авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »«¬–“» ¬—–  ...»

-- [ Страница 2 ] --

Рис. 2. К расчету потенциальной энергии сил тяжести = (13) (14) ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Рис. 3. К расчету обобщенной силы ветрового напора по первой обобщенной координате Обобщенную силу ветрового напора, соот- на неподвижна и перпендикулярна вектору ветствующую первой обобщенной координате скорости, то на нее действует сила:

, получим, вычислив работу на возможном пе ремещении системы, (рис. 3).

где – коэффициент сопротивления, завися щий от формы;

– плотность воздуха;

– площадь сечения;

– скорость ветра. для небольших пластин, для больших пластин.

Если пластина движется:

Пластина в воздушном потоке. Если пласти 30 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Рис. 4. К расчету обобщенной силы ветрового напора по второй обобщенной координате Г. Я. Дынникова, Ю. Д. Селюцкий // Известия РАН. Проблемы Полученные зависимости могут быть ис машиностроения и надежности машин. – 2009. – С. 86–91.

пользованы для проведения численного экспе- 2. Патент РФ на полезную модель № 101102. Устройст римента проводимого для обоснования опти- во преобразования ветровой энергии / С. Д. Стрекалов, мальных параметров волнового ветродвигателя Л. П. Стрекалова, В. А. Поляков, А. Л. Бормотов / Приоритет № 2010111068 от 23.03.2010. Зарегистрирован 10.01.2011.

с резонансным изменением угла наклона лопа 3. Голованчиков, А. Б. Проектирование и оптимизация сти при условии, что в состоянии равновесия режима работы напорной ветроэнергетической установки / лопасть занимает вертикальное поло-жение. А. Б. Голованчиков, М. Н. Блинков, М. Г. Новиков, Н. А. Дуль кина // Известия ВолгГТУ : межвуз. сб. науч. ст. № 9(35) / БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ВолгГТУ. – Волгоград, 2007. – (Серия «Актуальные про 1. Андронов, П. Р. Моделирование ветродвигателя колеба- блемы управления, вычислительной техники и информа тельного типа / П. Р. Андронов, С. Д. Стрекалов, М. З. Досаев, тики в технических системах» ;

вып. 3). – С. 13– УДК 519.67:531. А. Ю. Савушкин*, И. И. Харламова*, Е. Г. Шведов** ЭЛЕКТРОННЫЙ АТЛАС ИЗОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ДИАГРАММ ГИРОСТАТА КОВАЛЕВСКОЙ–ЯХЬЯ *Волгоградский филиал РАНХиГС, **Волгоградский государственный технический университет esheg@rambler.ru Для интегрируемой гамильтоновой системы, описывающей движение тяжелого гиростата в случае Кова левской–Яхья, получены все необходимые аналитические предпосылки и построена компьютерная система, реализующая в диалоговом режиме построение и просмотр атласа плоских геометрических объектов – би фуркационных диаграмм на уровнях постоянной энергии, зависящих от двух существенных параметров.

Ключевые слова: гиростат в поле силы тяжести, интегрируемая система, бифуркационная диаграмма, критическая подсистема, электронный атлас.

A. Y. Savushkin, I. I. Kharlamova, E. G. Shvedov ELECTRONIC ATLAS OF ISO-ENERGETIC DIAGRAMS OF THE KOWALEVSKI-YEHIA GYROSTAT Volgograd branch of the Russian Academy of National Economy and Public Administration, Volgograd State Technical University For the integrable system describing the motion of a heavy gyrostat in the Kowalevski–Yehia case, all analytical foundation is obtained and the computer system is created to realize in dialogue the construction and the visualiza tion of the atlas of planar geometrical objects defining the family of bifurcation diagrams on fixed energy levels de pending on two essential parameters.

Keywords: gyrostat in the gravity field, integrable system, bifurcation diagram, critical subsystem, electronic atlas.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 10-01-00043-а.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Введение сти основного тела, в котором закреплен вращающийся ротор, и направляющего вектора Случаем Ковалевской–Яхья называют зада оси симметрии силового поля (например, чу о движении тяжелого гиростата, главные поля силы тяжести). Фазовое пространство моменты инерции которого удовлетворяют от P 5 = R 3 () S 2 ( ) определено в R 6 геометри ношению 2:2:1, центр масс лежит в экватори альной плоскости, а гиростатический момент с ческим интегралом 2 = 1. Полную интегри модулем 0 направлен по оси динамической руемость системы по Лиувиллю гарантируют симметрии. Фазовые переменные системы – первые интегралы [1] компоненты в подвижных осях угловой скоро 12 H = 1 + 2 + 3 1, L = 11 + 2 2 + (3 + )3, 2 K = (1 2 + 1 ) + (212 + 2 ) + 2[(3 )(1 + 2 ) + 21 3 ].

2 2 2 2 Несмотря на это, явных решений в общем лее развернутое описание электронного атласа случае для этой задачи не найдено, поэтому ос- дано в работе [7], в которой реализуется соот новным инструментом является анализ фазовой ветствующий пример для диаграмм твердого тела, вращающегося в гравитационном и маг топологии. Множество C критических точек отображения J = H L K исчерпывается ана- нитном полях. Для такой задачи классификация производится по параметрам (h, ), где – от литическими решениями, указанными в рабо тах [2, 3]. В [4, 5] получены уравнения бифур- ношение напряженностей силовых полей. Со кационных поверхностей, т. е. связных поверх- ответствующие аналитические обоснования ностей j в R 3 (h,, k ), объединение которых представлены в [8].

содержит в себе бифуркационную диаграмму Критические подсистемы и их диаграммы ( ) интегралов H, L, K как собственное под Критическое множество C является объе множество.

динением трех критических подсистем – трех В работе [6] исследовалась эволюция сече мерных инвариантных подмногообразий ний S h ( ) множества ( ) плоскостями M 1, M 2, M 3 в фазовом пространстве, расслоен h = const, которые с точки зрения гамильтоно ных на периодические и асимптотические к от вой механики служат бифуркационными диа- носительным равновесиям траектории. Эти граммами систем, индуцированных на изоэнер- траектории занумерованы постоянной энергии гетических многообразиях Eh ( ) = {H = h} в h и постоянной некоторого частного интеграла P 5, параметризованных постоянной энергии и s (подробности см. в [6]). Их образы под дей значением гиростатического момента. ствием J лежат на трех бифуркационных по Цель настоящей работы – основываясь на верхностях:

аналитических результатах о критических точ- 2 = (h s)s ках интегрального отображения, а также неко- торых понятиях и подходах, изложенных в ра- 1 :, k = 1 + (h ) 2 4( h ) s + 3s 2 боте [7], построить электронный атлас бифур кационных диаграмм двух интегралов L, K на 2 четырехмерных изоэнергетических уровнях. 2 1 2 = (h + ) 2 s Понимая под атласом объектов полное 4s 2 описание классифицирующего (разделяющего) 2, 2 :.

k = 2 2 (h 2 s ) 4 + множества в пространстве параметров и воз можность указания для каждой неразделяющей 4s точки этого пространства структурно устойчи- Здесь s R для 1, s 0 для 2 и s вого типа самого объекта, потребуем еще нали для 3. Изоэнергетическая бифуркационная чия диалоговой компьютерной системы, кото диаграмма S h () есть h -сечение допустимой рая позволяет осуществить визуализацию и де тализацию разделяющего множества и объекта области на объединении этих поверхностей.

при интерактивном изменении параметров. Бо- Напомним, что набор значений первых инте 32 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ гралов называется допустимым, если ему отве- Теорема 3. Диаграмма подсистемы M 3 со чают вещественные решения исходной системы стоит из следующих множеств в ( s, h) -плос (интегральное многообразие не пусто).

кости:

Определение [9]. Ключевым множеством 1 2 s + 2s 2 критической подсистемы называется множест- 0 : h =, 0s 2 ;

2s во критических точек ранга 0 и вырожденных 2 : h = + (r ), s = + (r ), r (,0];

критических точек ранга 1. Диаграммой крити ческой подсистемы при заданной паре незави- 1 2 s + 4 2 s 3 : h =, s I ( );

симых интегралов S, H называется образ клю 2s чевого множества в ( s, h) -плоскости.

h h1, (4 / 3)3/ 3 : s = 2 / 3, Обозначим, 2 h h2, (4 / 3) 3/ 1 2r ± ( r ) = r ( r ) ± 2(r ) D, где 2 (0, + ), ± (r ) = [ (r ) ± D ], 2 I ( ) = (0, s1 ] [ s2, +), 2 2, r [ r (r ) D ], ± ( r ) = 4 1 (0, s1 ], +, D = r 2 (r ) 2 + 4 0. 2 Следующие результаты вытекают из иссле- 1 2/ h1 ( ) = ( 3 4 / 3 ), дований бифуркационных диаграмм и допус тимых точек [6].

)( ) ( 1 h2 () = 2 / 3 + 2 4 + 4 / 3 4 + 4 / 3 2 / 3, Теорема 1. Диаграмма подсистемы M 1 со стоит из следующих множеств в ( s, h) -плос s1 () s2 () – абсциссы точек касания кривых кости:

2 и 3, существующих при значениях 2.

