CC BY
41
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
УДК 35.358.14
Михеев1 М.Ю., Хохлов2 Е.Г., Аравин2 А.В.
гФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия 2ОАО «НПП "Рубин"», Пенза, Россия
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
В настоящее время в военной, гражданской, спортивной авиации и войсках противовоздушной обороны для определения физических параметров движения летательных аппаратов используются различные технические средства (оптические, радиолокационные, радиотехнические).
Автоматизация данных систем позволяет повысить качество и скорость определения требуемых параметров, снизить себестоимость, а также повысить темп выдачи информации о воздушной обстановке. Но в связи с тем, что автоматизация является сложным и трудоемким процессом, требуется немало затрат сил, времени и финансов. При правильном подходе, своевременных и целесообразных руководящих, технологических и конструкторских решениях, позволяет добиться значительного экономического эффекта.
Одним из главных преимуществ оптико-электронных систем (ОЭС) обнаружения и сопровождения воздушных целей является скрытность перед средствами радиотехнической разведки и устойчивость к воздействию интенсивных радиопомех. Поэтому использование таких систем при решении боевых задач авиации и подразделений ПВО повышает полноту, достоверность и устойчи-
вость информации о воздушных объектах, действующих в пределах зоны обеспечения разведки, а также повышает живучесть подразделений [1].
ОЭС должна решать следующие задачи: обнаружение, сопровождение и распознавание классов воздушных целей. При этом решение этих задач должно выполняться автоматически. Автоматическое обнаружение и распознавание целей по их телевизионным (ТВ) или инфракрасным (ИК) изображениям с последующим взятием на сопровождение не только уменьшает психологическую нагрузку на оператора [2], но и увеличивает скорость обработки видеоданных и время принятия решения по цели, что способствует уменьшению вероятности пропуска цели в сложной динамической обстановке.
Построение автоматической системы подразумевает решение ряда сложных задач: это разработка идеологии системы, разработка и реализация алгоритмов управления, обнаружения и распознавания, выбор технических решений по реализации оптических каналов, обработке видеоизображений, выбору и построению программного и аппаратного комплексов.
Рисунок 1 - Упрошенная функциональная схема ОЭС, где 1 - иллюминатор, 2- сканирующее зеркало, 3 - компенсатор мениска иллюминатора, 4 - спектроделитель, 5 - ФПУ ТВ диапазона (объектив и камера), 6 - ФПУ ИК диапазона (объектив и камера)
ОЭС должна решать следующие задачи:
- автоматическое обнаружение и сопровождение воздушных целей в дневных, ночных и затрудненных метеоусловиях при наличии естественных и искусственных помех;
- автоматическое распознавание типов воздушных целей таких как: самолеты тактической и армейской авиации, легкомоторные самолеты, мотодельтапланы, парапланы, крылатые ракеты, беспилотные летательные аппараты
- измерение и выдача угловых координат, угловых скоростей линии визирования, дальности воздушных целей.
Структура построения ОЭС закладывается на стадии определения функционального назначения станции. Под функциональным назначением ОЭС подразумевается:
- вариант применения (передвижной, стационарный, выносной);
- возможность комплексирования ОЭС с другими средствами разведки;
- требования к зоне обзора;
- точностные характеристики;
- возможности по классификации обнаруженных целей;
- интерфейс взаимодействия и протокол обмена данными.
В качестве примера построения ОЭС рассмотрим функциональную схему ОЭС реализованную по принципу совмещения оптических осей ТВ и ИК диапазонов (рисунок 1).
Особенность данной схемы построения в совмещении оптических осей ТВ и ИК диапазонов по принципу коаксиального расположения с последующим использованием оптических компенсаторов и спекроделителей. Такой способ построения оптической части обеспечивает компактность исполне-
ния и возможность внедрения в систему дополнительных камер различного спектрального диапазона и лазерного дальномера. Микширование разно-спектральных изображений повышает информативность и вероятность обнаружения цели в сложных метеоусловиях.
