Датчики и системы, № 4, 2022

Sensors and Systems, N 4, 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.

ПОЛУЧЕНИЕ УРАВНЕНИЯ РИККАТИ ИЗ НЕОБХОДИМЫХ УСЛОВИЙ МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ … 3

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.1

Аннотация: Выполнен анализ состояния прикладной теории оптимального управления применительно к задаче синтеза системы автоматического регулирования. Рассмотрен случай оптимального линейного алгоритма в замкнутом контуре. Отмечен ряд недостатков прикладной теории, главным из которых является отсутствие доказательства возможности использования нелинейного матричного уравнения Риккати вместо решения системы уравнений необходимых условий минимума квадратического критерия качества. Предложен способ получения уравнения Риккати для метода динамического программирования Беллмана.

Ключевые слова: теория оптимального управления, вариационные методы, динамическое программирование, регуляторы состояния.

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

OBTAINING THE RICCATI EQUATION FROM THE NECESSARY CONDITIONS OF THE METHOD OF DYNAMIC PROGRAMMING

Abstract: The paper analyzes the state of the applied theory of optimal control to the problem of synthesis of automatic control. The case of an optimal linear algorithm in a closed loop is considered. A number of shortcomings of the applied theory are noted, the main of which is the lack of proof for the possibility of using the nonlinear matrix Riccati equation instead of solving the system of equations of the necessary conditions for the minimum of the quadratic quality criterion. A methods of obtaining the Riccati equation are proposed for Bellman dynamic programming method.

Keywords: optimal control theorie, variational methods, dynamic programming, state regulators.

Зарницын А. Ю., Громаков Е. И., Никитин А. С.

ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ ЕГО АКТИВОВ … 7

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.2

Аннотация: Рассмотрено модельное управление непрерывным производством на основе цифровых двойников его активов. В рамках исследований возможностей цифровой копии производственного процесса управлять киберфизической системой непрерывного производства была разработана автоматная модель событийного управления производственным процессом с контролем ключевых показателей эффективности производственного цикла. В качестве физической реализации лабораторного стенда был использован учебный стенд компании FESTO, имитирующий технологический процесс непрерывного производства.

Ключевые слова: цифровой двойник, киберфизическая система, актив производства, ключевой показатель эффективности.

Zarnitsyn A. Y., Gromakov E. I., Nikitin A. S.

MANUFACTURING PROCESS CONTROL LABORATORY USING DIGITAL TWINS OF ITS ASSETS

Abstract: The paper describes the model management of continuous production based on the digital twins of its assets. As part of research into the capabilities of a digital copy of the production process to manage a cyber-physical system of continuous production, an automatic model of event-driven production process control was developed with control of key performance indicators of the production cycle. As a physical implementation of the laboratory stand, a training stand of the FESTO company was used, which simulates the technological process of continuous production.

Keywords: digital twin, cyber-physical system, production asset, key performance indicator.

Жильникова Н. А., Смирнова В. О., Шишкин И. А., Баранова А. А.

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ВОДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ … 15

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.3

Аннотация: Рассмотрены вопросы применения информационно-моделирующих средств для управления качеством природных и сточных вод в территориальных природно-производственных комплексах. Предложен инструментарий информационного обеспечения геоинформационного моделирования эколого-технологического нормирования, позволяющий создавать имитационные геоинформационные моделирующие системы и устанавливать нормативы качества окружающей среды в производственных системах. Проведено моделирование с целью выявления зон влияния промышленных производств на участке водного объекта бассейна рек Финского залива и определены нормативы допустимого сброса и допустимого воздействия для водопользователей на регионально-бассейновом уровне.

Ключевые слова: управление качеством воды, информационное обеспечение, производственная система, геоинформационное моделирование, имитационное моделирование.

Zhilnikova N. A., Smirnova V. O., Shishkin I. A., Baranova A. A.

INFORMATION SUPPORT FOR CONTROL AND MANAGEMENT OF WATER QUALITY IN PRODUCTION SYSTEMS

Abstract: The article considers the issues of using information modeling tools for managing the quality of natural and waste water in territorial natural-production complexes. A toolkit for information support of geoinformation modeling of environmental and technological regulation is proposed, which allows creating simulation geoinformation modeling systems and setting environmental quality standards in production systems. Modeling was carried out in order to identify the zones of influence of industrial production on the site of the water body of the Gulf of Finland river basin and the standards for permissible discharge and permissible impact for water users at the regional-basin level were determined.

