НАСТРОЙКА ПИД-РЕГУЛЯТОРА В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ ТЕСТИРОВАНИЯ РАЗРЕШЕНИЯ ТЕПЛОВИЗИРОВ ПО КОНТРАСТУ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

В генетическом алгоритме данное условие будет корректировать только те учебные дни, в которых занятия располагаются в разных учебных корпусах. Только в этом случае данное условие может оказать положительный эффект.

В результате анализа приведенных алгоритмов можно выделить два алгоритма - алгоритм, основанный на оценке свободы расположения и его улучшенную версию (генетический алгоритм). Эти алгоритмы обладают большим потенциалом, но при этом нуждаются в некоторых модификациях, чтобы стать более оптимальными способами решения задачи.

Список литературы

1. Булатицкий Д.И. Реализация задачи многокритериальной оптимизации при проектировании автоматизированных информационных систем составления расписания учебных занятий // Молодой ученый. 2020. № 48 (338). С. 16-19.

2. Устинов И.А. Алгоритм составления расписания занятий для высших учебных заведений // Интеллектуальные и информационные системы: Всероссийская научно-техническая конференция (Тула, 16-17 ноября 2021 г.). Тула: Изд-во ТулГУ, 2021. С. 309-311.

3. Безгинов А.Н., Трегубов С.Ю. Комплекс алгоритмов построения расписания вуза. Ч. 1: Система оценки качества расписания на основе нечетких множеств, алгоритм поиска оптимального расписания // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта, 2011. Вып. 5. С. 127-135.

4. Береговых Ю.В. Алгоритм составления расписания занятий // Конференция «Искусственный интеллект». Государственный университет информатики и искусственного интеллекта. Донецк, 2009.

Устинов Илья Александрович, студент, ustin 1999@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Набродова Ирина Николаевна, канд. техн. наук, доцент, ira1978@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

MODERNIZATION OF THE GENETIC ALGORITHM FOR SCHEDULING TRANING SESSIONS

I.A. Ustinov, I.N. Nabrodova

The objects of the study are an algorithm for scheduling classes based on an assessment of the freedom of location, and its improved version is a genetic algorithm for scheduling classes. The methods of modifications of these algorithms were selected, and the effect of modifications on these algorithms was analyzed. Conclusions are drawn about the modifications and in which cases they should be used, and in which cases they can create a negative effect.

Key words: scheduling classes, scheduling algorithms, genetic algorithm, algorithm modernization.

Ustinov Ilya Alexandrovich, student, ustin_1999@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Nabrodova Irina Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, ira1978@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 681.5.08; 62-97

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-218-222

НАСТРОЙКА ПИД-РЕГУЛЯТОРА В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ ТЕСТИРОВАНИЯ РАЗРЕШЕНИЯ ТЕПЛОВИЗИРОВ ПО КОНТРАСТУ

Т.А. Акименко, Е.В. Филиппова

Рассматриваются вопросы и методы настройки регулятора, подбора коэффициентов, связанные с поддержанием стабильных во времени величин.

Ключевые слова: тест-объект, тепловое излучение, мощность, пропорциональный коэффициент регулирования, интегральный коэффициент регулирования, дифференциальный коэффициент регулирования.

Программный модуль управления устройством тестирования разрешения тепловизоров по контрасту позволяет определить температуру элементов тепловой картины, требуемые мощности каналов для достаточно стабильного во времени поддержания заданных температур элементов тепловой картины. Избежать значительных колебаний температуры около заданного значения, нарушения теплового

218

баланса излучающего элемента, обеспечить как высокую скорость повышения температуры излучающего элемента, так и его корректную работу в стационарном режиме позволяет применение пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования (P-proportional, I-integral, D-derivative) для каждого из элементов устройства тестирования разрешения тепловизоров по контрасту.

Пропорционально - интегрально - дифференциальный закон регулирования обеспечивает высокую точность поддержания температуры.

Мощность N, которая должна выделяться нагревателем, выраженная в процентах от его максимальной мощности, рассчитывается по формуле:

N = Мдг +-![ ДTdT —Kd^) , (1)

Kp lv Ki 0 dt)

где t - время; Kp- пропорциональный коэффициент регулирования; Kt- интегральный коэффициент

регулирования; K d - дифференциальный коэффициент регулирования

Первое слагаемое в выражении (пропорциональная составляющая) прямо пропорционально «невязке» ДГ = Гус — T - разности температурной уставки Гус и измеренного значения температуры Т.

Его смысл состоит в том, что при «невязке» ДГ = Kp (в °С) регулятор начнет снижать мощность.

Второе слагаемое в установившемся режиме регулирования равно величине тепловой мощности, необходимой для компенсации тепловых потерь при ДГ = 0.

Третья составляющая пропорциональна скорости изменения температуры с обратным знаком и должна препятствовать резким изменениям температуры объекта (дифференциальная составляющая).