Для повышения точности измерения координат цели в ОЭС должны применяться современные высокоточные исполнительные устройства, датчики угла поворота и частоты вращения, а так же фотоприемные устройства высокого разрешения.
В качестве датчика азимутального привода целесообразно рассмотреть магнитострикционный измерительный преобразователь частоты вращения (МИПЧВ), так как он обеспечивает точность в два раза выше (± 6 угл.сек.) и сравнительно низким энергопотреблением чем наиболее часто применяемый двух отсчетный бесконтактный вращающийся трансформатор (ВТ), обеспечивающий точность отсчета ± 18 угл.сек.
Так же выбор магнитострикционного датчика обусловлен тем что, благодаря отсутствию трущихся частей, датчики совершенно не подвержены механическому износу, чем гарантируется надежная и стабильная работа на протяжении очень длительного времени. Важным свойством магнито-стрикционных датчиков является низкий коэффициент искажения показаний (менее 0.0035 %).
Магнитострикционный преобразователь состоит из первичного преобразователя (ПП), вторичного преобразователя (ВП). В состав ПП входят цилиндрический акустический волновод (ЦАВ), демпфер акустический (ДА) и преобразователь акустоэлек-трический (ПАЭ), переключающей магнитострикци-онной системы Виганда (ПМСВ).
Упрощенная структурная схема датчика приведена на рисунке 2.
Ротор
Рисунок 2 - Датчик частоты вращения
На рисунке 3 показана обобщенная структурно-логическая схема ИПЧВ ротора, детально отображающая функциональные связи между его блоками и показана совокупность входных у^(Ь), внутренних Ък(Ь), выходных х±(Ь) параметров преобразователя, а также совокупность внешних возмущающих воздействий и1 (Ь).
Магнитострикционный преобразователь для измерения частоты вращения характеризуется следующей совокупностью основных внутренних параметров и характеристик Ък(Ь):
Ъ1(Ь) - совокупностью параметров ЦАВ; Ь2(Ь) - совокупностью параметров ДА; Ъ3(Ь) - совокупностью параметров ПАЭ; Ъ4(Ь) - совокупностью параметров ПМСВ; Ъ5(Ь) - совокупностью параметров ВП. В качестве входного параметра у3(Ь) на МИПЧВ является механическое воздействие со стороны СУ на ПМСВ, которое характеризуется следующей совокупностью признаков:
уг(Ь)- частотой вращения; у2(Ь)- скоростью перемещения; у3(Ь) -величиной перемещения.
Выходными характеристиками х±(Ь) МИПЧВ являются:
х1(Ь) - напряжение постоянного тока; х2(Ь) - широтно-импульсный модулируемый сигнал;
х3(Ь)- N - разрядный двоичный код; х4(Ь) - чередующая последовательность СТАРТ-СТОП импульсов.
На внутренние параметры Ък(Ь) преобразователя в той или иной степени оказывают влияние внешние возмущающиеся воздействия (ВВВ), в результате чего выходные характеристики МИПЧВ искажаются. Особое влияние на выходной результат могут оказать следующие возмущающие воздействия VI (Ь) :
v1(t) - отклонение параметров питания (ипит, 1пит) от номинального;
(Ь) - электромагнитного поля -Мэл.жагн. от силовых установок;
( Ь) - электрического поля Еэл.п.;
( Ь) - электростатического поля Еэл.стат.п.; '^5(Ь) - старения Ьстар. (технический ресурс);
( Ь) - температуры Ь стат.; v^(t) - механической силы омех; Vs(t) - вибраций оВибр; V., (Ь) - акустического поля оакуст; v1o(t) - механического удара оудар; v11( Ь)-агрессивной среды оагрес.ср. При построении математической модели ВХОД-ВЫХОД рассматривается одно входное воздействие Уг(Ь), так как у2(Ь) и у3(Ь) являются неразрывными атрибутами одного технологического процесса, изменение одного из у2(Ь) или у3(Ь) влечет за собой пропорциональное изменение уг(Ь).