Keywords: water quality management, information support, production system, geoinformation modeling, simulation modeling.

Васюков С. А., Маковей А., Мисеюк О. И.

ПРЯМАЯ ЦИФРОВАЯ ПЕРЕДАЧА УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ ЧЕРЕЗ БОРТОВУЮ СЕТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА АВТОМОБИЛЯ … 20

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.4

Аннотация: Исследованы энергетические ограничения при прямой передаче импульсных сигналов по электропроводке автомобиля. Приведены экспериментальные распределения вероятности межимпульсных временных интервалов помех. Предложен алгоритм формирования битов нуля и единицы в виде сдвоенных импульсов, позволивший повысить вероятность приема управляющего сигнала.

Ключевые слова: прямая цифровая передача, импульсные шумы, алгоритмы кодирования, электронные реле.

Vasyukov S. A., Macovey A., Miseyuk O. I. Direct digital transmission of control signals via the vehicle's on-board DC network

Abstract: The energy limitations in the direct transmission of pulsed signals through the vehicle's electrical wiring have been studied. Experimental distributions of the probability of interpulse time intervals of interference are given. An algorithm for the formation of zero and one bits in the form of double pulses is proposed, which made it possible to increase the probability of receiving a control signal.

Keywords: direct digital transmission, impulse noise, coding algorithms, electronic relays.

Подлепецкий Б. И., Самотаев Н. Н., Этрекова М. О., Литвинов А. В.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК МДП-КОНДЕНСАТОРНЫХ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ … 28

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.5

Аннотация: На основе электрофизических моделей электрических характеристик МДП-конденсаторных датчиков проанализированы особенности методов и средств оценки метрологических характеристик датчиков в общем виде, а также на примере водородочувствительных сенсорных элементов со структурой Pd–SiO₂–Si. Даны рекомендации по выбору оптимальных режимов схем для определения рабочих характеристик датчиков концентраций водородсодержащих газов и газоанализаторов различного назначения.

Ключевые слова: МДП-конденсатор, вольт-фарадная характеристика, газочувствительный датчик, схема измерения.

Podlepetsky B. I., Samotaev N. N., Etrekova M. O., Litvinov A. V.

METHODS AND TOOLS FOR EVALUATING THE CHARACTERISTICS OF MOS-CAPACITOR GAS SENSORS

Abstract: Based on the electrophysical models of MIS-capacitor sensors electrical characteristics, the features of methods and tools for evaluating metrological sensors characteristics in general and on the example of hydrogen-sensitive sensor elements with a Pd-SiO₂-Si structure are analyzed. Recommendations are given on the choice of optimal circuit modes for determining the performance characteristics of hydrogen-containing gases concentrations sensors and gas analyzers for various purposes.

Keywords: MIS structure, capacitance-voltage characteristic, gas-sensitive MIS capacitor, the output signal.

Совлуков А. С.

МИКРОВОЛНОВЫЙ ФАЗОВЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ С ИНВАРИАНТНОСТЬЮ К ЕЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ … 38

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.6

Аннотация: Рассмотрен микроволновый фазовый метод измерений влагосодержания диэлектрической жидкости, обеспечивающий инвариантность результатов измерений к значению диэлектрической проницаемости обезвоженной жидкости. Слой контролируемой диэлектрической жидкости на измерительном участке зондируют электромагнитными волнами в производимых двух тактах измерений на фиксированных частотах f₁ и f₂, которым соответствуют разные значения диэлектрической проницаемости воды. По результату этих зондирований определяют соответствующие значения ε₁ и ε₂ диэлектрической проницаемости влагосодержащей жидкости по измеряемым значениям Δφ₁ и Δφ₂ фазового сдвига электромагнитных волн на частотах f₁ и f₂, соответственно, при прохождении этими волнами слоя контролируемой жидкости. Влагосодержание находят как результат совместного функционального преобразования ε₁ и ε₂. Хотя бы одну из частот f₁ и f₂ выбирают в микроволновом диапазоне, где имеет место частотная дисперсия диэлектрической проницаемости воды на этой частоте.

Ключевые слова: измерение, датчик, диэлектрическая жидкость, влагосодержание, микроволновый, фазовый сдвиг.

Sovlukov A. S.