2 1 : h = s +, s 1 ;

2 1 : h = ( r ), s = (r ), r [0, );

Разделяющее множество Изоэнергетическая бифуркационная диа 2 : h = + (r ), s = + (r ), r (,0];

грамма S h () есть одномерный клеточный ком 3 : h = + (r ), s = + (r ), r (, + );

плекс, в котором нульмерный остов выделен 1 2 особыми точками кривых – точками пересече 0 : h = s +, s 0, ;

ния (самопересечения), касания, точками воз 2s 2 врата. Эти особенности соответствуют диа s +, s [ 0, s* ], граммам критических подсистем, а перестрой 1 : h = 2 2 ки в бифуркационных диаграммах отвечают пе где s* ( ) – наибольший вещественный корень рестройкам в множестве особых точек. Назовем разделяющим множеством в плоскости многочлена (, h) множество таких точек (значений пара 9s 4 + 2 2 s 3 24s 2 24 2 s + 4(4 4 ), метров изоэнергетической бифуркационной существующий при всех. диаграммы), в любой окрестности которых Теорема 2. Диаграмма подсистемы M 2 со- найдутся комплексы S h () с различными нуль стоит из следующих множеств в ( s, h) -плос- мерными остовами. Отметим, что множества S h () компактны, их нульмерные остовы ко кости:

нечны, поэтому речь идет просто о различном 1 2 s + 4 2 s 3 2 : h =, s ;

количестве точек в остовах.

2s Теорема 4 (М. П. Харламов). Разделяющее 1 : h = ( r ), s = (r ), r [0, );

множество состоит из всех точек вида 3 : h = + (r ), s = + (r ), r (, + ). (, h), где h есть критическое значение h -ко ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ устойчивости бифуркационных диаграмм.

ординаты как функции на диаграмме какой-ли Осуществляется динамический выбор точки бо критической подсистемы при указанном зна чении. параметров (справа – масштабируемый фраг мент для более точного позиционирования).

Из этого утверждения и перечисленных Следующие три ряда показывают диаграм выше диаграмм критических подсистем полу мы критических подсистем для выбранного чаем следующее описание разделяющего мно значения (пунктиром изображается выбран жества.

Теорема 5. Разделяющее множество, ный уровень h ). Первая и третья диаграммы, структура которых существенно меняется в за классифицирующее изоэнергетические бифур висимости от и достаточно сложна, снабже кационные диаграммы задачи Ковалевской– Яхья, состоит из следующих кривых: ны масштабируемым фрагментом для более точной визуализации особенностей.

c1 : h =, 0;

В последнем ряду строится искомая изо энергетическая бифуркационная диаграмма c2 : h = ±1, 0;

S h (). При этом использованы условия допус тимости точки на бифуркационных поверхно 3u h = 8 + u 3 стях 1, 2, 3, которые в работе [6] с целью u (0, 2];

c3 : 2, 2 ( 3u 4 ) исследования сечений постоянной энергии явно выписаны в виде неравенств для параметра s = 4u 3 в зависимости от величины h.

Для точной визуализации бифуркационной ( 4 + 4 / 3 ) 2 / 3 ( 6 + 4 / 3 ), 0;

3/ c4 : h = диаграммы масштабируемый фрагмент являет 4 ся необходимым, поскольку, как это типично 3 для задач с условиями Ковалевской, на диа c5 : h = 1 + 4 2, 0;

2 грамме возникают сверхмалые области, кото рые удается детализировать лишь при помощи 2 c6 : h = + 2 / 3 + 2 / 3, 0 1;

значительного увеличения. Один из таких при меров показан на рис. 1, где у фрагмента диа 1 + 4 граммы S h () хорошо видна пара точек возвра c7 : h =, 0;

2 2 та на бифуркационных кривых (вырожденные 1 особенности ранга 1) и все имеющиеся в окре с8 : h = 2 2 / 2, 2 ;

стности оси Ok точки трансверсального пере сечения кривых (невырожденные особенности ( 3 2 / 3 2 ), 2 3 83 ;

ранга 0).

c9 : h = 2 В допустимом квадранте параметров { 0, h 1} множество определяет 33 об u h = 8 + u u 3 ласти структурной устойчивости диаграмм u [2, + ). S h (). Все соответствующие типы диаграмм c10 : 2, 2 (u + 4) построены с помощью разработанной компь = 4u ютерной системы. На основании результатов работы [9], описывающих характер бифурка Компьютерная реализация ций при пересечении точек критических под систем, диаграммы S h () можно оснастить Электронный атлас изоэнергетических диаграмм задачи Ковалевской–Яхья реализован обозначениями атомов бифуркаций и указать в компьютерной системе Mathematica 8. Общий количество связных компонент в областях ре интерфейс показан на рис. 1. Первый ряд – гулярности. Это дает необходимую информа разделяющее множество, изображенное в пер- цию для построения полного списка сетевых вом квадранте плоскости (h, 2 ). В этом квад- топологических инвариантов рассматривае мой задачи.

ранте представлены все области структурной 34 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Рис. 1. Интерфейс программы ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК изоэнергетических уровнях гиростата Ковалевской–Яхья / М. П. Харламов, И. И. Харламова, Е. Г. Шведов // Меха 1. Yehia, H.M. New integrable cases in the dynamics of ника твердого тела. – 2010. – № 40. – С. 77–90.

rigid bodies // Mech. Res. Commun. – 1986. – 13, 3. – 7. Харламова, И. И. Электронный атлас бифуркаци P. 169–172. онных диаграмм тяжелого волчка в магнитном поле / 2. Харламов, П. В. Лекции по динамике твердого тела / И. И. Харламова, Е. Г. Шведов // Известия ВолгГТУ :

П. В. Харламов. – Изд-во НГУ. – 1965. – 221 с. межвуз. сб. науч. ст. № 3 (10) / ВолгГТУ. – Волгоград, 3. Харламов, П. В. Один случай интегрируемости 2011. – (Серия «Актуальные проблемы управления, вы уравнений движения твердого тела, имеющего неподвиж- числительной техники и информатики в технических сис ную точку / П. В. Харламов // Механика твердого тела. – темах» ;

вып. 3). – С. 19–24.

1971. – № 3. – С. 57–64. 8. Харламов, М. П. Области существования критиче 4. Рябов, П. Е. О вычислении бифуркационного мно- ских движений обобщенного волчка Ковалевской и би жества в случае Ковалевской-Яхьи / П. Е. Рябов // Меха- фуркационные диаграммы / М. П. Харламов // Механика ника твердого тела. – 1995. – № 27. – С. 36–40. твердого тела. – 2006. – № 36. – С. 13–22.

5. Гашененко, И.Н. Бифуркационное множество зада- 9. Харламов, М. П. Диаграммы Смейла-Фоменко и чи о движении гиростата, подчиненного условиям Кова- грубые инварианты случая Ковалевской-Яхья / М. П. Хар левской / И. Н. Гашененко // Механика твердого тела. – ламов, П. Е. Рябов // Вестник Удмуртского университета.

1995. – № 27. – С. 31–35. № 4 / УдГУ. – Ижевск, 2011. – (Сер. 1. Математика. Меха 6. Харламов, М. П. Бифуркационные диаграммы на ника. Компьютерные науки. Вып. 4). – С. 40–59.

Ч а с т ь II СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ УДК681.3.01:621. Chi-Ngon Nguyen A METHOD OF HYPOTENSIVE CONTROL SYSTEM DESIGN College of Engineering Technology, Cantho University, Vietnam ncngon@ctu.edu.vn This paper deals with a method of hypotensive control system development under anaesthesia conditions. The mean arterial pressure (MAP) is automatically decreased and maintained at a low level by sodium nitroprusside (SNP) infusion for the purpose of intraoperative applications. In general, based on the feedback value of MAP ex tracted from the Datex AS/3 monitor system, a PID controller drives the SNP infusion rate to regulate blood pres sure (BP) at a desired level. Guyton’s model of cardio-vascular dynamics was modified for modelling the effects of SNP on the circulation. This model was used to design the controller. At starting time of the operation, an identify ing period is applied to estimate the BP response for initial tuning the PID controller that can be called offline tuning method. After that time, a fuzzy gain scheduler (FGS) and a supervising algorithm are also established for online tuning the controller. The control system was tested on 7 pigs under anaesthesia conditions. Experimental results showed that the output reached the target within a short settling time of 4±2.2 min, and a small overshoot of 3±2. mmHg. The MAP was maintained at a reference level during the control action. The results also indicate the safety and stability of the control system.

Keywords: hypotensive control system, anaesthesia conditions, Guyton’s model, PID controller.

ЧиНгон Нгуен МЕТОД ПОСТОРОЕНИЯ ГИПОТЕНЗИВНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Колледж инженерных технологий, Университет Канто, Вьетнам В статье рассматривается метод развития гипотензивных систем управления в условиях анестезии.

Среднее артериальное давления (MAP) автоматически уменьшается и поддерживается на низком уровне по средствомвливания нитропруссида натрия (SNP) с целью интраоперационногоприменения. В целом, осно вываясь на значениях MAPв качестве переменной обратной связи, фиксируемой в системе мониторинга DatexAS / 3, ПИД-контроллер управляет скоростью вливанияSNP для регулирования артериального давле ния (BP) на желаемом уровне. Модель Гайтонадля сердечно-сосудистой динамики была модифицирована для моделирования последствий влияния SNP на кровообращение. Эта модель была использована для раз работки контроллера. К моменту началаоперации, периодидентификации был использован дляоценкиреак ции кровяного давлениядляпервоначальнойнастройкиПИД-контроллерав режиме офф-лайн управления. По слеэтогонечеткое планирование усиления (afuzzygainscheduler,FGS)иалгоритмобучения с учителем также использовались для он-лайн настройки контроллера. Система управления была испытана на 7 свиньяхпод анестезией. Экспериментальные результаты показали, что цель была достигнута за 4±2,2 мин, а небольшое превышение в 3±2,96 мм рт.MAP поддерживалась на уровне опорного уровня в течение управляющего воз действия.Результаты также указывают на безопасность и стабильность системы управления.

