Точная механика. Автоматика. Приборостроение

В журнале «Известия. вузов. Приборостроение» публикуются материалы, связанные с теорией, технологией, практикой расчета и применения всех видов современных автоматических и автоматизированных приборов и приборных комплексов: информационно-измерительных; гироскопических; систем управления объектами, физическими и технологическими процессами; навигации и управления движением; вычислительной техники, информатики и нейрокомпьютеров; точной механики; электронных, электромагнитных, оптических и оптико-электронных устройств; систем дистанционного экологического и теплофизического контроля и мониторинга.

В пособии рассмотрены вопросы контактного и бесконтактного измерений температуры.

За последние сорок лет цифровые технологии преобразили наш мир почти до неузнаваемости. Мы проводим наши жизни в окружении ноутбуков, телефонов, планшетов и игровых консолей, используем компьютеры для работы, игры, обучения и знакомств. Эта книга рассказывает историю появления и развития тех скромных компонентов, без которых это было бы невозможно, – транзистора и его прямых предков, реле и электронной лампы. Рассказ оживляют любопытные факты из биографий учёных и инноваторов, от Луиджи Гальвани и Томаса Эдисона до Алана Тьюринга, внёсших свой вклад в эволюцию цифровых устройств благодаря своим гениальным идеям и упорству в достижении цели.

Систематизированы и обобщены теоретические знания необходимые студентам для выполнения практических работ по дисциплине «Информатика». Все основные положения проиллюстрированы приме-рами. Каждая практическая работа содержит: методические рекомендации, задание практической работы, задания для самостоятельной работы, контрольные вопросы.

Рассмотрены теоретические основы, лежащие в основе выполнения заданий расчетно-графических работы, а также поэтапно выполнены каждое из четырех заданий, которые проиллюстрированы большим количеством рисунков.

Рассмотрены основные теоретические сведения в области измерения основных параметров технологических процессов, включая методы проведения поверок средств измерений. Приведено описание экспериментальных установок, изложен порядок проведения лабораторных работ.

Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ является практическим руководством, предназначенным для самостоятельного овладения алгоритмическими методами контроля авиационных измерительных систем. Изучение методов предполагается проводить с использованием исследовательского кабины-тренажера и лабораторной базы научно-образовательного центра «Авионика». Отрабатывается функционирование системы контроля в процессе имитации маневров ЛА при заходе на посадку на движущийся авианосец.

Представлен теоретический материал, а также компьютерные лабораторные работы и задания для самоконтроля по дисциплине «Измерительная техника, датчики». В практический раздел включены задачи, приведены оптимальные варианты их решения.

Учебное пособие содержит сведения о методах идентификации статических и динамических объектов управления средствами нейронных сетей, о нейроуправлении, а также принципах, используемых при построении схем нейросетевого управления. Теоретические материалы сопровождаются примерами, реализованными с использованием программных средств пакетов MATLAB и Simulink.

Содержит материалы лабораторных занятий и разбор решения задач по дисциплине «Микропроцессорные системы управления». Изложена общая методика проведения работ, приведены рекомендации по написанию программ к поставленным задачам и по визуализации проектов, алгоритм проверки работоспособности программы.

Рассмотрены основы алгоритмизации и программирования на языке Pascal ABC. Сформулированы определения основных понятий и раскрыто их содержание. Дана классификация программного обеспечения компьютера и приведены основные характеристики. Все основные положения проиллюстрированы примерами.

Дано описание лабораторной установки по исследованию системы автоматического регулирования на базе регулятора ТРМ151. Приведены краткие теоретические сведения и методики выполнения работы.

Рассмотрены наиболее актуальные проблемы информатизации современного машиностроительного производства и предложены оптимальные методы и пути их решения в существующих экономических условиях. Предложенные технические решения по модернизации различного технологического оборудования позволяют придать морально устаревшему оборудованию новые технологические возможности, повысить класс точности технологического оборудования, расширить функциональные возможности станков и номенклатуру обрабатываемых изделий, снизить трудоёмкость обработки, повысить оперативность и точность контроля, повысить качество выполнения технологических операций.