Также при построение математической модели ВХОД-ВЫХОД рассматривается одно выходное воздействие хг(Ь)г так как х2(Ь) и х3(Ь) являются неразрывными атрибутами одного технического процесса, изменение одного из входных параметров влечет за собой пропорциональное изменение х(Ь).
Лучшие современные технические приемы моделирования и разработки программного обеспечения объединил язык UML, который предоставляет поддержку визуального моделирования другим методам [3 - 5].
На вход датчика (рис.2) подается частота вращения ротора / , проходя через ПП, частота преобразуется в длину сигнала с вала в виде импульсного тока сформированного магнитными полями 1Х , являющимся входным сигналом для ВП,
в нем происходит преобразование сигнала в уни фицированный по форме и амплитуде сигнал и .
Измерительный преобразователь частоты вращения может быть представлен в виде цепочки звенвев, представленные: на рисунке 4.
V/ (I) - совокупность вне....... возмущающих воздействий
Г 1 ч - - 4 о. а 5 й-
Ц) ¡а ■а ь" ё 6
+ *(0 * »
Рисунок 3 - обобщенная структурно-логическая с::ема ИПЧВ
Рисунок 4 - Датчик частоты вращения
На рисунке 4 представлены: Жпп(з) - ПФ первичного преобразователя; Швп(з) - ПФ вторичного преобразователя. (2)
Передаточная функция (з) = х( ) =--,
Р(з) /рз
^ВП (з) =
Последовательное соединение звеньев может где, F(з), Ь (з) - входное и выходное изображения быть заменено произведением их ПФ Жд (з) = Жпп (з) • №Вп (з) • Жоу (з) ,
где Жд (з) - ПФ датчика.
Математическая модель в форме уравнения в преобразованиях Лапласа выглядит
^(з) Жд (з) = Ц'вых (з)
переменный
где, Ьх(з), и\ых
ния переменный,
Ц'вых (з) АЦ т
Ьх(з) А/та
, (3)
входное и выходное изображе-
Гоу (*) = fd*! = V
UfBiJs) s
(4)
toy (R, C )
статический коэффициент передачи
(3)
всего датчика представится
W(s) = _L s .^^max. *ОУ = V ■ AU max . (5)
L
AL
lP3 ■ Almax
Передаточная функция датчика (5) зависит только от параметров первичного и вторичного преобразователя Ид(в).
Из ПФ датчика видно, что датчик является безынерционным звеном, так как на входе системы
оказывается
1 ¿ф 2 ■ n dt
(частота вращения ротора),
а на выходе та же частота только в представлении напряжение постоянного тока.
В результате проектирования добились повышения эффективности и снижения энергопотребления автоматизированной системы контроля физических параметров движения летательных аппаратов за счет разработки магнитострикционного измерительного преобразователя частоты вращения, обеспечивающего более точное измерение азимутального угла.
информационных системах / Шиба-Гришко А.К. // Труды международ-
ЛИТЕРАТУРА
1. Аравин А.В., Построение оптико-электронной системы сопровождения и распознавание воздушных целей // Тенденции и перспективы развития современного научного знания: международная научно-практическая конференция / Под ред. А.Ф. Долматова - Выпуск Х. - Москва: Институт Стратегических Исследований, 2014. - С. 35 - 41.
2. Шибанов С.В. Обзор современных методов интеграции данных в нов С.В., Яровая М.В., Шашков Б.Д., Кочегаров И.И., Трусов В.А., ного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 292-295.
3. Червяков А., Зеленюк Ю., Костяшкин Л., Оптико-электронная зенитных ракетно-артиллерийских комплексов// Военный парад. 2005.
4. Мурашкина Е.Н., Михеев М.Ю. Применение ЦМЪ-моделирования для управления структурной динамикой сложных технических систем нейросетевой идентификации сигналов сложной формы // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. -Т.1. - С. 244-247.