Ключевыеслова: гипотензивная система управления, условия анестезии, модель Гайтона, ПИД-конт роллер.

substantial low level, e.g. 70 mmHg, called nor 1. Introduction motensive control, can limit the intra-operative Regulating MAP at a low level is of vital im bleeding, which causes a lot of side effects, such as portance in many clinical situations. In post increased risk of sepsis and organ failure [5, 6]. In surgery, reducing MAP from hypertension to nor control system design, a caution is required to han mal value, e.g. 100 mmHg, called hypertensive dle the wide range of body sensitivities to hypoten control, can promote healing in Intensive Care Unit sive drug such as sodium nitroprusside (SNP) be [1–4]. During cardiac surgery, decreasing MAP to ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ cause, for example, an overdose of SNP can cause The lungs were mechanically ventilated in a vol toxic side effects [6, 7]. Therefore, this work at- ume-controlled mode using a Servo 900 ventilator tends to a deep hypotensive control which is not (Siemens, Munich, Germany) with a positive end only for intra-operative applications but also for expiratory pressure of 5 cmH2O and an FiO2 of studying the behaviors of pigs, such as the perfu- 0.40. Respiratory rate and tidal volume were ad sion of organs, and the reaction of blood pressure justed to maintain normocarbia throughout the ex from deep hypotension. periment. After induction of anaesthesia, the pigs Since middle 1970s, blood pressure control were placed in the supine position and haemody systems have been studied [8]. The control systems namic monitoring was established. For drug appli in [4, 7–10] use SNP for hypertensive control. And cation a central venous catheter (7F, length 20 cm;

[2, 3] use trimethaphancamsilate for normotensive B Braun, Melsungen, Germany) was introduced control. Most of these systems are applied in a long via right internal jugular vein. The central venous time application (e.g., 1-2 days) at the Intensive catheter was advanced 11 to 13 cm to guarantee Care Unit, especially after cardiac surgery. There- correct positioning of its tip in the superior vena fore, they can not be directly applied to hypoten- cava. Central venous pressure was maintained at sive control, which is often used in a short time baseline values by infusion a full-electrolyte solu (i.e., in minutes) for intra-operative applications, tion (Jonosteril;

Fresenius, Bad Homburg, Ger because of unsafe overshoot and long settling time. many) at a rate of 10 ml/kg/h. For the measurement Moreover, at deep hypotensive control, the reac- of MAP a catheter (18G, length 10 cm;

Vygon, tion of blood pressure is strong non-linear, which Ecouen, France) was inserted into the right femoral make not easy to design the automatic blood pres- artery. After the end of the surgical preparation, at sure control system. least 60 minutes were allowed for stabilization be The main approach is to develop a controller fore measurements started. At the end of the ex using a fuzzy gain scheduling method for online periments all animals were euthanized while in tuning a PID controller applied in hypotensive con- deep anaesthesia with a potassium chloride over trol during anaesthesia. Guyton’s model of cardio- dose, according to German laws for animal studies.

vascular dynamics is modified and used as a dy- Control structure. The overview of the hy namical model of pig for tuning the controller. The potensive control system can be presented in Fig.1.

MAP is decreased to a deep hypotensive state, for It contains two PCs, one for the controller and the example at 40 mmHg. The output response is re- other one for data management. The management quired within a short settling time, without over- computer receives and stores pig’s data from shoot, and maintained at reference level during op- DATEX AS/3 monitor system every 5 seconds.

eration. At deep hypotension, an overshoot re- Based on the error between output and setpoint, the sponse may be dangerous for patients such as not control computer generates the next infusion rate enough oxygen to the blood and brain, so the con- for a syringe infusion pump (Graseby 3400). And troller was firstly tested on pigs in animal labora- then, SNP will be delivered to combine with intra tory under anaesthesia conditions. This study was venous (IV) fluid which is maintained at a constant approved by the local Ethics Committee on animal rate. This mixture will be injected to the veins of research. pig to reduce blood pressure.

2. Methods and material IV fluid 2.1. Control system overview Clinical protocol. After getting the approval of MAPref. MAP the local Ethics Committee on animal research, 7 Monitor Inf. PC PC Pig healthy female domestic pigs (age 3–4 months, System Pump - SNP weight 30–34 kg) were premedicated with intra- Controller Graseby AS/3 Manager muscular flunitrazepam and ketamine (0.2 and 10 mg/kg, respectively). General anaesthesia was in duced via an auricular vein with fentanyl (3µg/kg), Fig. 1. Control system setup propofol (2mg/kg), and rocuronium (1mg/kg), and the trachea was intubated with a 7.0-mm cuffed Completing this system, a model of MAP re tube. Anaesthesia was maintained with flunitraze- sponse to SNP is modified based on the large Guy pam (0.7–1 mg/kg/h), propofol (4–6 mg/kg/h), fen- ton’s model of cardiovascular dynamics [11]. This tanyl (2 µg/kg/h), and rocuronium (2–3 mg/kg/h). enhanced model is validated by measured data on 38 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ pigs. And, the PID controller is designed and tested resistances are given in (2), where F is a low pass on animal at the Clinic of Anesthesiology and In- filter.

tensive Care, in the University of Rostock. RSM G = VIM RAM ANU AUM AMM PAM 2.2. Pig model RSNG = VIM RAR ANU AUM ARM PAM + Blood pressure response to sodium nitroprus VIM RVS 1. side (1) In order to model the effects of SNP on MAP, RSM G we measured blood pressure on 7 pigs by the AS/3 RSM = F monitor system. In each experiment, the SNP infu- REM (2) sion rate was maintained at a constant level during RSN G RSN = F its infusion period. The results showed that, after REN reaching steady state, the MAP is increased by the body reaction. Normally, the reaction also appears e Ti s e Tc s y = K + in normotensive control when trying to decrease i s + 1 c s + SNP and maintain the MAP at 70 mmHg for example, but it is really strong and nonlinear in hypotensive y y, (3) v= control, especially at a deep hypotension. That is a y 0, problem for modelling and control the blood pres REN = 1 + v sure. Guyton and his colleagues showed that there exist eight important mechanisms of autonomic REM = 1 + v regulation of arterial blood pressure [12, 14]. And The coefficients of REM and REN are deter all of them were integrated in Guyton’s model of mined by a functional block called SNP effective cardiovascular dynamics [11, 13]. Therefore, we module, which is given in Fig.2. It can be de purpose to modify this model to present the effects scribed by (3) and (4).

of SNP on the circulation. Guyton’s model was developed for the human circulation, in this step, SNP x y v REN we only validate the modified model by measured Tis K e is + data from pigs. Therefore, the resulting model may be used for simulating the pig circulation [18]. 2.3. Modelling solution 1 REM Tcs Guyton’s model consists of 18 modules con- e cs + taining about 600 physiological parameters and variables for modelling the human circulation Fig. 2. SNP effective module which was well documented in [11, 13]. In our Where K is the gain of the body. Ti and Tcpre control system, we reconstructed Guyton’s model sent the initial transport delay and the transport de in MATLAB/Simulink. We also modified the cir lay of body reaction, respectively. i and c are the culatory dynamics module to insert 2 inputs of REN and REM and one output of MAP. Where, response time constants. is a factor of the body REM and REN denote the «effect of SNP on vascu- reaction. The lower limit of v is set to zero to en lar resistance in muscle tissues” and the “effect of sure that REM and REN are not less than one. And presents the ratio of different effect of SNP on SNP on vascular resistance in non-muscle, non renal tissues», respectively. MAP is the change of vascular resistances in muscle and in non-muscle, MAP from the initial value. non-renal tissues.

By systems analysis of Guyton’s model, we The operation of SNP effective module can be found that when the vascular resistances are re- simply described as follows: When the pump is off, duced the blood volume in systemic arteries is de- SNP infusion rate is zero, so y = v = 0, hence REM creased, and thus the arterial pressure is also de- and REN are standardized, i.e., REM = REN = 1.

creased. This is the main idea for modelling the ef- Nothing is changed in blood pressure. When the in fects of SNP on arterial pressure. The original vas- fusion rate is increased, y and v are raised by (3), so cular resistances in muscle tissues RSMG and in REM and REN are all increased, causing the reduc non-muscle, non-renal tissues RSNG of Guyton’s tions in RSM and RSN by (2), leading to a decrease model are described by (1). The modified vascular of blood pressure in the circulatory dynamics.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Table Parameters of SNP Effective Module Paras. Min. Max. Ave. Unit K 0.01 2.2 0.2 1/ml/h -0.9 -0.3 -0.6 T T1 25 195 60 sec i T2 1 25 5 sec Tc 5 14 7 min 15 75 30 sec i 2 1 6 3 min 6 20 8 min c 4 1 25 5 sec 1 3 1.75 2.5. PID controller Fig. 3. A model simulation result A discrete-time version for PID control in this paper In addition, the transport delays and response u(k) = u( k 1 ) + K p [e(k) - e(k - 1)] + K i Ts e( k ) time constants are also different in decrease of Kd MAP and in increase of MAP due to the sign of [e(k) - 2e(k - 1) + e(k - 2)] + dx / dt ([18], see Fig.2). So, we set Ts (5) i = 1, Ti = T1, c = 3 for dx / dt is applied. Where, Kp is proportional gain;

Ki=Kp/Ti (4) and Kd=KpTd are known as the integral and deriva i = 2, Ti = T2, c = 4 for dx / dt tive gains, respectively. And u(k) presents the con with = 0.025, which is experimentally selected trol signal;

e(k) denotes the error between the refer not too small to avoid the effect of noise. ence and process output;

Ts is the sampling interval.

All parameters of the module are given in Ta 2.6. Fuzzy gain scheduler ble 1, which were estimated from measured data It is assumed that the PID gains Kp, Kd and Ki on 7 pigs. A simulation result of the model is pre are in prescribed ranges [Kpmin, Kpmax], [Kdmin, sented in Fig. 3. Kpmax], [Kimin, Kimax], respectively [15]. The appro 2.4. Controller Design priate ranges are determined experimentally and Control structure. The structure of our system will be given in (6). Based on the error between is presented in Fig. 4. This is a PID control system setpoint and process output and the change of er with a fuzzy gain scheduler (FGS). In this block ror, the FGS adjusts for the suitable values of Kp, diagram, the pig’s model is the modified model Kd and Ki in these ranges for the controller.

which was described in section above. Selecting the ranges of Kp, Kd and Kifor the The observer supervises the current infusion FGS requires estimating the dead time L and slope rate and the response of MAP (i.e., MAP) for R of the output response curve similar to Ziegler online updating the FGS during operation. Nichols tuning method. However, in Ziegler Nichols’ method, the identification of maximum slope R takes a long time of waiting for the steady MAPmaxover state output response. So, to reduce identification Fuzzy Gain Observer period, this control system only determines the Scheduler ‘early’ slope R, when the MAP has decreased SNP around 10 mmHg, which was presented in [17-18].