Учебное пособие состоит из трех частей. В первой части приведены классификация погрешностей измерений, их математические модели и методы обработки результатов измерений. Рассмотрены методы и приборы для измерения температуры, давления, расхода, уровня, геометрических размеров, вибрации, параметров электромагнитной совместимости, а также свойств и состава вещества. Приведены схемы подключения датчиков к программируемым логическим контроллерам (ПЛК). Во второй части пособия рассмотрены принципы организации испытаний, технологический цикл испытаний, особенности программ испытаний на надежность машиностроительной продукции. Рассмотрены проблемы испытаний на воздействие факторов внешней среды, а также на воздействие внешних механических и гидрогазовых факторов. Описаны также испытания на вибрационные и ударные нагрузки. В третьей части рассмотрены испытания нефтегазового оборудования: испытания металлоконструкций буровых установок, трубопроводной арматуры, газотурбинных газоперекачивающих агрегатов.

В состав сборника вошли две работы, объединенные одной целью: сообщить системные сведения о старой грампластинке как об источнике по истории культуры своего времени. «История начала грамзаписи в России» (автор П. Н. Грюнберг) повествует о феномене грампластинки, о создании и скором росте граммофонной промышленности. На примере продукции крупнейшего в Европе граммофонного производства – компании «Граммофон» (автор Янин В. Л.) – описаны источниковедческие признаки старой грампластинки. Кратко рассказывается и о продукции многих других производств, действовавших в России в начале XX века. В дополнение сообщаются основные сведения о советской граммофонной продукции вплоть до появления «долгоиграющей» пластинки. «Каталог вокальных записей Российского отделения компании „Граммофон“» является результатом многолетней систематизаторской работы по восстановлению свода данных о продукции крупнейшего производства граммофонных пластинок по разделу, наиболее полно отражающему музыкальную культуру России 1899—1915 гг. Обе работы являются первыми в России строго научными трудами, посвященными ранней грамзаписи. Они будут полезны как в профессиональной сфере – в работе звуковых собраний и архивов различных учреждений, так и для всех интересующихся историей русской культуры.

«Измерительная техника» – ежемесячный научно-технический журнал для специалистов, занимающихся проблемами метрологии (обеспечения единства и точности измерений во всех областях науки, техники и производства) и разработкой средств измерений (измерительных приборов, систем, эталонных комплексов, датчиков и др.). «Измерительная техника» входит в утвержденный ВАК перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук.

Рассмотрена работа адаптивной оптической системы и ее компонентов на искусственной атмосферной трассе, которая позволяет оказывать контролируемое и воспроизводимое воздействие на излучение вдоль пути его распространения. В статье представлены результаты экспериментальных исследований искажений волнового фронта полихроматического излучения с помощью двух датчиков волнового фронта Шака– Гартмана (Shack–Hartmann). Проведено качественное и количественное сравнение параметров волнового фронта, выявлена взаимосвязь между параметрами волнового фронта и длиной волны излучения для различных длин атмосферного тракта.

Приведены основные результаты исследования взаимодействия комплексной системы управления летательным аппаратом с устройствами и системами его бортового радиоэлектронного оборудования. Анализируется деградация управляемости летательного аппарата при отказах элементов системы его автоматического управления и информационноизмерительных устройств бортового радиоэлектронного оборудования объекта управления. Рассматривается бортовое радиоэлектронное оборудование с точки зрения построения интегрированной модульной авионики с описанием её преимуществ и недостатков. Показана целесообразность применения разнородных вычислительных устройств с повышенным внутренним контролем, а также обеспечения автономности критических средств управления летательным аппаратом, таких как электродистанционная система управления. Отмечается необходимость использовать в процессе создания комплекса бортового оборудования современные высокоскоростные интерфейсы обмена данными, что позволит реализовать обмен информацией между устройствами комплекса в едином информационновычислительном пространстве. Такой подход к организации взаимодействия устройств и систем бортового радиоэлектронного оборудования с комплексной системой управления существенно повышает отказобезопасность и живучесть летательного аппарата. Обосновывается вывод о том, что для повышения отказобезопасности и надежности систем управления летательными аппаратами необходимо осуществлять реализацию их бортового радиоэлектронного оборудования в форме распределенной структуры, выполненной в едином информационно-вычислительном пространстве. Информация об уровне отказа управляемости летательного аппарата и рекомендации по устранению её последствий позволяют обнаружить и исключить деградацию управляемости летательного аппарата на первоначальном этапе проектирования комплексных систем управления. Результаты исследований целесообразно использовать при проектировании комплексных систем управления летательными аппаратами с применением средств и методов искусственного интеллекта

Система остаточных классов (СОК), благодаря своим свойствам, используется в приложениях, в которых не требуется высокая производительность вычислений. Так как в СОК переносы не передаются между модулями, производительность ограничивается только скоростью операций в каждом модуле. Предложен новый метод представления чисел с использованием избыточности, в котором {r n - 2, r n -1, r n} есть множество ссылок модулей, где r = 2k +1 и k =1, 2, 3, K. Этот метод обеспечивает значительное сокращение задержки вычислений и преобразований и приводит к упрощению схем.

