Авторитетность издания
ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
№1
Ожидается:
16 Марта 2024
Статьи журнала №4 2019
21. Нечеткие экспертные оценки неблагоприятных внешних воздействий на эффективность морской поисково-спасательной операции [№4 за 2019 год]Авторы: Кочнев В.В. (vvkochnev2005@mail.ru) - НИИ «Центрпрограммсистем» (ученый секретарь НТС, главный специалист), кандидат технических наук; Рехов А.С. (rekhov@cps.tver.ru) - НИИ «Центрпрограммсистем» (зав. отделением), кандидат технических наук; Сорокин В.Е. (sorokinve@yandex.ru) - НИИ «Центрпрограммсистем» (ведущий научный сотрудник), кандидат технических наук; Тарануха Е.В. (spasatelas@mail.ru) - НИИ СиПТ ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия» (начальник научно-исследовательского отдела, зам. начальника научно-исследовательского управления), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье рассматривается применение нечетких экспертных оценок неблагоприятных внешних воздействий на эффективность различных вариантов выполнения морской поисково-спасательной операции. В существующей методике оценка эффективности поисково-спасательной операции, рассчитанная по математической модели при идеальных внешних условиях, корректируется вероятностью попарно независимых и совместных событий неблагоприятных внешних воздействий при различных видах деятельности сил и средств морской поисково-спасательной операции, которым присущи определенные неблагоприятные факторы с эмпирически определенными весами снижения эффективности. Отсутствие градаций для большинства неблагоприятных факторов существенно огрубляет оценку, для преодоления чего предлагается перейти от весов к нечетким многозначным вербальным экспертным оценкам уровня воздействия неблагоприятных факторов. Для осуществления такого перехода вводятся лингвистические переменные воздействий неблагоприятных факторов. Их терм-множества определяются исходя из известных способностей человека различать градации в словесных оценках. Значения базовой шкалы носителя терм-множеств как нечетких множеств, при которых достигается максимум функций принадлежности, соотносятся с имеющимися весами неблагоприятных факторов. В статье приводится пример реализации нечетких экспертных оценок влияния неблагоприятных факторов на эффективность поисково-спасательной операции при предположении о равноудаленности смежных градаций словесных оценок человеком и о равенстве нулю значения на базовой шкале носителя при отсутствии воздействия неблагоприятных факторов. Использование широко распространенных нормированных треугольных функций принадлежности позволяет получать адекватные оценки корректировки эффективности поисково-спасательной операции под воздействием неблагоприятных факторов даже при небольшом объеме исходных данных в виде весов неблагоприятных факторов. Существенная простота реализации дефаззификации экспертно-го выбора достигается при условии, что значение на базовой шкале носителя может относиться не более чем к двум смежным термам лингвистической переменной. Вместе с тем предложенный подход использования нечетких экспертных оценок легко адаптируется под детализацию или расширение исходных данных в виде весов неблагоприятных факторов, а также может служить основой для дальнейшего развития методов оценки эффективности поисково-спасательной операции.
Abstract: The paper considers using fuzzy expert evaluations of adverse external impacts upon effectiveness of various marine search and rescue operations.
According to existing methodology evaluation of search and rescue operation effectiveness is cal-culated according to a mathematical model under ideal external conditions. Further it is adjusted by the probability of pairwise independent and joint events of adverse external influences for various types of activities of forces and means of a search and rescue operation, which are characterized by certain un-favorable factors with empirically determined weights (significances) decreasing the efficiency. Ab-sence of gradations for most adverse factors makes evaluation significantly rough. To overcome this fact it is proposed to abandon weights and assess the level of exposure to adverse factors using fuzzy multi-valued verbal expert evaluations. To implement such a transition, linguistic variables of adverse factors impacts are introduced. Their term-sets are determined on the basis of a person’s known abili-ties to distinguish gradations in verbal evaluations. The values of term-sets (fuzzy sets at which maxi-mum membership functions are achieved) carrier base scale are correlated with the available weights (significance) of adverse factors.