SNP eff. Guyton’s PID After estimating R and L, the initial gains Kp*, Kd* module model MAP Controller MAPref. - and Ki* are calculated as given in Table 2 and Ta ble 3. These parameters are used to determine the Patient’s model ranges of Kp, Kd and Ki in (6), which is experimen tally obtained through simulations.

Fig. 4. The overview of the control structure 40 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ are calculated due to the setting values of the op erator. Let MAPref be the setpoint, and MAP NB NM NS Z0 P maxover be acceptable maximum overshoot. The a) ranges of input fuzzy sets are modified as Emin = Lb MAPmax over [ mmHg ] Emin Emax x=E Emax = MAPmax over [ mmHg ] (7) NB NM NS ZO PS PM PB dEmin = dEmax = b) Where Lb is the lower-bank of the setpoint;

dEmin dEmax dEmin and dEmax are determined by simulations.

x=dE The output fuzzy sets are modified within the S B ranges given in (6). Moreover, they will be updated during operation by a supervising algorithm due c) to the behaviors of the body, which was detailed in [17–18].

Kmin Kmax x = Kp or Kd or Ki Results Fig. 5. a-b) MFs for e(k) and e(k);

c) Membership functions The hypotensive control system was tested by for Kp, Kd and Ki 25 experiments on 7 pigs. A selected result is dem onstrated in Fig.6. The MAP response reached the K p [1.75K *, 0.25K * ] p p target set at 40±5 mmHg within 340s without over * * K d [2K d, 0.5K d ] (6) shoot and was maintained at the setpoint-bank dur ing control activities for 30min.

K i [2K i* 0.25K i*, ] Table Calculating Td* and Ti* due to L L (sec) [min-30] (30-60] (60-90] (90-max] Td* 0.75L 0.35L 0.2L 0.1L Ti* 3.5 Td* 3.5 Td* 4 Td* 4 Td* Table Calculating Kp* due to R -R [min-.05] (.05-.4] (.4-1] (1-max] Fig. 5. A result from animal experiments Kp* 2/RL 6/RL 8/RL 12/RL In Fig.6, when the catheter was empty, al Notes: (*) presents that Kp*, Td* and Ti* are though we refilled it only in around 20s, the MAP only initial values, for setting the FGS other than was still increased approximate 10 mmHg. That using for PID controller directly.

indicated a strong reaction of the body under hy The FGS with 2 inputs and 3 outputs is devel potensive control.

oped for estimating PID gains within above ranges The experimental results showed that the con by 35 tuning rules. The fuzzy set of first input e(k), troller is safe, effective and stable with its specifi which is the error between output and setpoint, is cations given in Table 4. It achieves the purpose of arranged in [Emin, Emax]. The fuzzy set of second input e(k), which is the change of the error, is getting short settling time and no unsafe over shoots.

within [dEmin, dEmax] (Fig.5). At starting time, they ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Table 4 Acknowledgments Performance specifications The authors are grateful to Dr.-Ing. O. Si manski, Dr.-Med. M. Janda, Dr.-Ing. R. Khler, Specifications Values Units Prof. Dr. Benhard Lampe, the University of Rostock, Gearmany, for supporting on blood pres Overshoot 3 ± 2.96 mmHg sure measurement system and many useful discus Rise time 2 ± 1.17 min sions.

Settling time 4 ± 2.20 min Steady-state error 3 ± 1.14 mmHg REFERENCES 1. Behbehani K, Cross RR. A controller for regulation of Discussions mean arterial blood pressure using optimum nitroprusside in fusion rate. IEEE Trans Biomed Eng 1991;

38:513–521.

The system was developed based on Guyton’s 2. Furutani E, Araki M, Sakamoto T, Maetani S. Blood model of cardiovascular dynamics which is a pos- pressure control during surgical operations. IEEE Trans Bio med Eng 1995;

42:999–1006.

sible solution for modelling the effects of SNP on 3. Furutani E, Araki M, Kan S, Aung T, Onodera H, arterial pressure. Using this model has many ad- Imamura M, Shirakami G, Maetani S. An automatic control vantages in simulating and tuning the controller. It system of the blood pressure of patients under surgical opera tion. Inter J Control Automat and Syst 2004;

2:39–54.

is also useful for simulating several other physio 4. Chen CT, Lin WL, Kuo TS, Wang CY. Adaptive control logical parameters in the circulatory dynamics dur- of arterial blood pressure with a learning controller based on ing and after hypotensive control. However, Guy- multi-layer neural networks. IEEE Trans Biomed Eng 1997;

44:601–609.

ton’s model contains a lot of sensitive parameters 5. Ying H, Sheppard LC. Regulating mean arterial pres [13], so it is not easy to validate the modified sure in postsurgical cardiac patients. A fuzzy logic system to model. Moreover, the effects of the intravenous control administration of sodium nitroprusside. IEEE Med and Biolo 1994: 13:671–677.

fluids on the vascular blood volume were not con- 6. Er MJ, Gao Y. Adaptive control strategy for blood sidered in this system that should be studied in the pressure regulation using a fuzzy neural network. IEEE Int ConfSyst Man and Cyber 2003;

3:2120–2125.

future.

7. Gao Y, Er MJ. Adaptive fuzzy control of mean arterial The «early estimation method» for detecting pressure through sodium nitroprusside infusion. Proc. 42nd the dead time L and early slope R of the output re- IEEE Conf Decision and Control, Hawaii, USA, 2003;

2198– 2203.

sponse curve is effective in reducing the identify 8. H. Ying and L.C. Sheppard, «Regulating Mean Arterial ing period. That is also useful in initial tuning the Pressure in Postsurgical Cardiac Patients. A fuzzy logic sys PID controller for a wide range of pig sensitivities. tem to control administration of sodium nitroprusside», IEEE Med. and Biolo., vol. 13, pp. 671–677, 1994.

The combination of the FGS with the supervis 9. Slate JB. Model-based design of a controller for infu ing algorithm may be a suitable method to handle sion sodium nitroprusside during postsurgical hypertension.

the strong nonlinear reaction of the body, espe- PhD thesis, Uni. of Wisconsin-Madison, 1980.

10. Slate JB, Sheppard LC. Automatic control of blood cially at hypotensive state.

pressure by drug infusion. IEE Proc 1973;

129:639–645.

11. Guyton AC, Coleman TG, Granger HJ. Circulation:

Conclusions Overall regulation. Annu Rev Physiol 1972;

34:13–46.

12. Guyton AC, Coleman TG, Cowley AW, Laird JJF, The paper described a method of hypotensive Norman RA, Manning RD. Systems analysis of arterial pres control by SNP infusion using an online FGS for sure regulation and hypertension. Ann Biomed Eng 1972;

PID control. The model of MAP response to SNP 1:254–281.

13. Guyton AC, Coleman TG, Montani JP. Annotation of was modified based on Guyton’s model of cardio- large circulatory model. UniMississippiMedicalCenter, 1993.

vascular dynamics. It is not only useful for design- 14. Guyton AC, Hall LE. Unit IV–The Circulation. In:

ing the controller, but also for studying the behav- Textbook of medical physiology, 1996:159-294 W.B. Saun ders, Philadelphia.

iors of the blood pressure control system under an- 15. Zhao ZY, Tomizuka M, Isaka S. Fuzzy gain scheduling aesthesia conditions. The supervising algorithm for of PID controllers. IEEE Trans Syst Man and Cyber 1993;

23:1392–1398.

online updating the gain scheduler illustrated a 16. Isaka S, Sebald AV. Control strategies for arterial good way to handle the body reactions during op- blood pressure regulation. IEEE Trans Biomed Eng 1993;

eration. Although animal trial results indicated that 40:353–363.

17. Nguyen CN, Simanski O, Schubert A, Khler R, Lam the designed system seems to be effective in hy pe B. An online fuzzy gain scheduling for blood pressure regu potensive control, there exist some problems that lation. Proc 16th IFAC World Congress, Prague, Czech Re require solving in further works. public, 4-8th July, 2005;

Th-A19-TO/3.

42 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 004. А. М. Бершадский, А. Б. Щербань*, Е. М. Подмарькова РАЗРАБОТКА МЕТОДА ФОРМАЛИЗАЦИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ АДМИНИСТРАТИВНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ДЕЛЕНИЯ РЕГИОНОВ Пензенский государственный университет * Пензенская государственная технологическая академия bam@pnzgu.ru, * scherbana@ya.ru, alpha-and-amega@yandex.ru Успешное управление крупной территорией невозможно без ее районирования, которое зависит от раз меров территорий, сложившимися в них хозяйственными связями, национальными, религиозными и други ми особенностями. Рассматривается метод формализации и постановка задачи реструктуризации админист ративно-территориального деления регионов. Перечисляются этапы, которые необходимо выполнить для решения задачи: сбор данных, определение и формализация комплекса ключевых показателей, построение эталонной когнитивной карты и производных когнитивных карт для каждого региона, выполнение объеди нения и оценки полученных вариантов решения.

Ключевые слова: реструктуризация, административно-территориальное деление, районирование, когни тивные карты.