При увеличении K увеличивается скорость выхода на установленное значение, увеличивается управляющий сигнал. При увеличении Kt растёт скорость компенсации накопившейся ошибки, что

позволяет вывести систему точно к заданному значению с течением времени. Если система медленная, а Ki слишком большой - интегральная сумма сильно вырастет и произойдёт перерегулирование, которое

может иметь характер незатухающих колебаний с большим периодом. При увеличении Kd растёт стабильность системы, она не даёт системе меняться слишком быстро. В то же время Kd может стать причиной неадекватного поведения системы и постоянных скачков управляющего сигнала, если значение с датчика шумит. На каждое резкое изменение сигнала с датчика Kd составляющая будет реагировать изменением управляющего сигнала, поэтому сигнал с датчика нужно фильтровать.

В устройстве тестирования разрешения тепловизоров по контрасту произведен подбор ПИД -коэффициентов по методу Циглера - Никольса (Ziegler - Nichols), а также ручной подстройкой. Для анализа поведения системы произведено следующее: задано целевое значение 30°C, ожидание стабилизации системы; задано целевое значение 40°C, ожидание стабилизации системы;

построен график зависимости температуры датчика от времени, анализ полученных значений.

Рис. 1. Установка пропорциональной составляющей

Из рис. 1 видно, что при использовании только пропорциональной составляющей система не может выйти на требуемые значения из-за статической ошибки. Добавлена интегрирующая составляющая (рис. 2), через задание некоторого значения К1

По графику видно, что целевое значение установить удается, но при подходе к установленному значению имеется выброс. Необходимо увеличение коэффициента усиления дифференцирующей составляющей (рис. 3).

Рис. 2. Установка интегрирующей составляющей

Рис. 3. Установка дифференцирующей составляющей По графику на рис. 3 видно, что амплитуда выброса уменьшилась, необходимо увеличить

КЛ

ка

Рис. 4. Увеличение дифференцирующей составляющей

Выброс погашен. Для более быстрого выхода на нужное значение необходимо увеличить коэффициент усиления пропорциональной составляющей Кр (рис. 5).

«

42 4а

за

36 34 32 30

К = 300?

и

К, 10; К 900:

■ч. . —У

Щ

Рис. 5. Подбор коэффициента пропорциональной составляющей

220

Таким образом, достаточно корректно и стабильно во времени реализовано поддерживание заданных температур излучающих элементов устройства тестирования разрешения тепловизоров по контрасту при температуре окружающей среды в пределах 10...40 °С и относительной влажности не более 65%.

Список литературы

1. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Сов. радио, 1978. 400 с.

2. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. М.: Логос, 2004.

444 с.

3. Акименко Т.А., Ларкин Е.В., Лучанский О.А., Филиппова Е.В. Патент на полезную модель № 191285 РФ. Устройство тестирования разрешения тепловизоров по контрасту. Заявл. 06.06.2019. Опубл. 01.08.2019. Бюл. № 22.

4. Акименко Т.А., Филиппов А.Е., Филиппова Е.В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2019661213. Программный модуль управления устройством разрешения тепловизоров по контрасту // Решение о регистрации, заявка от 12.08.2019. М., 2019.

5. Акименко Т.А., Филиппова Е.В. Исследование статических характеристик и пространственной динамики тепловизионной системы наблюдения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 9. С. 497-500.

6. Филиппова Е.В. Тепловой тест-объект для оценки тепловизионных систем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2017. Вып. 9. Ч. 2. С. 199-203.

7. Филиппова Е.В., Акименко Т.А., Лучанский О.А. Способ тестирования разрешения тепловизоров по контрасту // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2019. Вып. 10. С. 400-404.

8. Филиппова Е.В., Акименко Т.А. Программно-аппаратная реализация модуля контроля разрешения тепловизионных систем наблюдения по контрасту // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2020. Вып. 2. С. 267-272.

9. Акименко Т.А., Филиппова Е.В. Тест-объект для контроля параметров тепловизоров // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 12. С. 308-311.

10. Акименко Т.А., Рыбалкина Ю.С., Филиппова Е.В. Оптическая модуляция излучения в теп-ловизионной системе // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 5. С. 472-478.

11. Akimenko T.A. Formation of the image on the receiver of thermal radiation // Proceedings of SPIE. The International Society for Optical Engineering. 2018. P. 1069627.

12. Akimenko T., Filippova E. Computer Modeling of Control the Thermal Imaging System Surveillance. Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics) // 7-th International Conference on Finite Difference Methods, FDM 2018; Lozenetz; Bulgaria, 2018. Volume 11386 LNCS, 2019. P. 129-136.

13. Акименко Т.А., Филиппова Е.В. Особенности реализации устройства тестирования разрешения тепловизоров по контрасту с программным модулем управления // Инновационное развитие техники и технологий наземного транспорта. Сборник статей. Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2021. С. 194-195.

14. Акименко Т.А., Филиппова Е.В., Кобышева Е.А. Построение статических передаточных характеристик по элементам тест-объекта для канала измерения моделирующего фактора // Инновационное развитие техники и технологий наземного транспорта. Сборник статей. Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. 2022. С. 132-134.