В монографии рассмотрены вопросы, связанные с информационными технологиями и управляющими системами в различных областях деятельности. Монография предназначена для бакалавров направлений подготовки: 09.03.02 - Информационные системы и технологии, 27.03.04 - Управление в технических системах, 09.03.03 - Прикладная информатика; магистров направления подготовки 09.04.03 - Прикладная информатика; аспирантов направления подготовки 09.06.01 Информатика и вычислительная техника (профиль «Системный анализ, управление и обработка информации», профиль «Теоретические основы информатики»), а также для широкого круга специалистов в области информатики, системного анализа, управления и обработки информации.

Проведено исследование оптической измерительной системы технического зрения в условиях спекл-шума. Разработаны алгоритмы предварительной оценки параметров оптического когерентного шума, регистрируемого сенсором цифровой камеры. Представлены алгоритмы вейвлет-реконструкции и измерения параметров контролируемого объекта методом непрерывного вейвлет-преобразования. Показана возможность проведения измерения линейных размеров теневого изображения в отдельно выделенной реконструированной строке изображения с точностью 1,5 пикселя

Разработан и экспериментально проверен инерционный метод оценки энергоэффективности колесных машин. Основу инерционного метода составляет способ прямого измерения расхода топлива и косвенный способ определения эффективной мощности, развиваемой двигателем внутреннего сгорания при работе по внешней характеристике.

Рассматривается применение интеллектуального мониторинга механической обработки деталей

При построении формального описания сложных систем управления используются в основном четыре различных подхода: метод конечных или функциональных автоматов, метод сетей Петри, метод нейронных сетей; метод машин Тьюринга, для каждого из которых разработан свой математический аппарат. Показано, что любой из применяемых методов может быть заменен методом матриц инцидентора или оператора, что позволяет упростить построение моделей и применить к их построению общую методологию

Рассмотрена экстраполирующая процедура, позволяющая построить модель ТП, которая представляет собой экстраполятор, синхронизированный с рассматриваемым объектом. Показана возможность определить оптимальные пути течения ТП и, кроме того, повысить достоверность процесса диагностирования

Учебное пособие содержит теоретическую часть и материалы практических занятий по основам микропроцессорных систем управления. Изложена общая методика проведения лабораторных работ в инструментальных программных комплексах промышленной автоматизации «CoDeSys» и «Zelio Soft», рассмотрены примеры решения задач.

Публикуются актуальные материалы по принципам построения сквозных автоматизированных систем "проектирование - производство - маркетинг и сбыт продукции", освещаются проблемы реструктуризации и обновления проектно-производственных сред на основе высоких GALS-технологий в условиях рыночной экономики, а также проблемы интеграции информационных ресурсов России в мировую индустрию, информационной поддержки высокоэффективных технологий и наукоемких производств.

В статье приведен обзор уравнения состояния (УС) GERG-2008. Данное УС применимо для расчета термодинамических свойств смесей, состоящих из 21 компонента природного газа, находящихся в газообразном, жидком, надкритическом состояниях в диапазоне температур 60…700 К и диапазоне давлений до 70 МПа. Расширенная неопределенность расчета плотности флюидов по УС GERG-2008 составляет 0, 1…0, 5 % в зависимости от компонентного состава газа и термобарических условий. Произведено сравнение УС GERG-2008 с другими УС, наиболее часто применяемыми для расчета термодинамических свойств природного и нефтяного газов.

В статье описана модель поведения четырехволнового смешения в межканальном интервале волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) с помощью теории нечетких множеств. Предлагаемая модель позволяет соблюдать условия фазового синхронизма, при этом условием ограничения дисперсией в среде распространения сигнала при нечетком распределении длин волн можно пренебречь. Приведенная оценка применима для схемы с распределением более трех поляризованных длин оптических волн в межканальном интервале ВОЛС, что позволит с некоторой точностью получать значения эффективности четырехволнового смещения (ЧВС), а также оценивать степень влияния нелинейного эффекта на качественные характеристики ВОЛС.

В статье наиболее подробно рассмотрена методика обработки недовосстановленных кривых восстановления давления (КВД) путем внесения поправки на приток жидкости. Основной математической процедурой в этой методике является деконволюция, которая позволяет получить достаточно "гладкие" кривые изменения давления, неподверженные влиянию притока после остановки работающей нефтяной скважины. Выявлены недостатки и преимущества рассмотренной методики при обработке данных гидродинамических исследований.