A. M. Bershadsky, A. B. Scherban*, E. M. Podmarkova METHOD DEVELOPMENT AND FORMULATION THE PROBLEM OF RESTRUCTURING OF ADMINISTRATIVE AND TERRITORIAL REGIONS DIVISION Penza State University * Penza State Technological Academy Successful management of a large area can not be done without its zoning, which depends on the size of the ter ritories in which the prevailing economic relations, national, religious and other features. The method of formaliza tion and formulation of the problem of restructuring of administrative-territorial division of the regions is consid ered. Authors lists the steps that must be done to solve the problem: data collection, identification and formalization of a set of key indicators, the construction of a standard and derived cognitive maps of the regions.

Keywords: restructuring of the administrative-territorial division of the regions, zoning, cognitive maps.

Задача реструктуризации административно- лагает решение проблемы финансовой неодно территориального деления на различных ие- родности путем сокращения числа дотацион рархических уровнях [2] в настоящее время яв- ных единиц за счет частичного их объединения ляется актуальной, поскольку ее решение по- с прибыльными.

зволяет решить одну из важнейших комплекс- В работе предлагается формализованный ных проблем, связанных с административным идентификационный структурный подход к по делением, а именно проблему неоднородности становке и решению задачи укрупнения адми административных единиц (демографической, нистративных единиц, как задачи оптимизации социальной, инфраструктурной, финансовой, их объединения по совокупности выбранных экономической и др.). критериев.

Вопрос о реструктуризации административ- Формализация рассматриваемой задачи но-территориального деления, как правило, представляется значимой, поскольку выбор формулируют и решают, как задачу укрупне- схемы управления укрупнением необходимо ния административных единиц путем их объе- производить на основе тщательного изучения динения. Более крупные территориальные об- практического опыта и данных науки, а поиск разования предоставляют возможность объеди- перспективных научных подходов и методов нить бюджеты существующих территориаль- формализованного использования накапливае ных образований, что способствует увеличе- мых результатов в рассматриваемой области нию финансирования при решении конкретных позволит решать проблемы алгоритмизации и экономических и текущих хозяйственных во- автоматизации поддержки принятия решений.

просов в том числе, за счет сокращения расхо- Рассматривая сущность предлагаемого под дов на содержание административного аппара- хода, под задачей реструктуризации админист та. Кроме этого, оптимизация структуры за счет ративно-территориального деления будем по укрупнения административных единиц предпо- нимать следующее.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Пусть некоторое множество R = {r1, r2,...ri...rn } ных шкалах, а других – в количественных. Это значительно усложняет процесс формирования административно-территориальных единиц интегрального критерия эффективности.

отображает существующее административно Поэтому предлагается формализовать пер территориальное деление на некотором уровне вую задачу в терминах идентификационно-струк иерархии. Пусть также сформулирован вектор турного управления, как задачу IS -анализа [5,6].

существенных свойств A = {a1, a2,..a j,..am } по- Идентификационно-структурный подход к, управлению – это возможность применения за зволяющих однозначно оценивать администра кономерностей, принципов и количественных тивно-территориальную единицу с точки зре методов оценивания альтернатив сложных сис ния некоторой обобщенной цели ее существо тем путем формирования и непосредственного вания. Тогда очевидно, что каждому ri R анализа их синтаксических структурных моде можно поставить в соответствие вектор па- лей [5].

раметров выбранных существенных свойств В качестве прототипа при построении и векторный показатель эффективности обобщенной синтаксической структурной мо Q (ri ) = {q1i, q2, q ij,..qm }, где q ij – частный показа i i дели (ОСМ) существующего административно территориального деления предлагается ис тель эффективности aj существенного свойства.

пользовать когнитивную модель объединяю Выбрав частные критерии эффективности и щую множество когнитивных карт существую используя различные формализованные методы щих административно-территориальных единиц оценивания альтернатив, можно построить на и эталонную когнитивную карту администра множестве R отношения нестрого предпочте- тивно-территориальной единицы.

ния по некоторому интегральному критерию Таким образом, алгоритм формирования эффективности. эталонной когнитивной карты будет включать в Полученное отношение предпочтения вида себя следующие обязательные этапы [1,3]. Во rk rk ± l rk ± e' rk ± e''... позволяет обобщенно первых, среди всего множества показателей от бираются наиболее значимые с точки зрения сформулировать задачу реструктуризации ад оценки социально-экономической эффективно министративно-территориального деления как сти регионов. Данный перечень показателей рег задачу разбиения (разрезания) множества R на ламентируется указом Президента РФ № 607 [4], непересекающиеся подмножества R = Rtp, в котором определены критерии оценки дея t где t = 1, 2,3...T, Rt = {r, r..r }, удовлетворяю- тельности органов самоуправления в регионах.

p t t t 1 2 p После чего строится матрица показателей, щие условиям предъявляемая экспертам. По строкам и столб цам данной матрицы идут показатели, а на пе 1)Rtp, Rvp R( Rtp Rvp = );

ресечении эксперт проставляет «+» или «–» в 2)Rtp R ( Rtp 1);

зависимости от того, какую взаимосвязь опи сывает данная пара показателей – положитель 3)Rtp R( r1t rpt ).

ную или отрицательную. Кроме того, эксперт Таким образом, предлагаемый подход к ре- указывает причинно следственные отношения структуризации административно-территориаль- между парами показателей. Затем мнения мно ного деления предполагает формализацию и жества экспертов усредняется, что приводит к решение двух задач: 1) Задача формирования формированию эталонной когнитивной карты.

отношения нестрогого предпочтения на множе- Труд эксперта можно облегчить, если вве стве R ;

2) Задача разрезания множества R на сти автоматизированный расчет зависимостей, непересекающиеся подмножества Rtp. включая автоматическое определение знака связи. Для этого рассчитываются коэффициен Формализация выделенных задач сопряже ты корреляции по каждому показателю, на ос на с определенными трудностями, поскольку в новании данных за несколько лет по каждому первой задаче необходимо решать проблему выбора частных критериев и многокритериаль- району и по области в целом. Преимущество ного оценивания альтернатив, которая ослож- предлагаемого автоматизированного расчета няется тем, что параметры одних существенных заключается в том, что эксперт может не заме свойств административно-территориальных еди- тить каких-то закономерностей во взаимосвязи ниц можно измерять и оценивать в качествен- показателей, которые будут выявлены в авто 44 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ торый задается на множестве Es N 0 E1 – матическом режиме. Но решающее слово оста ется за экспертом, т.к. именно он устанавливает подмножество элементов номинальной шкалы, причинно-следственные связи – в итоговую так что формирующуюся когнитивную карту включа ei Es e j E \ N 0 nk N 0 ( n (ei, nk ) = ются только те показатели, которые одобрены = 1& n (ei, n j ) = 0).

экспертом.

Для наглядности можно представить когни Для моделирования множества видов отно тивную карту в виде ориентированного графа с шений между элементами подмножества Es двумя типами дуг – положительными и отрица используется множество предикатов Vs = тельными.

{ } Следующим этапом является формирование = s, s2,..., s h, sk. Связность h -ого вида эле производных когнитивных карт для каждого ментов Es формализуется с помощью sh Vs, региона. Для их построения используется сле дующий алгоритм. Сначала рассчитываются как h -я синтаксически правильная структурная коэффициенты корреляции между показателя- совокупность, удовлетворяющая условию:

ми для каждого района. После чего сравнива e p, eq Es ek E1 sp ( e p, eq ) =1 sp ( e p, eq ) = ются карты показателей всех районов с эталон- h h ной когнитивной картой [1,3]. При этом для = 0 & sp ( eq, ek ) = 0 & sp ( e p, ek ) = определения наличия ребра между вершинами h h в производной когнитивной карте будет ис- Использование предлагаемой ОСМ факти пользоваться следующая функция: чески означает переход от содержательного 1,если (ai 0 и bi ai ) или (ai 0 и bi ai ) описания когнитивной модели административ = но-территориальных единиц к его синтаксиче 0,если (ai 0 и bi ai ) или (ai 0 и bi ai ) скому аналогу [7,8], формализованному сред где ai – значение коэффициента эталонной кар- ствами инвариантными относительно предмет ты, bi – значение по району. ного описания, обладающему структурной ре На основе когнитивной модели формули- альностью, необходимой для предметного руются ОСМ [5] административно-территори- анализа. В терминах рассматриваемой ОСМ за альных единиц и ОСМ эталонной администра- дачу формирования отношения нестрого пред почтения на множестве R предлагается фор тивно-территориальной единицы [6].

Обобщенную синтаксическую структурную мализовать как задачу поиска частично-изо модель формализовано представим кортежем морфных отображений ОСМ существующих S k = E, n,Vs. Здесь E = Es, E1 – носитель административно-территориальных единиц в ОСМ эталонной административно-территори модели;

Es – подмножество основных элемен альной единицы.

тов носителя, задающих элементы моделируе Формализацию понятия частично-изомор мой системы, в нашем случаи факторы ситуа фного отображения ОСМ административно ций когнитивной карты административно территориальных единиц предлагается про территориальной единицы;

E1 I - подмноже- водить, используя понятие частичной модели ство вспомогательных элементов носителя, ОСМ [5].

идентифицирующее подмножество Es ;

I - уни- ОСМ ( S k )C = EC, vn,VS назовем частич r версальное множество элементов. Каждый ос- ной моделью r-го порядка частичности ОСМ новной элемент носителя синтаксически иден- S k = E, vn,VS, если при rk, VS = VSe VSr, тифицируется (нумеруется) в подмножестве VSe = l, VSr = r, удовлетворяются условия:

Es, с помощью двухместного предиката n, ко 1) (ei1, n1j Ec )(ei, n j E )(VSe VS )(vSt VSe )(ei1, e1 ESc )(ei, er ES ) r [ei1 ei & e1 er & n1j n j & vn (ei1, n1j ) = vn (ei, n j ) = 1& vSt (ei1, e1 ) = vSt (ei, er )];

r r 2) (VSr VS )(vSh VSr )(ei, er ES )(ei1, e1 ESc )[ei1 ei & e1 er & r r vSh (ei1, e1 ) = 0 & &vSh (ei, er ) = 1].

r ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ изоморфного отображения типа I : S1k ( S2 )c, kr Частичная модель ( S k )C отличается от ее r ОСМ отсутствием отдельных связей не во всех kr где ( S2 )c – частичная модель r-го порядка k видах, а лишь в r видах, где rk. Если r=k, то k ОСМ S 2.