The paper provides a practical example of fuzzy expert evaluation of adverse factors influence on search and rescue operation effectiveness under the assumption that the adjacent gradations of verbal evaluations by a person are equidistant and that the values on the carrier’s base scale are equal to zero in the absence of adverse factors. The use of widespread normalized triangular membership functions allows effectively evaluating and adequately adjusting the values of search and rescue operation effec-tiveness under the influence of adverse factors even with a small amount of initial data in the form of weights (significance) of adverse factors. Significant simplicity of expert choice deffuzzification im-plementation is achieved provided that the value on the base scale of the carrier can refer to no more than two adjacent terms of the linguistic variable. On the other hand, the proposed approach to use fuzzy expert evaluations can easily be adapted to detail or expand the initial data in the form of weights of adverse factors, and can also serve as the basis for further development of methods for as-sessing search and rescue operations effectiveness.
Ключевые слова: нечеткие экспертные оценки, лингвистические переменные, степень воздействия неблагоприятного фактора, неблагоприятные внешние воздействия, поисково-спасательное обеспечение, морская поисково-спасательная операцияKeywords: fuzzy expert evaluations, linguistic variables, degree of exposure to an adverse factor, adverse external impacts, search and rescue aid, marine search and rescue operation
Просмотров: 5402
22. Управление состояниями промышленных технологий на основе критерия риска [№4 за 2019 год]
Авторы: Бакасов С.Р. (sabir17204@gmail.com) - Тверской государственный технический университет (аспирант); Санаева Г.Н. (gsanaeva@nirhtu.ru) - Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева (старший преподаватель); Богатиков В.Н. (VNBGTK@mail.ru) - Тверской государственный технический университет (профессор), доктор технических наук;
Аннотация: Работа посвящена исследованию концептуальной постановки задачи управления состояниями промышленных технологий. Рассмотрено управление потенциально опасной технологией селективной очистки хвостовых газов производства неконцентрированной азотной кислоты. Это является приложением идеи управления состояниями. В данном приложении управление состояниями тесно связано с управлением безопасностью промышленных систем. Одной из проблем синтеза систем управления безопасностью промышленных технологий является наличие неопределенности в знаниях о физико-химических процессах, а также неопределенности, связанной с влиянием случайных возмущений. Это порождает необходимость разработки новых методов синтеза систем управления технологической безопасностью, а также совершенствования существующих систем. Перспективным подходом для такого рода динамических процессов, протекающих в слабоструктурированных и плохо формализуемых средах, являются методы реализации механизмов целеполагания и пересмотра критериев качества управления. Эти методы базируются на фундаментальных знаниях. Различного типа дефекты находят отражение в переменных состояния технологических процессов. Нарушения могут порождаться дефектами систем управления, технологического оборудования, в самом технологическом процессе. Все-возможные повреждения в технологической системе (несоответствие требованиям исходных материалов, несоблюдение требований нормативно-технических документов, человеческий фактор) приводят к сходным результатам. Это говорит о сложности как проведения процедуры диагноза, так и формирования критериев оценки состояний. С точки зрения управления система обеспечения технологической безопасности является в настоящее время многоуровневой иерархически организованной технологической системой. Основная цель таких систем – своевременное обнаружение неисправностей и принятие мер по устранению их первопричин. В работе рассматривается многоуровневая организация системы обеспечения технологической безопасности. В качестве приложения к предложенному подходу рассматривается многоуровневая организация системы обеспечения технологической безопасности процесса селективной очистки газов производства слабой азотной кислоты. Предложены основной критерий управления технологий – критерий риска ведения технологического процесса и импульсная модель критерия. Управление строится на основе управления с предсказанием. Применение разработанной системы позволило не только повысить экономические показатели, но и уменьшить загрязнение воздушного бассейна.
