приоритетов. В рамках сформулированной задачи проведено имитационное моделирование трех экспериментов различной сложности, подтверждающее эффективность реализованной модели.

Ключевые слова: теория расписаний, цифровое сельское хозяйство, генетический алгоритм, целевая функция, вектор приоритетов, оптимальное расписание.

Pashchenko A. F., Tordia M. D., Khizhinskaya L. D.

SEARCHING FOR THE OPTIMAL SCHEDULE IN THE AGRICULTURAL PRODUCTION PLANNING PROBLEM

Abstract: The paper considers the problem of production planning in the field of agriculture, taking into account the specifics of the industry, and proposes a model for finding the optimal solution, which has sufficient flexibility to solve scheduling problems in a reasonable time. The structure of the model for searching for the optimal schedule of agro-industrial work has been developed, and a genetic algorithm for searching for the priority vector has been created. Within the framework of the formulated problem, simulation modeling of three experiments of varying complexity was carried out, confirming the effectiveness of the implemented model.

Keywords: scheduling theory, digital agriculture, genetic algorithm, target function, priority vector, optimal scheduling.

Аристова Н. И., Чадеев В. М.

РАЗРАБОТКА ГИБКОЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ ТИПА “ТЕЛО ВРАЩЕНИЯ” С МИНИМАЛЬНОЙ СРЕДНЕЙ СТОИМОСТЬЮ … 55

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.3.9

Аннотация: Рассмотрена схема гибкой робототехнической ячейки, предназначенной для механической обработки деталей типа “тело вращения”. Требуется подобрать модель промышленного робота, выполняющего заданный набор технологических операций (ТО) с минимальной средней стоимостью и удовлетворяющего техническому заданию. Поставленная задача решена с помощью методов цифрового моделирования, позволяющих анализировать эффективность автоматизации заданного набора ТО с помощью различных моделей промышленных роботов.

Ключевые слова: гибкая робототехническая ячейка, промышленный робот, цифровая модель, анализ эффективности автоматизации технологических операций.

Aristova N. I., Chadeev V. M.

DEVELOPMENT OF A FLEXIBLE ROBOTIC CELL FOR THE PRODUCTION OF PARTS OF THE "BODY OF REVOLUTION" TYPE WITH A MINIMUM AVERAGE COST

Abstract: The scheme of a flexible robotic cell designed for machining parts of the "body of revolution" type is considered. It is required to choose an industrial robot that performs a given set of technological operations (TO) with a minimum average cost and meets the technical requirements. The problem was solved using digital modeling methods that allow analyzing the efficiency of automation of a given set of TO using various models of industrial robots.

Keywords: flexible robotic cell, industrial robot, digital model, analysis of the efficiency of automation of technological operations.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

INTELLIGENT TECHNOLOGIES

Нгуен Тхи Тхань Ньян.

О ВКЛАДЕ AIC GROUP В ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ УМНЫХ ГОРОДОВ ВО ВЬЕТНАМЕ. ЧАСТЬ 1. (IN ENGLISH) … 61

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.3.10

Аннотация: Вьетнам переживает переход от традиционных систем городского устройства к умным городам, стремясь к позитивному и устойчивому росту, развитию, использованию потенциала и преимуществ для оптимизации использования ресурсов и повышения качества жизни. Группа компаний Advance International Company (AIC) взяла на себя инициативу по исследованию и внедрению модели умных городов, которая соответствует текущим условиям Вьетнама, способствуя усилению государственного управления городскими службами Вьетнама. Кроме того, AIC также разработала приложения, ориентированные на различные демографические группы: руководителей, предприятия и предприятия, инвесторов и жителей населенных пунктов, а также предоставила бесплатные приложения для уязвимых слоев населения. В данной статье приводится обзор подходов, технологий и приложений, направленных на повышение качества жизни населения и городского управления. Представлена концепция Интеллектуального Операционного Центра (IOC). Рассмотрены примеры разработки IOC для Народного комитета города Монг Кай, Национальной онкологической больницы, Департамента информации и коммуникации города Хюэ.

Ключевые слова: умный город, умная среда, умная жизнь, умная экономика, умная мобильность, умное правительство, умные люди.

Nguyen Thi Thanh Nhan

SOME CONTRIBUTIONS MADE BY AIC GROUP IN THE SMART CITY DEVELOPMENT PROCESS IN VIETNAM. PART 1. (IN ENGLISH)

Abstract: Vietnam is transitioning from conventional cities to smart cities, aiming for positive and sustainable growth, development, making use of potentials and advantages to optimize the use of resources and increase the quality of life. Advance International Company (AIC) Group has taken the initiative in researching and implementing smart cities model that fit the current conditions of Vietnam, contributing to increased governmental management of urban services of Vietnam. Additionally, AIC has also developed utilities aimed at various demographics: leaders, enterprises and businesses, investors, and citizens of localities, and provided free applications for the vulnerable people. Current paper provides an overview of approaches, technologies and applications aimed at improving the quality of life of the population and urban management. The concept of the Intelligent Operations Center (IOC) is introduced. Examples of IOC development for the People's Committee of Mong Cai City, National Cancer Hospital, Department of Information and Communication of Hue City are considered.

Keywords: smart city, smart environment, smart living, smart economy, smart mobility, smart government, smart people.