( S k )C.превращается в ( S k )C.

r k k В этом случае, будем считать, что S1 явля Введенное понятие частичной модели ОСМ позволяет обобщенно формализовать частично- ется частично-изоморфным отображением l-го изоморфное отображение необходимое для ре- k порядка S 2 и обозначим такой тип отображе шения задачи реструктуризации администра ния e CI : S1k ~ S2.

k тивно-территориального деления следующим Используя введенные формализации час образом.

тично-изоморфных отображений ОСМ, задачу ОСМ k-го порядка S1k и S 2 назовем частич k формирования отношений предпочтений на но-изоморфными l-го порядка, где 1 l k, множестве R будем рассматривать как задачу l = k r, если существует изоморфное отобра- поиска частично-изоморфных отображений жение типа I : ( S1k )c S2, где ( S1k )c – частич r k r ОСМ когнитивной в карты эталонной админи стративно-территориальной единицы в ОСМ ная модель r-го порядка частичности ОСМ S1k.

когнитивных карт существующих администра k В этом случае будем считать, что S 2 явля- тивно-территориальных единиц. В качестве ется частично-изоморфным отображением l-го примера данную задачу для ОСМ первого порядка S1k и обозначим такой тип отображе- порядка сформулируем задачу следующим об разом:

ния e CI : S1k ~ S2.

k для S1 = E1, vn, vsp и S2 = E2, vn, vsp, Аналогично формализуем понятие частич E1 = E2, при найти отображение k но-изоморфного отображения l-го порядка S 2 в : S1 S2 (CI : S1 S2 ), удовлетворяющее сле 1 1 1 S1k. Достаточным условием существования та дующим условиям:

кого типа отображения является существование ( ) 1)ei1, n1j E1ei2, n 2 E2 ei1 ei2 & n1j n 2 vnp ( ei1, n1j ) = vnp ( ei2, n 2 ) ;

j j j ( ) 2)ei1, e1 E1ei2, er2 E2 ei1 ei2 & e1 er2 vsp ( ei1, e1 ) = vsp ( ei2, er2 ) ;

r r r Z = min Z, щие в дальнейшем формализовать и решить за по критерию дачу оптимизации административно-террито E1 E1 риального деления.

( ) где Z = vs ( ei, er ) vs ( ei, er ) – по p 11 p 2 Главным в предложенном подходе является не столько процедура решения сформулиро i =1 r = казатель частичности изоморфного отображе- ванной задачи, которая в последующем стано ния CI : S1 S2 ;

1 вится предельно понятной, сколько формализа ция учета структурных особенностей задачи в В приведенной формализации S1 интерпре- процессе ее постановки. Предлагаемый подход тируется как ОСМ эталонной когнитивной кар- на наш взгляд обеспечивает исследователя дос таточно простым и понятным инструментом ты, а S 2 как ОСМ из множества R.

формализации, позволяющим уточнить пони Величина Z,оценивающая частичность мание задачи и получить эффективные методы изоморфного отображения, в дальнейшем ис ее решения.

пользуется в качестве оценки предпочтения ОСМ множества R. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Предложенный подход позволяет учиты 1. Бершадский, А. М. Методика поддержки принятия вать трудно формализуемые когнитивные ас решений для реструктуризации административно-террито пекты, в процессе оценивания существующего риального деления / А. Бершадский, А. С. Бождай, Е. М. Под административно-территориального деления и марькова // Открытое образование. – 2012. – № 2 (91). – получать количественные оценки, позволяю- С. 26–29.

46 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 2. Корытный, Л. М. О необходимости и возможности дений: Поволжский регион. Сер. Технические науки. – реформирования административно-территориального де- 2009. – № 1(9). – С. 12–28.

ления России / Л. М. Корытный // Сборник докладов XXV 6. Щербань, А. Б. Структурно-синтаксический подход к МАРС. Под ред. С. С. Артоболевского и Л. М. Синцерова. – поиску альтернатив управления сложными системами М.: Институт географии РАН, 2008. – С. 5–15. [Текст] / А. Ф. Зубков, А. Б. Щербань, И. А. Семенов // Науч 3. Подмарькова, Е. М. Особенности методики рест- но-технические ведомости СПб ГПУ. Сер. Информатика, Те руктуризации административно-территориальных единиц лекоммуникации, Управление. – №3 (101). – 2010. – С. 45–49.

государственного управления / Е. М. Подмарькова // Ин- 7. Бождай, А. С. Концепция комплексной инфраструк новационные информационные технологии: Материалы туры территории для решения проблемы интеграции меж международной научно-практической конференции. – М.: отраслевой статистики / А. С. Бождай // Вестник Воро М ИЭМ, 2012. – С. 555–556. нежского государственного технического университета. – 4. Указ Президента РФ от 28 апреля 2008 г. № 607 2011. – Т. 7. – № 1. – С. 214–220.

«Об оценке эффективности деятельности органов местно- 8. Бершадский, А. М. Методы и модели информационно го самоуправления городских округов и муниципальных го мониторинга социальной инфраструктуры территории / районов» [Электронный ресурс] – 2010. – Режим доступа: А. М. Бершадский, А. С. Бождай // Известия ВолгГТУ : меж http://emsu.ru/nmsu/2008/0428_ukaz.htm/ вуз. сб. науч. ст. № 1(27) / ВолгГТУ. – Волгоград, 2007. – 5. Щербань, А. Б. Обобщенные структурные модели (Серия «Актуальные проблемы управления, вычислитель информационных объектов / А. Б. Щербань, К. Е. Братцев, ной техники и информатики в технических системах» ;

Т. В. Жашкова [и др.] // Известия высших учебных заве- вып. 1). – С. 17–22.

УДК 519: Г. И. Брызгалин ПАРАДОКС ЛЖЕЦА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ИНЖЕНЕРА-ОЦЕНЩИКА Волгоградский государственный технический университет dvr@vstu.ru Одна из проблем современного математического образования инженера состоит в выборе исходных по зиций, с которых математика была бы представлена живой, естественным образом развиваемой самим ин женером наукой в процессе его основной профессиональной деятельности. В этом плане известный пара докс лжеца разрешается за счет введения субъекта – оценщика, выносящего суждение о качестве известного высказывания Евбулида из Милета.

Ключевые слова: инженерное дело, логика, экспертная оценка, логическое противоречие.

G. I. Bryzgalin ENGINEER APPROACH TO PARADOX OF LAYER Volgograd State Technical University The problem of mathematical education for engineer and valuation paradigm are discussing for solving «para dox of layer» of mathematical logic.

Keywords: engineering, logik, expert evaluation, paradox.

Предметом логики не является внешний мир, но лишь системы его осмысления. Логика одной из таких систем – математики – в силу своей нормализованности представляет подобие жесткого трафарета, который можно накладывать на любую другую систему… Ю. И. Манин [1] Каждое слово может иметь много смыслов. собственно надо инженеру – та математика, о Каждое высказывание может быть воспринято которой математики пишут свои толстые книги как истинное либо как ложное – в зависимости или, может быть, некоторое ее упрощенное или от его внутреннего содержания, внешних по же усеченное подобие?

отношению к его тексту обстоятельств, образо- Обращение к историческому опыту и со ванности, кругозора, жизненного опыта, а так- временной практике инженерных экспертиз же внутреннего настроя оценивающего его че- указывает: ни то, ни другое.

ловека. Учитель Демокрита Евбулид высказал сле Можно прочитать серьезную книгу по ма- дующее предложение: «Житель Крита Эпиме тематической логике и в итоге осознать, что нид говорит: «Все критяне лжецы» [2]. Далее перестал понимать, зачем все это нужно. В та- это высказывание приводится в редакции Ари кой ситуации возникает законный вопрос, а что, стотеля: «Лжет ли тот, кто говорит, что он ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ лжет?». В кратчайшей форме это выражают том, производящим оценку формы и истинно так: «Я лгу». Противоречие заключается в том, сти интересующего его высказывания.

что если признать, что говорящий лжет, то вы- Иными словами, инженеру не остается ино ходит, что он говорит правду. Если же при- го выбора, кроме как взять на себя роль незави знать, что он не лжет этой своей фразой, то симого, внешнего по отношению к тексту придется поверить, что он лжет. Как же тогда оценщика, т. е. применить оценочный подход, оценить такое элементарное и, казалось бы, или, если угодно, наложить свою оценочную вполне правильное по форме высказывание: парадигму, оставаясь в остальном (так мы как как истинное или как ложное? будем полагать здесь), в рамках формальной Для начала погрузим предложение в житей- логики высказываний.

скую ситуацию, подобную той в фильме Каждое предложение, «претендующее»

«Джентльмены удачи», где молодой «джентль- стать логическим высказыванием, должно мен» сбежавший из тюрьмы, признается себе: иметь подлежащее и сказуемое. Подлежащее в «Дурак я, дурак, все ворую и ворую!». Услы- любом предложении для читателя, слушателя шав от кого-то заявление «Я лгу», обычный че- или оценщика представляет собой контекст ловек, немного поразмыслив и, не дождавшись ный объект его восприятия – предмет, который продолжения – конкретно высказанной лжи, подлежит описанию его свойств в тексте дан резонно может решить, что говорящий кается ного высказывания. А сказуемое – то, что сказа в прошлых грехах. В этом случае, в данном вы- но о подлежащем, – как раз и выражает харак сказывании нет никакого противоречия: соот- терное свойство этого контекстного объекта.