Abstract: The present paper is devoted to the study of conceptual formulation of the industrial technologies state management problem. It considers managing a potentially hazardous technology for selective treatment of tail gases from production of non-concentrated nitric acid. This is a practical application of the state management idea. In this application state management is closely connected with industrial systems safety management.
One of the problems in the synthesis of industrial technologies safety management systems is the presence of uncertainty both in the knowledge of physicochemical processes and in the uncertainty as-sociated with the influence of random disturbances. This gives rise to the development of new methods for the synthesis of technological safety management systems, as well as to the improvement of exist-ing ones. As a consequence of the above factors, methods for implementing goal-setting mechanisms and revising control quality criteria become a promising approach for this kind of dynamic processes occurring in poorly structured and poorly formalized environments. These methods rest upon funda-mental background knowledge. Various types of defects are reflected in technological processes state variables. Violations can be caused by defects in control systems, process equipment and violations in the technological process itself. All kinds of damage in the technological system (non-compliance with the requirements of source materials, non-compliance with the requirements of regulatory and tech-nical documents and the human factor) lead to similar results. This indicates both the complexity of di-agnosing procedure and the complexity of forming criteria to assess states.
At the present time from a management point of view, a technological safety system is a multi-level hierarchically organized technological system. The main goals of such systems are to timely detect malfunctions and to take measures to eliminate their root causes. The paper considers multi-level or-ganization of the technological safety system.
As a practical application of the proposed approach the paper considers multi-level organization of the technological safety system for the process of selective treatment of tail gases from the production of weak nitric acid. Authors propose the main technology management criterion (a risk criterion for conducting the technological process) and the impulse model of the criterion. Management is based on predictive management.
The developed system allowed not only to increase economic indicators, but also to reduce air pol-lution.
Ключевые слова: риск работы промышленной технологии, обеспечение технологической безопасности, диагностика состоянийKeywords: industrial technology risk, providing technological safety, state diagnosing
Просмотров: 5096
23. Алгоритм идентификации параметров устройства для нагрева жидкости [№4 за 2019 год]
Авторы: Льготчиков В.В. (vvldrive@yandex.ru) - Смоленский филиал Национального исследовательского университета МЭИ (профессор), доктор технических наук; Ларькина Т.С. (tatyana.larkina.2015@yandex.ru) - Смоленский филиал Национального исследовательского университета МЭИ (аспирант);
Аннотация: В статье рассматривается алгоритмическая идентификация параметров устройства нагрева жидкости для приготовления, пастеризации, консервации сельскохозяйственной продукции. Управляющая часть установки выполняется на базе микроконтроллера, что предполагает наличие новых потребительских свойств – улучшение качества обрабатываемого продукта. Идентификация параметров установки нагрева жидкости выполняется программно. В качестве пара-метров идентификации выбраны активная электрическая мощность, выделяемая во вторичном теле, и теплоемкость жидкой среды. Эти параметры невозможно напрямую измерить с помощью датчиков. Идентификация производится с использованием алгоритма Эйкхоффа, адаптированного к технологическому процессу. Работоспособность алгоритма подтверждается результатами моделирования в среде MATLAB. В модели выделены подсистемы, решающие уравнения электромагнитного и теплового баланса для отдельных элементов устройства, контуры управления системой регулирования температуры и процессом идентификации параметров. Установлено, что математическая модель с сосредоточенными параметрами является достаточной базой для совершенствования алгоритма работы устройства с управляющей частью, она реализована на базе микроконтроллера. Предложенная модификация алгоритма идентификации Эйкхоффа показала хорошую работоспособность в поле разномасштабных идентифицируемых величин. Получены регрессионные зависимости, позволяющие реализовать стратегию настройки программной части. Облегчен выбор коэффициентов контуров усиления сигналов невязки для ненаблюдаемых параметров процесса при известных периодах квантования наблюдаемых сигналов обратных связей.
Abstract: The paper discusses the algorithm for identification of parameters of a liquid heating device used to prepare, pasteurize and conserve agricultural products.