Акименко Татьяна Алексеевна, канд. техн. наук, доцент, tan tan 72@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Филиппова Екатерина Вячеславовна, инженер, kisskin@bk.ru Россия, Тула, Тульский государственный университет

PID REGULATOR SETUP IN THE CONTROL SYSTEM OF THE DEVICE FOR TESTING THE RESOL UTION

OF THERMAL IMAGERS BY CONTRAST

T.A. Akimenko, E.V. Filippova

Issues and methods of adjusting the controller, selecting coefficients related to maintaining time-stable values are considered.

Key words: test object, thermal radiation, power, proportional control factor, integral control factor, differential control factor.

Akimenko Tatiana Alekseevna, candidate of technical sciences, docent, tantan72@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Filippova Ekaterina Vyacheslavovna, engineer, kisskin@bk.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 623.74.094

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-222-225

РЕШАЕМЫЕ ПРОБЛЕМЫ, ПРЕИМУЩЕСТВА И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

БЕСПИЛОТНЫХ ВЕРТОЛЕТОВ

И.Р. Цуканов, А.В. Азман

Рассмотрены основные недостатки беспилотных летательных аппаратов горизонтального способа взлета. Основные недостатки беспилотных летательных аппаратов вертикального способа взлета. Установлено, какие из указанных недостатков способны решить беспилотные вертолеты.

Ключевые слова: горизонтальный способ взлета, вертикальный способ взлета, полезная нагрузка, максимальное время полета.

Согласно российской универсальной классификации беспилотных летательных аппаратов (БЛА), которая ориентирована пока только на военное назначение аппаратов, БЛА можно систематизировать следующим образом:

- микро- и мини- БЛА ближнего радиуса действия - взлётная масса до 5 кг, дальность действия до 25.. .40 км;

- лёгкие БЛА малого радиуса действия - взлётная масса 5.50 кг, дальность действия 10.70

км;

- лёгкие БЛА среднего радиуса действия - взлётная масса 50.100 кг, дальность действия 70.150 (250) км;

- средние БЛА - взлётная масса 100.300 кг, дальность действия 150.1000 км;

- средне-тяжёлые БЛА - взлётная масса 300.500 кг, дальность действия 70.300 км;

- тяжёлые БЛА среднего радиуса действия - взлётная масса более 500 кг, дальность действия 70-300 км;

- тяжёлые БЛА большой продолжительности полёта - взлётная масса более 1500 кг, дальность действия около 1500 км;

- беспилотные боевые самолёты - взлётная масса более 500 кг, дальностью около 1500 км.

Наибольшее распространение получили два типа беспилотных летательных аппаратов - БЛА с

горизонтальным способом взлета и посадки (к данному типу относятся фюзеляжные аппараты, аппараты «летающее крыло»), а также БЛА с вертикальным способом взлета и посадки мультикоптерной конструкции (трикоптеры, квадрокоптеры, гексакоптеры и так далее). Названные типы БЛА способны выполнить большинство задач - как военного назначения, так и гражданских - которые ставит перед ними человечество в текущих реалиях.

Однако, есть направления, в которых названные типы БЛА не покрывают потребности человечества в полном масштабе. Основная причина такого положения вещей кроется в требованиях, которые человечество предъявляет БЛА, таких как: сочетание необходимости длительного удержания в воздухе летательного аппарата с возможностью вертикального взлета и посадки в условиях различных рельефов (гористая местность, побережье, платформы в открытом море и другие ложные условия). В гражданском направлении прежде всего речь идет о логистике, поисково-спасательной деятельности, экологическом мониторинге, сельском хозяйстве, геодезии и картографии, строительстве, нефтегазовом секторе и телекоммуникациях. В военном направлении к основным задачам, возлагаемым на беспилотные системы, относятся: наблюдение; выдача целеуказания и корректировка огня систем оружия; охрана мест дислокации; обеспечение действий армейской авиации в ходе огневой поддержки наземных частей; ретрансляция сигналов связи; проведение ударных операций; решение логистических, транспортных задач.

В данный момент подавляющее большинство указанных выше задач выполняют беспилотные летательные аппараты с горизонтальным способом взлета и посадки, с вертикальным способом взлета и посадки мультикоптерной конструкции. Однако такое положение дел ведет к возникновению существенных недостатков.

1. Недостатки БЛА с горизонтальным способом взлета и посадки.

1.1 Процесс вывода аппарата на рабочую высоту. Наиболее распространены в настоящее время два варианта запуска БЛА - разгон аппарата по взлетно-посадочной полосе и разгон аппарата с помощью катапультирующего устройства. В первом случае для запуска аппарата необходимо наличие взлетно-посадочной полосы достаточной длины с подходящим покрытием, что зачастую невозможно. Кроме того, беспилотный летательный аппарат должен быть оснащен силовой установкой, достаточной для обеспечения разгона и взлета. Во втором случае для запуска аппарата необходимо наличие катапультирующего устройства, что связано с дополнительными тратами времени и ресурсов.