несение высказывания со смыслом ситуации, Именно осмысленное восприятие оценщи в которой оно произнесено, помогает правиль- ком грамматической формы текста, в котором но понять, а затем оценить его истинность. объект, занимающий место подлежащего, об Но смысл высказывания относится, как го- ладает свойством, выраженным через сказуе ворят логики, к семантике интерпретации, а за- мое, превращает этот отрезок текста в предло дача формальной логики состоит в том, чтобы жение, которое приобретает качество логиче разбираться с текстом как таковым. Однако, ского высказывания.

поскольку попытки непосредственного опреде- Ввиду неоднозначной определенности фор ления истинности рассматриваемого утвержде- мулировки изучаемого высказывания обсудим ния, исходя из текста антиномии Евбулида, три возможных варианта ее трактовки самим в течение более двух тысяч лет не привели к говорящим.


разрешению противоречия, будем строить «сис- (а) «Я, бывает, лгу»: множество подразуме тему его осмысления». Это тем более оправдано, ваемых при этом высказываний содержит как что само утверждение строилось не одним «про- точки, которые оцениваются как «ложь», так и стым» человеком, а целым рядом философов, точки, получающие оценку «истина».

специально подбиравшим для него тот смысл, (б) «Я лгу, произнося это предложение»:

который ведет именно к противоречию. множество высказываний содержит только од Любое конкретное высказывание связывает ну точку, оцениваемую как «ложь».

двух субъектов: говорящего (или пишущего) и (в) «Я лгу всегда»: рассматриваемое мно воспринимающего его речь (текст). Говорящий жество состоит только из ложных высказы субъект, изрекая свои слова, воздействует на ваний.

того, к кому он обращается, как на объект. Во всех этих случаях, говорящий субъект Согласно своей профессиональной обязан- «Я» обозначил себя как подлежащее в выска ности, инженер призван давать обоснованную занном им предложении. Тем самым, он со оценку истинности любого воспринимаемого вместил в подлежащем одного предложения им делового утверждения. Если он при этом два системно разных объекта – ситуационный слепо поверит тому, кто его произнес, то ока- (тот, кто произносит предложение), и контекст жется в роли объекта, мыслями которого ный (о котором говорится в тексте). Далее управляют извне. В противном случае он вы- субъект привел слово «лгу» в качестве сказуе нужден взглянуть на произносящего высказы- мого и тем самым взял на себя третью роль – вание субъекта как на ситуационный объект, оценщика, сам определив значение истинности порождающий текст, а себя считать сторон- высказанного им предложения. Такое тройное ним по отношению к этой ситуации субъек- наложение ролей, безусловно, должно насто 48 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ рожить внешнего оценщика хотя бы тем, что мету. Противоречие полностью устраняется его функция узурпирована говорящим. указанием на отсутствие предмета оценива Случай (а) по существу, уже рассмотрен ния – осмысленно и правильно составленного выше. Для него находится возможность непро- утвердительного предложения.

тиворечивого толкования: оценщик имеет воз- Последний вариант (в) «Я лгу всегда»

можность свободного выбора своей оценки, оценщик будет классифицировать как ложь, ес проведя соответствующую экспертизу, либо ли сочтет, что этот человек, хотя бы однажды просто поверив, или же не поверив, говоряще- когда-то говорил правду, и может расценить му, что тот совершал ложные высказывания эти слова как истинное высказывание, если со в прошлом,. чтет, что говорящий до этого (!) действительно В случае (б), на взгляд внешнего оценщика, только лгал, а произнося эту фразу, подводит возникает явное противоречие. В отличие от итоги прошлого. Если же высказывающий на предыдущего случая, здесь оцениваются не стаивает, что лжет и сейчас – этой своей фра множество прошлых высказываний, а одно зой, то оценщик может объяснить ему изло конкретно произносимое в настоящий момент, женное выше о варианте (б) и указать, что в та которое оценивающий субъект обязан профес- ком случае получается сознательно организуе сионально оценить. Однако говорящий контек- мое им ложное логическое противоречие – стный объект утверждает ложность произноси- интеллектуальная уловка, софизм.

мого им высказывания взамен того, чтобы его Таким образом, природа парадокса раскры завершить: высказывания нет, пока отсутст- вается вполне в духе французского логика Пье вует ожидаемое и грамматически необходимое ра Абиляра, см., например [2], – именно по сказуемое, лукаво подмененное квазисказуе- средством анализа «значений соответствую мым «лгу». щих речей», позволяющих в достаточной пол В круг обязанностей инженера-оценщика, ноте раскрывать смысл «универсалий» – по сути производящего в рассматриваемой си- фундаментальных понятий, не поддающихся туации диагностику текста, может быть вклю- краткому однозначному определению через чена и процедура выбора вариантов оценивае- другие однозначно понимаемые слова. В дан мого высказывания с целью возмещения воз- ном случае роль такой универсалии играет можных неопределенностей, порождаемых ин- весьма востребованное ныне в инженерной дивидуальными особенностями носителя деятельности понятие экспертной оценки, см., естественного языка. например, [4,5].

В книге [3] вариант (б) представлен в иной, логически более четко выраженной форме. Заключение Некто говорит: «Фраза, которую я сейчас Логические антиномии – не есть примеры произношу, ложна». Ситуационный субъект ущербности естественного языка, как иногда «некто» назвал предмет (подчеркнутая здесь полагают, пеняя на неоднозначность смысла, часть предложения), о котором собрался сде присущую его текстам. Напротив, это образцы лать высказывание. После такого развернутого проникновения их авторов в изощренные спо подлежащего он ставит своему незавершенно собы выражения хода человеческой мысли, му «высказыванию» оценку «ложно», также который математическая логика призвана мо выдавая эту оценку за сказуемое предложения.

делировать, либо классифицировать.

Как известно, оценка высказывания – это Неопределенность истины в структурах гостья из иного мира, называемая метавыска формальных систем и то очевидно неустрани зыванием над оцениваемым высказыванием.

мое обстоятельство, что логические исчисления Метавысказывание должно иметь подлежащим и сама логика живут в среде естественного само оцениваемое высказывание в целом, а не языка, показывают необходимость системного его часть. Рассмотренное же здесь предложение исследования его взаимоотношений с искус построено как химера, составленная из подле ственными и научными языками.

жащего незавершенного высказывания и ска Проблема парадоксов – этих «черных дыр», зуемого не начатого метавысказывания. Фор где исчезает понятие истины, осложняет жизнь мально выглядя правильным, исследуемое логикам и математикам, но влечет их новыми предложение скрывает факт применения про горизонтами (или же миражами).

цедуры оценивания к несуществующему пред ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Однако инженеру, творчески применяюще му логику в своем ответственном и неотлож- 1. Манин, Ю. И. Доказуемое и недоказуемое / Ю. И. Ма нин. – М. «Советское радио», 1979.

ном деле, надобно, как воину или врачу, знать 2. Стяжкин, Н. И. Формирование математической «свой маневр» и владеть средствами его логики / Н. И. Стяжкин. – М. «Наука», 1967.

3. Ершов, Ю. Л. Математическая логика: учеб. по осуществления. Одно из действенных средств – собие для вузов / Ю. Л. Ершов, Е. А. Палютин. – М., Нау системный оценочный подход к ситуациям ка, Гл. редакция физ.-мат. литературы. – 1987.

выбора истинностных значений, логических 4. Литвак, Б. Г. Экспертная информация. Методы по лучения и анализа / Б. Г. Литвак. – М., «Радио и связь». – 1982.

функций, а при необходимости и самих логи 5. Брызгалин, Г. И. Оценочные структуры на булевых ческих теорий. алгебрах. «Справочник. «Инженерный журнал» / Г. И. Брыз галин. – М., Изд. Машиностроение. – № 11. – 2010.

УДК 621.398(Д) А. В. Дикарев ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ В ЗАДАЧАХ СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОАО «НИИ Гидросвязи «Штиль»

dikarev-aleksandr@yandex.ru В статье рассматривается применение микроэлектромеханических акселерометров для решения задач угловой стабилизации видеосенсоров систем технического зрения, располагающихся на подвижном основа нии. Приводятся результаты экспериментов, схемные решения и методы обработки сигналов акселерометра.

Ключевые слова: угловая стабилизация, стабилизация изображения, микроэлектромеханический акселе рометр, шаговые двигатели.

A. V. Dikarev APPLICATION OF MEMS ACCELEROMETER IN THE STABILIZATION PROBLEM IMAGE JSC «SHTIL»

Mobile computer vision systems cameras angular stabilization problem solving with iMEMS-accelerometers are presented. Experimental results, scheme solutions and accelerometer signal processing methods are discussed.

Keywords: angular stabilization, video stabilization, iMEMS accelerometer, stepping motors.

В настоящее время все большее распростра- а так же для незначительных угловых отклоне нение получают системы технического зрения, ний в продольной плоскости. Фактически, ком располагающиеся на подвижном основании. пенсация значительных угловых отклонений в В то же время есть стойкая тенденция в умень- поперечной плоскости не может быть выполне шению непосредственного участия человека на программными методами, что вызвано не в принятии решений, увеличению автономно- только ограничением по размеру фотоматрицы, сти и мобильности роботизированных ком- но ресурсоемкостью и отсутствием робастных плексов, решающих самые разные задачи – от методов определения углового преобразования обследования опасных объектов и забора проб, для двух последовательных кадров.

до стыковки космических и подводных аппара- В связи с этим, особый интерес представ тов. В связи с этим особо актуальными следует ляют методы аппаратной стабилизации. В на считать задачи, связанные с разработкой и со- стоящее время в задачах стабилизации широкое вершенствованием систем стабилизации изо- применение находят различные микроэлектро бражения. В частности, о существовании труд- механические сенсоры: гироскопы, акселеро ностей в работе систем распознавания образов метры и пр.