Control part of the device uses a microcontroller, which suggests new consumer properties - im-proved quality of the processed product. Liquid heating device parameters are identified programmati-cally. The authors selected two identification parameters: active electric power released in the second-ary body and heat capacity of the liquid medium. These parameters cannot be directly measured with the help of sensors.
Identification is made using the Eickhoff algorithm adapted to the process. Performance of the algo-rithm is confirmed by MATLAB simulation results. The model identifies subsystems that solve equa-tions of electro-
magnetic and thermal balance for individual elements of the device, control loops of the temperature control system and the process of identifying parameters.
It was discovered that the mathematical model with lumped parameters is a sufficient basis for im-proving the algorithm of the device with the control part. It was implemented on the basis of a micro-controller. The proposed modification of the Eickhoff identification algorithm showed good perfor-mance in the field of identifiable quantities of different sizes. Regression dependencies were obtained, which allow implementing the strategy for adjusting the software part. The choice of gain coefficients of the residual signal amplification curves for unobservable process parameters was made easier for known quantization periods of the observed feedback signals.
Ключевые слова: идентификация, микроконтроллер, невязка (погрешность), период квантования, теплоемкость, факторы, целевая функция, поверхность откликаKeywords: identification, microcontroller, true error (error), sampling period, heating capacity, factors, objective function, response surface
Просмотров: 7578
24. Моделирование и анализ программ многомерных интервально-логических регуляторов [№4 за 2019 год]
Авторы: Антипин А.Ф. (andrejantipin@ya.ru) - Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета (доцент), кандидат технических наук; Антипина Е.В. (stepashinaev@ya.ru) - Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета (младший научный сотрудник), кандидат физико-математических наук;
Аннотация: В статье рассматривается специальное ПО для моделирования работы многомерных нечетких интервально-логических регуляторов и анализа их программ для контроллеров с программируемой логикой, которые могут использоваться на предприятиях химической, нефтяной и нефтепере-рабатывающей промышленности при разработке АСУ технологическими процессами и объекта-ми, не имеющими адекватных математических моделей. Актуальность разработки ПО обусловлена отсутствием прикладных программ для моделирования работы нечетких регуляторов по имеющимся экспериментальным данным. Описанное в статье ПО позволяет рассчитать необходимое и достаточное количество продукционных правил и критически важных правил, составляющих систему продукционных правил. Кроме того, по имеющимся исходным данным, полученным в результате экспериментов, можно построить нечеткие модели работы многомерных нечетких интервально-логических регуляторов. В статье приведены результаты вычислительного эксперимента по созданию нечеткой модели работы многомерных нечетких интервально-логических регуляторов и анализу их программ для контроллеров с программируемой логикой, в ходе которого рассчитаны основные параметры регуляторов данного типа: максимальное количество продукционных правил, составляющих систему продукционных правил; общее количество термов и количество критически важных термов для каждой из переменных; общее количество групп переменных и количество критически важных групп переменных; максимальное количество продукционных правил, количество критически важных продукционных правил для каждой из групп переменных и фактическое количество критически важных правил, входящих в систему продукционных правил. По результатам расчетов сделаны выводы о сложности системы продукционных правил многомерных нечетких интервально-логических регуляторов и достижении требуемой точности вычислений.
Abstract: The paper examines special software designed for modeling the operation of multidimensional fuzzy interval-logic controllers and analysis of their programs for programmable logic controllers. They can be used at enterprises of chemical, oil and oil refining industries in the development of automatic con-trol systems by technological processes and objects that do not have adequate mathematical models. The relevance of software development arises from the lack of application programs designed to simu-late operation of fuzzy controllers according to available experimental data.
The software described in the paper allows calculating the necessary and sufficient number of pro-duction rules and the number of critically important rules that make up a production system. In addi-tion, according to available initial data obtained as a result of experiments, it is possible to create fuzzy models of multidimensional fuzzy interval-logic controllers.