MICROWAVE PHASE METHOD FOR MEASUREMENT OF WATER CONTENT IN A DIELECTRIC LIQUID INDEPENDENTLY ON ITS DIELECTRIC PERMITTIVITY

Abstract: Microwave phase method for measurement of water content in a dielectric liquid independently on dielectric permittivity of the water-free liquid is considered. A layer of a monitored dielectric liquid is sounded by electromagnetic waves of fixed frequencies at a measuring section in two measuring steps at two fixed frequencies f₁ and f₂. Different values of dielectric permittivity of water correspond to these frequencies. As a result of these soundings values of ε₁ and ε₂ of dielectric permittivity of a monitored water-containing liquid at these corresponding frequencies f₁ and f₂ are determined. Values of ε₁ and ε₂ are determined by corresponding measured phase shifts Δφ₁ and Δφ₂ of electromagnetic waves at the frequencies f₁ and f₂ after propagation of these waves through a layer of a monitored liquid. Water content in a liquid is founded as a result of joint functional processing of ε₁ and ε₂. At least one the frequencies f₁ and f₂ is chosen in microwave range where frequency dispersion of water dielectric permittivity exists at this frequency.

Keywords: measurement, sensor, dielectric liquid, water content, microwave, phase shift.

Балабанов А. В., Безменов В. С., Мамонтова А. А., Сухоруков А. А.

КОМАНДНОЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РАДИАЦИОННОСТОЙКИХ РОБОТОВ НА СТРУЙНО-МЕМБРАННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЕ … 42

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.7

Аннотация: Разработано четырехтактное струйно-мембранное командное устройство системы управления исполнительными механизмами робототехнических комплексов, устойчивых к воздействию высоких уровней корпускулярного излучения. Устройство предназначено для формирования последовательности импульсов управления заданной настраиваемой длительности.

Ключевые слова: струйно-мембранное командное устройство; радиационная стойкость; робот.

Balabanov A. V., Bezmenov V. S., Mamontova A. A., Sukhorukov A. A.

COMMAND DEVICE FOR CONTROL SYSTEMS OF RADIATION RESISTANT ROBOTS BASED ON FLUIDIC-MEMBRANE ELEMENT BASE

Abstract: A four-cycle fluidic-membrane command device for control systems of executive mechanisms of robotics complexes resistant to impact of extreme levels of corpuscular radiation is developed. The device is intended for generating a sequence of regulated-time-setpoint control pulses.

Keywords: fluidic-membrane command device, radiation resistance, robot.

Хитрово А. А.

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЗИЦИОННОГО ТУРБИННОГО ПНЕВМОПРИВОДА СО СТРУЙНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ … 46

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.8

Аннотация: Рассмотрена возможность применения позиционного турбинного пневмопривода со струйной системой управления для пневматических систем управления. Определены параметры элементов конструкции привода, а также выведено уравнение характера его движения.

Ключевые слова: привод, газовый, пневматический, турбинный, позиционный, уравнение, дифференциальное, Риккати, система управления, струйная.

Khitrovo A. A.

APPLICATION OF A POSITIONAL TURBINE PNEUMATIC ACTUATOR WITH A JET CONTROL SYSTEM

Abstract: The possibility of using a positional turbine pneumatic actuator with a jet control system for pneumatic control systems is discussed.

Keywords: drive, gas, pneumatic, turbine, positional, equation, differential, riccati, control system, jet.

Казутина М. Е., Криницкий С. А., Охрименко С. Н., Паршуков В. Н., Рубанов И. Л.

СИСТЕМА ГИДРОЛОКАЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО МАЛОРАЗМЕРНОГО ОБЪЕКТА (ДВУХЧАСТОТНЫЙ ГИДРОЛОКАТОР) … 51

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.9

Аннотация: Рассмотрен актуальный для морской навигации вопрос увеличения дальности и повышения надежности обнаружения высокоскоростного малоразмерного объекта (цели) при помощи гидролокатора.

Ключевые слова: высокоскоростной малоразмерный объект, двухчастотный гидролокатор.

Kazutina M. E., Krinitskey S. A., Ochrimenko S. N., Parshukov V. N., Rubanov I. L.

SYSTEM FOR HYDROLOCATION SEARCHING HIGH-SPEED SMALL-MEASURED ОBJECT (TWIN-FREQUENCY HYDROLOCATOR)

Abstract: The topical issue of pilotage proper-argumentation of distance and rising reliability of discovering high-speed small-measured object (target) – is considered in this article.

Keywords: high-speed small-measured object, twin-frequency hydrolocator.

Смирнов С. В.

ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТРАНСПОРТА БУДУЩЕГО И НАСТОЯЩЕГО: КРАТКИЙ ОБЗОР ЗАРУБЕЖНОГО И ОТЕЧЕСТВЕННОГО ЭЛЕКТРОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ … 56

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.10

Аннотация: Рассмотрено современное состояние автомобилестроения с применением электродвигателей за рубежом и в России, начиная с истории их создания. Показаны основные моменты развития, продвижения и сложности при внедрении автомобилей с электродвигателями в США, странах Европы и России. Представлено исследование по современному положению дел, а также приведены преимущества электромобилей перед автомобилями с двигателями внутреннего сгорания. Кроме того, рассмотрены перспективы дальнейшего развития зарубежного и отечественного легкового электротранспорта.

Ключевые слова: электромобиль, электрокар, электротранспорт, электромобилестроение, двигатель внутреннего сгорания (ДВС), И. В. Романов, электромотор, нефть, бензин, экология, энергетический, скорость, аккумулятор, батарея, Ford, Tesla, Nissan, ВАЗ, Lada.

Smirnov S. V.

CONSTRUCTION OF CARS WITH AN ELECTRIC MOTOR IN RUSSIA AND ABROAD: FROM THE BEGINNING TO THE PRESENT DAY

Abstract: The report is devoted to the development of building cars with an electric motor abroad and in Russia, starting from the history of their creation and ending with the present. The main points of development, promotion and complexity in the introduction of cars with electric motors in the USA, European countries and Russia are analyzed. A study on the current state of affairs is presented, as well as the advantages of electric vehicles over vehicles with internal combustion engines (ICE). In addition, the prospects for further development in the future of foreign and domestic passenger electric transport are considered.

Keywords: electric car, electric car, electric transport, electric vehicle building, internal combustion engine (ICE), electric motor, oil, gasoline, ecology, energy, speed, accumulator, battery.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

INTELLIGENT TECHNOLOGIES

Нгуен Тхи Тхань Ньян.

О ВКЛАДЕ AIC GROUP В ПРОЦЕСС РАЗВИТИЯ УМНЫХ ГОРОДОВ ВО ВЬЕТНАМЕ. ЧАСТЬ 2 (IN ENGLISH) … 65

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.4.11

Аннотация: Настоящая работа является продолжением обзора технологий для умного города, разрабатываемых группой компаний Advance International Company (AIC) во Вьетнаме. В первой части была введена концепция Интеллектуального Операционного Центра (IOC) и рассмотрены ее применения в системе городского управления города МонгКай, а также предложена технология умной больницы на примере Национальной онкологической больницы. Вторая часть посвящена разработке интеллектуальной системы сбора и обработки информации для Департамента информации и коммуникации города Хюэ. Предложены технологии анализа больших объемов данных для различных областей городского управления - профилактики и мониторинга вспышек заболеваний (в том числе COVID-19), системы обмена информацией в рамках публичных электронных сервисов, мониторинга и прогноза погоды, предупреждения чрезвычайных ситуаций, интеллектуального анализа данных с городских камер видеонаблюдения и т. д. Приведены примеры разработанных и перспективных приложений для государственных служащих и жителей города.

Ключевые слова: умный город, умная среда, умное правительство, интеллектуальный операционный центр, умные граждане, анализ данных, умное здравоохранение, интернет вещей, датчики, видеонаблюдение.

Nguyen Thi Thanh Nhan

SOME CONTRIBUTIONS MADE BY AIC GROUP IN THE SMART CITY DEVELOPMENT PROCESS IN VIETNAM. PART 2 (IN ENGLISH)

Abstract: This paper is a continuation of the review of smart city technologies being developed by Advance International Company (AIC) in Vietnam. The first part introduced the concept of the Intelligent Operations Center (IOC) and considered its applications in the city government system of Mong Cai City, and proposed smart hospital technology within the National Cancer Hospital. The second part is devoted to the development of an intelligent system for collecting and processing information for the Department of Information and Communication of Hue City. Technologies for analyzing big data for various areas of urban management are proposed - prevention and monitoring of disease outbreaks (including COVID-19), information exchange systems within public electronic services, weather monitoring and forecasting, emergency prevention, intelligent analysis of data from city cameras, video surveillance, etc. Examples of developed and promising applications for civil servants and city residents are given.

Keywords: smart city, smart environment, smart government, intelligent operation center, smart citizens, data analysis, smart healthcare, internet of things, sensors, CCTV.