базирующихся на подвижном основании, со- Особый интерес для задачи угловой стаби общают авторы[1]. лизации вызывают iMEMS-акселерометры, в ча Как отмечается в работах [2, 3], решение стности, из-за возможности регистрации силы проблемы компенсации межкадровых смеще- тяжести, с последующим определением вели ний программными методами является оправ- чины ее проекции и пересчетом в угол наклона данной только для линейных перемещений, относительно горизонтальной плоскости.

50 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ В данной статье в качестве датчиков угло- терфейс сопряжения SPI. Диапазон измерения вого отклонения был применен сенсор для обеих осей составляет +/-90°.

ADIS16209 фирмы Analog Devices Inc. [4]. Ука- График на рис. 1 демонстрирует уровень занный сенсор имеет на сегодняшний день мак- шумов сенсора при движении по грунтовой до симальную угловую точность среди iMEMS- роге со скоростью 20 км/ч без наклона. По сенсоров (порядка 0.1°) для двух измеритель- грешность вызвана воздействием рельефа до ных осей, компенсацию температурного дрей- рожного полотна: при возникновении вибрации фа нуля, а так же встроенный настраиваемый вдоль чувствительных осей сенсора детектиру цифровой фильтр скользящего среднего и ин- ется ложный наклон.

Рис. 1. Детектирование ложного наклона при воздействии дорожного полотна (продольная и поперечная оси, расположенные в горизонтальной плоскости) На рис. 1 приведена характерная для грун- минимальное компенсируемые угловые откло товой дороги картина показаний инклинометра нения +/– 45° и +/–1.5° соответственно. В каче на базе сенсора ADIS16209. По результатам стве фильтра применяется комбинированный экспериментов, проводившихся в условиях рекурсивный переключаемый (-) фильтр, грунтовых дорог и пересеченной местности, схожий по принципу работы с фильтром, опи можно сделать заключение о том, что для ско- санным в статье [2].

ростей движения до 20 км/ч максимальное зна- Поскольку инклинометр физически является чение шумовой составляющей угла наклона от- датчиком ускорения, то для нивелирования вли носительно горизонта составляет не более 2°, яния воздействия со стороны приводов на его среднее же колеблется в диапазоне от 0.2° до показания, он располагается на нестабилизируе 1.5°. Всего было проанализировано более 50 мой платформе, а жесткая связь углового поло записей длиной от 2 до 10 минут при движении жения камеры и наклона основания СТЗ обеспе по дорогам с грунтовым, щебневым и сильно чивается применением шаговых двигателей.

изношенным асфальтовым покрытием на ско- В связи с дискретностью перемещения ро рости 20 км/ч. тора, шаговым двигателям свойственен неже В работе [3] сообщается, что для большин- лательный эффект резонанса, основным отри ства задач стабилизации приемлемой является цательным следствием которого в системах точность в 1–1.5°. Для достижения заданной управления является пропуск шагов, вызван точности в 1.5° данные инклинометра необхо- ный резким падением момента и последующая димо подвергать фильтрации. Для фильтрации потеря синхронности [5], помимо этого, при шумов инклинометра, вызванных неровностью креплении видеокамеры на валу двигателя виб дорожного полотна и инерцией при маневрах рации снижают качество изображения, что бы по углу курса, может быть спроектирован ло проверено экспериментально и хорошо про фильтр, в котором в качестве граничных усло- иллюстрировано на рис. 2, а.

вий берутся предельная компенсируемая угло- Зависимость для определения резонансной вая скорость, равная 15°/сек, максимальное и частоты [5] представлена ниже:

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ны две фазы двигателя. В результате угловое перемещение ротора составляет лишь половину (1) полного шага, характерного для работы в ре где F0 – резонансная частота;

N – число полных жиме полного шага с попеременной коммута шагов на оборот;

TH – момент удержания для цией или перекрытием фаз [5].

используемого способа управления и тока фаз;

Ситуация, проиллюстрированная на рис. 2, а JR – момент инерции ротора;

JL – момент инер- объясняется явлением чересстрочной разверт ции нагрузки. ки, возникающем вследствие колебаний вала Как видно из (1) любое изменение момента двигателя поперечной угловой стабилизации, инерции нагрузки влечет за собой изменение на рис. 2, б изображение, полученное при рабо резонансной частоты, что делает малоэффек те того же двигателя в полушаговом режиме.

тивными методы, основанные на применении В данной работе использовались шаговые эластичных муфт, вязкого трения, электриче униполярные двигатели с точностью 1.8°/шаг, ского демпфирования или избегании опреде работающие в полушаговом режиме, так что ленных частотных полос вращения ротора.

точность позиционирования составляет 0.9°.

В связи с этим наиболее действенным способом При выбранной шаговой частоте 400 Гц обес борьбы с явлением резонанса является приме печивается скорость вращения вала 360 °/сек.

нение режима дробления шага (полушаговый Частота дискретизации показаний инклиномет режим), когда на каждом втором шаге запитана ра составляет 600 Гц.

лишь одна фаза, а в остальных случаях запита а б Рис. 2. Влияние вибраций, возникающих при работе двигателя поперечной угловой стабилизации в режиме перекрытия фаз (полный шаг) а) и в режиме дробления шага (полушаг) б) Алгоритм управления приводами и обра- Обобщенная схема блока аппаратной ком ботка показаний инклинометра реализованы пенсации угловых отклонений представлена при помощи микроконтроллера STM32F100 с на рис. 3.

ядром Cortex-M3[6].

Рис. 3. Обобщенная схема блока аппаратной компенсации угловых отклонений 52 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ нов // Известия ВолгГТУ : межвуз. сб. науч. ст. № 3 (76) / На схеме изображены: dF/dt(,) – внешнее ВолгГТУ. – Волгоград, 2011. – (Серия «Актуальные про возмущающее воздействие по продольной и блемы управления, вычислительной техники и информа поперечной осям;

(t) и (t) – угловые отклоне- тики в технических системах» ;

вып. 10). – С. 52–56.

ния от горизонта в продольной и поперечной 2. Дикарев, А. В. Метод предупреждения ложных стра осях соответственно;

d1(t) и d2(t) – дискретная батываний алгоритмов компенсации межкадровых сме щений в условиях меняющегося фона / А. В. Дикарев // функция управления шаговым двигателем, Материалы IV международной конференции «Современ принимающая значения: 1-прямой ход, 0 – ос- ное состояние естественных и технических наук». – М., тановка, -1 – реверс;

D1(t), D2(t) – управляющий 2011. – С. 61–66.

сигнал, переключающий обмотки шагового 3. Слынько, Ю. В. Разработка и исследование алго ритмов определения геометрических преобразований кад двигателя.

ров видеопоследовтельности и их применение к задачам Таким образом, описанный метод, основан стабилизации, сопровождения и селекции движущихся ный на применении микроэлектромеханическо- объектов: Диссертация на соискание ученой степени кан го акселерометра, позволяет реализовать про- дидата физико-математических наук / Московский Физи стую и надежную систему угловой стабилиза- ко-Технический Институт (Государственный универси тет). – М., 2008. – 127 с.

ции видеокамер, базирующихся на подвижном 4. ADIS16209 High accuracy, dual-axis Digital incli основании. Показано влияние вибраций приво- nometer and accelerometer with SPI // datasheet. Analog да на качество изображения и предложен метод Devices Inc. 2009.

устранения этого влияния. 5. Кенио Такаши. Шаговые двигатели и их микропро цессорные системы управления: Пер. с англ., М.: Энерго атомиздат, 1987. – 199 с.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 6. STM32F100xx low & medium-density value line, ad 1. Быков, С. А. Адаптация алгоритмов технического vanced ARM-based 32-bit MCU with 16 to 128 kb Flash, зрения для систем управления шагающими машинами / 12 timers, ADC, DAC & 8 comm interfaces // datasheet, С. А. Быков, А. В. Еременко, А. Е. Гаврилов, В. Н. Скаку- STMicroelectronics, 2011, 87p.

УДК 004.031. Д. Ю. Молоканов, П. П. Кудряшов, А. М. Герасимов, С. А. Фоменков АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ГОЛОЛЕДНОЙ НАГРУЗКИ НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Волгоградский государственный технический университет molokanov.denis@gmail.com, kudryashov@itnent.com, alexander.gerasimov@itnent.com, saf@vstu.ru В работе рассмотрена проблема образования гололедной нагрузки на воздушных линиях электропереда чи, приведено описание современных систем мониторинга состояния воздушных линий электропередачи, а также предложено описание функциональной структуры и архитектуры автоматизированной информаци онной системы контроля гололедной нагрузки на воздушных линиях электропередачи.

Ключевые слова: гололед, гололедообразование, линии электропередачи, высоковольтные линии элек тропередачи, проектирование, автоматизированные системы.

D. Y. Molokanov, P. P. Kudryashov, A. M. Gerasimov, S. A. Fomenkov AUTOMATED INFORMATION SYSTEM OF ICE ACCRETION ON ELECRIC POWER LINES MONITORING Volgograd State Technical University This article considers the problem of ice formation on power lines, describes modern automated systems of power lines status monitoring and proposes a description of functional structure and architecture of the automated information system of ice accretion on electric power lines monitoring.

Keywords: glazed frost, icing, power lines, high-voltage power lines, design, automated systems.

Снижение надежности функционирования ским испытаниям. Примерно половина от об электросетей характерно для гололедных рай- щего числа отказов связано с повреждением онов, где воздушные линий электропередачи или обрывом грозотроса или фазных проводов, (ВЛЭП) подвержены опасным метеорологиче- основными причинами которых являются обра ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ зование сверхрасчетных гололедных нагрузок и щая с устройств телеметрии достаточна, свое превышение их допустимого уровня, а также временна и точна. В настоящее время сущест действие вибрации и пляски проводов при вует несколько программных систем в той или сильных порывах ветра. ВЛЭП Волгоградской иной степени позволяющие организовать мони области располагаются большей частью в чет- торинг состояния сети ВЛЭП.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.