The paper presents the results of a computational experiment in creating a fuzzy model of multidi-mensional fuzzy interval-logic controllers and analyzing their programs for programmable logic con-trollers, during which the main parameters of this type of controllers were calculated: the maximum number of production rules that make up the production system; the total number of terms and the number of critically important terms for each variable; the total number of variable groups and the number of critically important variable groups; the maximum number of production rules, the number of critical production rules for each of variable groups and the actual number of critical rules that make up the production system.
Based on calculation results, conclusions were drawn regarding the complexity of a production sys-tem for multidimensional fuzzy interval-logic controllers and about how to achieve the required calcu-lation accuracy.
Ключевые слова: программное обеспечение, многомерный интервально-логический регулятор, моделирование, система продукционных правил, нечеткая логикаKeywords: the software, multidimensional interval-logic controller, modeling, production system, fuzzy logic
Просмотров: 7609
25. Алгоритм формирования множества вариантов структуры суперкомпьютера в интересах решения военно-прикладных задач [№4 за 2019 год]
Авторы: Гусеница Я.Н. (yaromir226@gmail.com ) - Военный инновационный технополис «ЭРА» (начальник испытательной лаборатории информатики и вычислительной техники), кандидат технических наук; Петрич Д.О. (pdo_1985@mail.ru) - Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского (старший преподаватель кафедры программно-алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления), кандидат технических наук;
Аннотация: В работе обоснована необходимость создания и применения суперкомпьютеров для решения военно-прикладных задач. Дано обоснование разработки качественно нового научно-методического аппарата обоснования архитектур суперкомпьютеров, основанного на принципах унификации, комплексирования и интеграции и обеспечивающего максимальную производительность. Описана архитектура суперкомпьютера с помощью модели коллектива вычислителей, включающей структуру и алгоритм работы коллектива вычислителей. Показано, что структура супер-компьютера должна представлять собой программно-неделимый аппаратный ресурс при организации вычислительного процесса. Поэтому формирование структуры суперкомпьютера целесообразно производить по принципу модульной наращиваемости из однотипных базовых модулей (вычислительных кластеров), которые, с одной стороны, имеют конструктивные ограничения, а с другой, должны формироваться для конкретных военно-прикладных задач. Каждый вычислительный кластер включает некоторое сбалансированное количество элементарных процессоров и блоков памяти, объединенных с помощью полнодоступной системы быстрых каналов и способных реализовать базовые наборы раз-личных задач. Представлен алгоритм, который, в отличие от существующих, основан на использовании спектра графа при генерации множества структур связей между вычислительными кластерами, а также элементарными процессорами в составе вычислительных кластеров. Это позволяет значительно уменьшить вычислительную сложность формирования множества вариантов структуры супер-компьютера. Предлагаемый алгоритм может быть использован для обоснования архитектурных решений при создании новых суперкомпьютеров и выделения вычислительных ресурсов под решение военно-прикладных задач на существующих суперкомпьютерах.
Abstract: The paper justifies the necessity of creating and applying supercomputers for military applied prob-lems. It presents the rationale to develop a qualitatively new scientific and methodological apparatus for substantiating supercomputer architectures based on the principles of unification, complexation and integration, which provides maximum performance.
There is a description of a supercomputer architecture using the model of a computer association including its structure and algorithm. It is shown that a supercomputer structure should be a software-indivisible hardware resource in the computing process organization. Therefore, it is advisable to form a supercomputer structure according to the principle of modular scalability from the same basic mod-ules (computing clusters) that, on the one hand, have structural limitations, and on the other hand, must be formed for specific military-applied tasks. Each computing cluster includes a balanced number of elementary processors and memory units combined using a fully accessible fast channel system and capable of implementing basic sets of various tasks.
The presented algorithm, unlike the existing ones, is based on using the graph spectrum when gen-erating many communication structures between computing clusters, as well as elementary processors in the composition of computing clusters. This significantly reduces the computational complexity of forming many variants of a supercomputer structure.