5. Михеев, М.Ю.Имитационное моделирование нейросетевой идентификации сигналов сложной формы/ М.Ю. Михеев, С.А. Исаков, Е.Н. Мурашкина // Надежность и качество: Труды международного симпозиума.- Пенза, 2014. - Т.1. - С. 203-206.
6. Кочегаров И.И. Алгоритм выявления латентных технологических дефектов печатных плат методом оптического контроля / Кочегаров И.И., Ханин И.В., Лысенко А.В.,
станция № 3. С.
сопровождения целей для 88-90.
Юрков Н.К.,
Алмаметов В.Б. // № 3 (27). С. 105-
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2013. 114.
7. Михеев, М.Ю. Inreasing the precision of metrological characteristics of smart sensors in large scale monitoring systems / М.Ю. Михеев, В.А. Юрманов, К.Ю. Пискаев и др. // III Международная научно-практическая конференция "Инновационные информационные технологии": Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ.- Прага, Чехия, 2014. - №2. - C.370-375.
УДК 681.518.5
Чернодаров А.В., Патрикеев А.П.
ООО «Экспериментальная мастерская НаукаСофт», Москва, Россия
КОНТРОЛЬ И ПАРИРОВАНИЕ НАРУШЕНИЙ В НАБЛЮДАЕМЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМБИНИРОВАННЫХ КРИТЕРИЕВ СОГЛАСИЯ
1. Введение
В настоящее время актуальной остается проблема повышения надежности динамических систем (ДС), входящих в состав сложных технических объектов и существенно влияющих на их безопасность. Аналитические подходы к решению указанной проблемы опираются на обнаружение, парирование и предотвращение нарушений. В наблюдаемых ДС для этого применяются диагностические модели и внешняя информация. Технология формирования таких моделей опирается на математическое описание функционирования эталонной (невозмущенной) и реальной (возмущенной) ДС. Таким ДС ставятся в соответствие идеальный У(г) и реальный
Yp (t) векторы параметров
состояния,
которые
описываются следующими дифференциальными уравнениями:
для идеальной ДС;
У (г) = ^ [У (г)] (1)
для реальной ДС,
Ур (г) = ^ [Ур (г)] + О (г ¡г) (2),
т
где ¡р) = [¡¡^).. ¡г (г - вектор возмущений,
действующих на ДС, характеризующийся ковариаци-
т
онной матрицейМ[Ц (г-т)] = 2(г)^(г-т) ; д(г-т) -
дельта-функция; М[..] - оператор математического ожидания; О(г) - матрица интенсивностей возмущений.
Параметры идеальной и реальной ДС связаны через уравнение ошибок
dx(t) dt
x(t) = A(t) x(t) + G(t )£(t) (3),
где x(t) = AY(t) = Yp(t)- Y(t) -
вектор ошибок ДС;
A(t) = -
dF[Y (t)]
dY
матрица коэффициентов, характери-
зующих динамику изменения ошибок ДС.
Оценки х(г) ошибок ДС могут быть получены с помощью оптимального фильтра Калмана (ОФК) [1] путем обработки наблюдений
z (t) = h[Yp (t)] - h[Y (t)] ДВИ (4).
где h[Y (t )]До1л - измерение,
сформированное
ДВИ
датчиком внешней по отношению к ДС информации (ДВИ), имеющее модель к[У(г)]дВИ = к[У(г)] + &(г) ; &(г)
- вектор возмущений в канале измерений, имеющий ковариационную матрицу М[3(г)3т(г-т) = К(()3((-т) .
В ОФК взаимосвязь наблюдений (4) с ошибками ДС учитывается через математическую модель 2(г) = Н(г)х(г) + 3(г) , (5)
. дк[У(г)]
где H (t) = -
dY
матрица связи наблюдаемых
параметров с вектором ошибок ДС.
Наблюдаемая динамическая система с ОФК в контуре оценивания ошибок может быть представлена схемой, показанной на рисунке 1, где и -вектор управляющих воздействий; АСК - автоматизированная система контроля; ПК - преобразователь координат. Следует отметить, что в качестве ДВИ может быть использована математическая модель эталонной ДС.