Так как нефтяные месторождения Татарстана находятся на завершающей стадии разработки, актуальным вопросом является вовлечение в эксплуатацию запасов высоковязкой нефти. Для рациональной разработки этих месторождений необходимо учитывать добытую продукцию. При этом столкнулись с рядом проблем: высокой вязкостью и температурой продукта, непостоянством его физико-химических свойств. Для решения этих проблем был разработан и внедрен измерительный комплекс для учета высоковязкой нефти. Данный комплекс успешно применяется, им оснащены более 20 нефтедобывающих скважин.

В статье описываются концепции и принципы создания имитационного приложения для анализа системы сервисного обслуживания нефтегазовой компании. За основу взяты усовершенствованная автором традиционная методология проведения имитационных исследований, опыт моделирования системы сервисного обслуживания средств вычислительной техники в ОАО "Татнефть" и результаты применения методологии для разработки имитационных приложений в различных областях экономики.

Рассматривается возможность замены громоздких расчетов фактора сжимаемости газа по действующему Межгосударственному стандарту ГОСТ 30319. 2-96 на расчеты по интерполяционным многочленам. Предложены алгоритмы расчета коэффициентов интерполяционных формул. Исследуется погрешность, возникающая при таком подходе.

Приведены результаты экспериментальных исследований влияния таких местных сопротивлений, как два колена 90 [градусов] С в одной плоскости U- и S-образной конфигурации, два колена 90 [градусов] С в разных плоскостях на величину расхода через критическое сопло, установленных на его входе, при наличии выравнивающей трубы и без нее. Полученные опытные данные свидетельствуют об инвариантности пропускной способности критического сопла по объемному расходу при стандартных условиях от вышеназванных местных сопротивлений на его входе. Одновременно по нормативной документации показано влияние указанных местных сопротивлений на длины прямых участков измерительных трубопроводов перед стандартными сужающими устройствами.

В статье анализируется возможный эффект от внедрения речевого интеллектуального интерфейса пользователя (ИИП) в высокотехнологичных отраслях производства (на примере газотранспортной системы ОАО "Газпром"). Для обоснования возможного эффекта проведена серия экспериментов в реальных и приближенных к ним условиях работы производственно-диспетчерской службы (ПДС). Эксперименты показали значительное увеличение скорости информационного взаимодействия между операторами и автоматизированными системами диспетчерского управления. Сделаны выводы о целесообразности и перспективах разработки и внедрения интеллектуального интерфейса как следующего этапа развития информационных технологий.

В статье рассмотрены проблемы, возникающие при внедрении новых и эксплуатации имеющихся систем автоматического регулирования давления нефтеперекачивающих станций (НПС). Описан процесс моделирования оборудования и режимов работы НПС. Приведен анализ исторических данных технологических параметров. Выявлены возможные результаты в случае применения имитационной модели.

Статья посвящена разработке программно-информационного обеспечения организации технического обслуживания нефтегазопроводов. Показано, что алгоритм, используемый в работе, позволяет корректно решать поставленную задачу. Установлено, что с увеличением числа бригад наблюдаются резкое снижение потерь от простоев участков трубопровода и увеличение затрат на содержание бригад.

В статье приводится пример определения режима вытеснения нефти на отдельном сложно построенном участке месторождения путем многоэтапного замера и анализа кривых падения и восстановления давления скважин.

В работе решена задача организации технического обслуживания и ремонта трубопроводов с применением алгоритма Дейкстры, позволяющего оптимизировать затраты на транспортировку ремонтных бригад и необходимого оборудования к месту ремонта и планового обслуживания путем выбора наикратчайшего пути до каждой точки маршрута, а также организовать обход элементов трубопроводной системы, исходя из критериев важности и необходимости работы.

Одним из способов ликвидации открытых нефтегазовых фонтанов является бурение специальной скважины. При этом возникает необходимость ее точного наведения на ствол пробуренной скважины. Построена структурная схема и описано функционирование составных блоков информационно-измерительной системы электромагнитного наведения скважин в процессе бурения. Рассматриваются перспективы использования разработанной информационно-измерительной системы при строительстве скважин.

Бурение наклонно направленных и горизонтальных скважин осуществляется с применением забойных телеметрических систем, в том числе с электромагнитным каналом связи. В статье рассматриваются результаты математического моделирования электромагнитного поля в массиве горных пород, возникающего при использовании этих систем. Оценено влияние различных параметров на величину принимаемого на поверхности сигнала. Проведен анализ скважинных экспериментов, выполненных на месторождениях Западной Сибири.