As a result, the proposed algorithm can be used to justify architectural decisions when creating new supercomputers, as well as to justify the allocation of computing resources for solving military applied problems on existing supercomputers.
Ключевые слова: суперкомпьютер, варианты структуры, алгоритм, матрица смежности, спектр графаKeywords: supercomputer, structure options, algorithm, adjacency matrix, graph spectrum
Просмотров: 6215
26. Метод автоматического синтеза нечетких регуляторов [№4 за 2019 год]
Авторы: Игнатьев В.В. (vova3286@mail.ru) - Южный федеральный университет (доцент), кандидат технических наук; Соловьев В.В. (soloviev-tti@mail.ru) - Южный федеральный университет (ст. преподаватель); Воротова А.А. (a.pushnina@gmail.com) - Южный федеральный университет (магистр);
Аннотация: В статье рассматривается метод автоматического синтеза нечетких регуляторов на основе из-меренных данных. При разработке нечетких регуляторов для систем управления техническими объектами возни-кают проблемы, связанные с выбором количества термов лингвистических переменных, определением вида функций принадлежности и созданием базы правил. Данные проблемы решаются с привлечением экспертов, но этот процесс довольно трудоемкий. Одним из способов решения может быть автоматическое создание нечетких регуляторов на основе измеренных данных, которые могут быть сняты с реальной системы управления или с имитационной модели. Авторами разработаны структурная схема системы управления в среде MatLab Simulink, позволяющая снимать входные и выходные сигналы регулятора в процессе моделирования и сохранять их в файл в виде массива, а также подход к анализу массивов данных с целью определения параметров входных и выходных переменных нечеткого регулятора и механизм кластеризации данных, позволяющий составить базу нечетких правил. После анализа массивов данных правила в базе могут либо полностью дублироваться, либо иметь одинаковые антецеденты и разные консеквенты, что приводит к неопределенности. В связи с этим предложен алгоритм исключения полностью дублирующих правил из базы и усреднения правил с разными консеквентами. Разработано ПО в среде MatLab, позволяющее снимать исходные данные с системы управления техническим объектом с ПИ-законом управления, выполнять процедуру кластеризации и параметризации входных и выходных сигналов, создавать базу правил и редуцировать ее. Предлагаемый метод автоматического синтеза нечетких регуляторов может быть использован для создания регуляторов, предназначенных для замены традиционных законов управления интеллектуальными.
Abstract: The paper presents the method of fuzzy controllers automatic synthesis based on the measured data.
In the course of fuzzy controllers development for technical facilities management systems issues arise related to choosing the number of linguistic variable terms, to determining the type of member-ship functions and to creating the rule base. These issues are solved with the help of experts, but this process is quite labour-intensive and time-consuming. One of possible solutions can be automatic crea-tion of fuzzy controllers based on the measured data, which can be taken from a real management sys-tem or from a simulation model.
Authors of the paper developed the structure of control/management system in MatLab Simulink al-lowing to take input and output signals of the controller during simulation process and save them to a file as an array. They also developed an approach to analyze data arrays in order to determine parame-ters of input and output variables of a fuzzy controller and a data clustering mechanism that allows creating a database of fuzzy rules.
After analyzing the data arrays, the rules in the database can either be completely duplicated or have the same antecedents and different consequents, which leads to uncertainty. In this regard, the al-gorithm is proposed for eliminating completely duplicate rules from the database and for averaging the rules with different consequents. Software has been developed in the MatLab environment, which al-lows taking the initial data from the technical facility management system with a PI control law, per-forming clustering and parameterization of input and output signals, and creating a rule base and re-duce it.
The suggested method of fuzzy controllers automatic synthesis can be used to create controllers that will replace traditional management laws with intellectual ones.
Ключевые слова: нечеткий вывод, кластеризация, редукция базы правил, нечеткий регулятор, система управленияKeywords: fuzzy conclusion, clusterization, reduction of the rule base, fuzzy controller, a control system
Просмотров: 9036
◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3
