CC BY
31
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Информационные технологии
ления импульсной переходной функции по реакции объекта:
X (p ) = G (p )• L {sin (t )}=> G (p ) =
= X (p) • (p2 +1) => g (t) = íjpr+x (t), (3)
здесь L {•} - непрерывное преобразование Лапласа.
Предлагаемый метод позволяет расширить возможности по идентификации временных характеристик на объектах, на которых, в силу разнообразных причин, невозможно подавать ступенчатые или импульсные входные возмущения. Также, данный подход может использоваться для идентификации характеристик модели объекта в условиях проведения пассивных экспериментов. Недостатком метода является необходимость использования дополнительных методов обработки «зашумленных» показаний датчиков,
из-за использования оператора дифференцирования на этапе идентификации.
Библиографические ссылки
1. Медведев А. В. Теория непараметрических систем. Общий подход //Вестник СибГА У. 2008. Вып. 3.
2. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. Оценивание параметров и состояния. М. : Мир, 1975.
3. Красовский А. А. Справочник по теории автоматического управления / под ред. А. А. Красовского. М. : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 712 с.
4. Андреев Ю. Н. Управление конечномерными линейными объектами. М. : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1976. 424 с.
© Первушин В. Ф., 2012
УДК 621.384.82
Д. В. Родин Научный руководитель - Н. Д. Семкин Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С. П. Королева (Национальный исследовательский университет), Самара
МЕТОД АНАЛИТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ИОННОГО ЗЕРКАЛА ВРЕМЯПРОЛЕТНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА
Рассмотрено аналитическое выражение для расчета параметров масс-спектрометра с применением ионных зеркал с нелинейным распределением осевого потенциала. Приводятся результаты моделирования спектрометров двух типов, результаты расчетов зависимости разрешающей способности приборов от массы для различных начальных температур. На основе полученных данных даются выводы о преимуществах масс-спектрометров с применением ионного зеркала с нелинейным распределением осевого потенциала.
Времяпролетные масс-спектрометры находят широкое применение в области космических исследований ввиду своих малых габаритов и массы, так как данные параметры важны в космических условиях. Времяпролетные масс-спектрометры используются для определения химического состава космической пыли, собственной атмосферы космического аппарата. Достоинствами таких масс-спектрометров по сравнению с приборами других принципов действия являются малые габариты, а также высокая чувствительность.
Значительно ограничивает применение времяпро-летных масс-спектрометров то, что традиционные методы временной фокусировки обеспечивают разрешающую способность приборов (Я > 500) при дисперсии энергии ионов до 15 % [1-2]. Существующие пути улучшения характеристик масс-рефлектронов за счет оптимального выбора потенциала центральной сетки отражателя [3], не избавляют от ухудшения разрешения с ростом энергетического разброса ионов вещества-аналита. Все это ограничивает область приложений времяпролетных масс-спектрометров, так как для обеспечения высокой разрешающей способности, приходится создавать крупногабаритные анализаторы с ускоряющими потенциалами в сотни и тысячи вольт, либо ограничивать энергетический спектр ионов, что может быть неприемлемым.
Нами был разработан метод аналитического расчета нелинейного электростатического зеркала, лишенный вышеприведенных недостатков. Данный метод позволяет получить форму потенциала (1), осуществляющую точную компенсацию времени пролета для ионов с различной начальной энергией.
г =11 ^ - L0 агсБШ /—ф--
л I 0 + Ф
-А [л/ф +(1+ф)агс81пу1+ф'-2ф ^
где ^ - время пролета частицы с нулевой начальной энергией; а - скорость частицы после ускоряющего промежутка; ф - нормированный потенциал.
Расчет производился для длины бесполевого пространства, равной 20 см и ускоряющего потенциала, равного 100 В. Расчет разрешающей способности спектрометров был проведен для приборов с применением источника ионов с электронной ионизацией и температур 300 К и 1000 К. Были рассмотрены только осевые ионы, поскольку при использовании детектора с малой апертурой, ионы, отклонившиеся от оси прибора просто не будут продетектированы.
Полученные результаты моделирования (рис. 1) позволяют сделать вывод о превосходстве, в отдельных случаях достигающем двух-трех раз, масс-
Секция «Математические методы моделирования, управления и анализа данных»
спектрометра с применением нелинейного зеркала над традиционным масс-рефлектроном.
а)
Зависимость разрешающей способности от массы для схемы: а - с линейным электростатическим зеркалом; б - с нелинейным электростатическим зеркалом
Также следует отметить, что выигрыш в разрешении увеличивается с ростом начального энергетического разброса ионов и позволяет разрешать массы до нескольких тысяч, сохраняя при этом высокую разрешающую способность (Я > 100) в диапазоне масс до 150 а.е.м. даже для температур порядка 1000 К, тогда как масс-спектрометр с применением линейного
зеркала при том же температурном разбросе имеет разрешение ЯМ 00 только в диапазоне масс до 25 а.е.м. С увеличением ускоряющего потенциала происходит повышение разрешающей способности приборов, поскольку уменьшается время, требуемое для разворота траекторий ионов, движущихся в начальный момент времени в направлении, противоположном направлению ускорения ионов. Также с ростом ускоряющего напряжения уменьшается выигрыш в разрешении, получаемом при применении нелинейного зеркала, однако превосходство прибора с нелинейным электростатическим зеркалом сохраняется.
Разработанный метод аналитического расчета распределения нелинейного потенциала электростатического ионного зеркала позволяет существенно расширить диапазон разрешаемых масс, расширить диапазон допустимых начальных энергий ионов вплоть до 100 %, а также повысить точность расчета распределения потенциала. Данный метод также позволяет упростить и ускорить процесс вычислений, поскольку исключает необходимость рассчитывать большое количество точек (как при использовании численных путей расчета), позволяет рассчитывать потенциалы колец нелинейного зеркала непосредственно по их координатам, а также обладает большей точностью, а следовательно, повышает разрешающую способность прибора.
Библиографические ссылки
1. Картаев В. И., Мамырин Б. А., Шмикк Д. В. Новый принцип фокусировки ионных пакетов во времяпро-летныхмасс-спектрометрах//ЖТФ. 1971. Т. 41. Вып. 7.
2. Картаев В. И., Мамырин Б. А., Шмикк Д. В. Новый безмагнитный времяпролетный масс-спектрометр с высокой разрешающей способностью //ЖТФ. 1973. Т. 64. Вып. 1.
3. Шмикк Д. В., Дубенский Б. Н. Отражатель масс-рефлектрона //ЖТФ. 1984. Т. 54. Вып. 5.
© Родин Д. В., 2012
УДК 519.8
М. Е. Семенкина Научный руководитель - Л. В. Липинский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
САМОКОНФИГУРИРУЕМЫЙ АЛГОРИТМ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Приводится описание реализации самоконфигурируемого алгоритма генетического программирования, а также исследование его эффективности на тестовых и реальных практических задачах.
Эволюционные алгоритмы успешно применяются при решении многих практических задач оптимизации и моделирования, однако существенная зависимость их эффективности от выбора настроек и параметров создает серьезные трудности для дальнейшего расширения возможности их применения. В этой связи в настоящее время активно развиваются подходы,
обычно называемые самоадаптивными, устраняющие процесс выбора настроек за счет их адаптации в ходе работы алгоритма.
Основная идея предложенных в данной статье алгоритмов относится к автоматизации выбора и использования генетических операторов, в связи с чем данные алгоритмы могут быть названы самоконфигу-