Рассмотрены основы информатики и описаны современные аппаратные средства персонального компьютера. Сформулированы основные подходы к определению основных понятий в области информатики и раскрыто их содержание. Дана классификация современных аппаратных средств персонального компьютера и приведены их основные характеристики. Все основные положения проиллюстрированы примерами.

Даются указания по определению устойчивости системы автоматического регулирования с использованием алгебраических критериев Гурвица и Вышнеградского, выделению области устойчивости по общему коэффициенту передачи САР.

Содержат задание, варианты исходных данных и примеры выполнения лабораторной работы «Исследование моделей простейших типовых звеньев».

Цель: на основе результатов анализа известных методов сокращения трудоемкости статистического моделирования продемонстрирована актуальность решения задачи поиска эффективных методов построения упрощенной модели ис- следуемой системы. Необходимо разработать подход к поиску приближенного решения системы, позволяющего рас- ширить применимость методов сокращения трудоемкости статистического моделирования. Результаты: обоснована актуальность проведения исследований в области поиска методов построения упрощенных систем, разработан подход к упрощенному моделированию. Для нахождения упрощенного решения системы предлагается использовать построе- ние «карты высот», позволяющей снизить трудоемкость моделирования. Такой подход обладает высокой эффективно- стью и не требует предварительных исчерпывающих знаний о статистических свойствах моделируемой системы. Про- демонстрирована высокая эффективность метода для систем, которые сложно описывать полиномиальными моделями. Практическая значимость: результаты исследований могут быть использованы в задачах сокращения трудоемкости статистического моделирования для повышения их эффективности в условиях неизвестности статистических характеристик моделируемых систем. doi:10.15217/issn1684-8853.2015.1.43

Цель: прогнозирование состояния защищенности информационной системы от несанкционированного доступа нарушителей для определения периодичности управления средствами защиты информации. Методы: использованы представление процессов возникновения и предотвращения угроз информационной безопасности в виде потоков слу- чайных событий с заданными статистическими характеристиками и формализованное описание динамики изменения состояния защищенности информационной системы во времени вероятностной моделью конфликтного взаимодей- ствия с нарушителем. Результаты: доказана необходимость использовать в условиях априорной неопределенности экспоненциальное распределение времени преодоления защиты нарушителем. Разработана модель, позволяющая обосновать необходимый период управления средствами защиты информации, а также описать изменение состояния защищенности информационной системы при заданных функциях распределения вероятностей обеспечения и преодоления защиты без наложения ограничений на вид этих распределений. Практическая значимость: на основе анализа изменения вероятностных характеристик защищенности информационной системы во времени может быть реализовано гибкое управление средствами защиты от несанкционированного доступа с учетом прогнозируемого уровня защищенности.doi:10.15217/issn1684-8853.2015.1.50

Приведено описание выполнения четырех лабораторных работ с системой связанных баков: моделирование нелинейного объекта управления, идентификация параметров нелинейной модели, моделирование линеаризованного объекта управления, модальный синтез регулятора для верхнего бака. Работы выполняются с использованием пакета MATLAB.

Учебно-методическое пособие содержит описание выполнения четырех лабораторных работ по разделу «Линейные системы». Работы выполняются в пакете MATLAB с использованием стенда «Тележка с подвижным маятником». Приведены описание стенда, математическая модель объекта управления, требования к оформлению отчета и контрольные вопросы.

Учебно-методическое пособие посвящено программно-инструментальному комплексу «Магнитная левитация» по дисциплине «Теория автоматического управления» и может применяться в рамках лабораторного практикума, курсового проектирования, подготовки выпускной квалификационной работы студента. Основное внимание уделено идентификации и синтезу регуляторов неустойчивого нелинейного объекта с использованием пакета MATLAB.

Приведены краткие сведения по теории фазоконтрастной микроскопии применительно к исследованию биологических микрообъектов. Изложен принцип работы поляризационно-интерференционного микроскопа (ПИМ). Подчеркиваются его преимущества c точки зрения возможностей количественного анализа характеристик биологических микрообъектов и реализации разрешения далеко за пределами критерия Рэлея. С учетом сложности конструкции ПИМ значительное место уделено процедурам настройки и калибровки как необходимым операциям при подготовке микроскопа к работе. Представлено оборудование для передачи микроизображения через видеокамеру в компьютер для последующей детальной обработки.