ivdon3@bk.ru
В статье представлен анализ проблем диагностики и восстановления дыхательной системы человека после перенесенных заболеваний, в том числе COVID-19. Проведен обзор аналогов малогабаритных спирометров. На базе чего разработан индивидуальный малогабаритный прибор для эффективной тренировки дыхательной системы. Описана функциональная схема пневмотренажера и разобраны основные тренажерно-игровые сценарии для достижения лечебного эффекта.
Ключевые слова: дыхательная система, COVID-19, пневмотренажер, портативный прибор, датчик давления, МЭМС технологии
05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения
В статье рассмотрены требования к автоматизированным системам контроля при производстве приборов ориентации по Земле. Проанализированы различные типы интерферометров, для использования в автоматизированной системе контроля изготовления приборов ориентации по Земле. Приведен обзор наиболее распространенных моделей интерферометров, обсуждены в деталях характеристики и особенности их схем, тенденции развития и производители. Произведено сравнение параметров нескольких импортных и отечественных интерферометров, пригодных для использования в автоматизированной системе контроля. Рассмотрены достоинства и недостатки интерферометров по схемам Жамена, Маха-Цендера, Саньяка, Майкельсона и Физо. На основании параметров исследуемой задачи обоснован выбор в пользу конфигурации интерферометра по схеме Физо. Всем требованием наиболее полно удовлетворяет интерферометр фирмы ООО «Оптотехническая лаборатория» OptoTL-60/125.
Ключевые слова: автоматизированная система контроля, лазерный интерферометр, интерферометр Физо, оптика, фотоника, оптическое производство, интерферометрия
В статье описано моделирование в среде Simulink работы шагового двигателя, используемого в качестве электропривода механизма сканирования для прибора ориентации на Землю. Цель исследования – определить минимум затрачиваемой мощности в заданном диапазоне значений по индуктивности и сопротивлению. При обнаружении неработоспособности модели выше некоторых значений указанных величин, диапазон измерений сужается до области, где энергии достаточно для правильной отработки заданного угла. Моделирование опирается на параметры двигателей линейки NEMA 17, в частности NEMA 17HS3410. Управление напряжением в системе происходит посредством пропорционально-интегрального регулятора (ПИ-регулятора), показано влияние регулятора на энергопотребление системы. Найдены наименьшие значения мощности, при которых двигатель работоспособен. Результаты работы визуализированы в виде трёхмерных поверхностей, выработаны рекомендации по продолжению исследований.
Ключевые слова: шаговый двигатель, моделирование, прибор ориентации на Землю, энергопотребление
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Распознавание излучения от небесных тел техническими средствами является важной задачей при ориентации космических аппаратов. Для устройства, входящего в состав прибора ориентации по Земле, исследован вариант моделирования усилителя электронного сигнала, полученного от пироэлектрического датчика. По рекомендации разработчиков изучены свойства трансимпедансных операционных усилителей, подобраны подходящие коэффициенты для цепи отрицательной обратной связи. Изучен вид выходного сигнала модели в сопоставлении с записью значений, снятых с реального фотоприёмного устройства. Показан предпочтительный вариант оформления модели в среде Matlab Simulink – модель, задаваемая электрической схемой с помощью библиотеки Simscape Electrical.
Ключевые слова: моделирование электрических схем, космическая ориентация, фотоприёмное устройство, трансимпедансный усилитель, оптико-электронные приборы, космическое приборостроение
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
В статье описываются результаты моделирования электропривода динамической модели механизма сканирования прибора ориентации по Земле в основе которого лежит гибридный шаговый двигатель. Моделирование опирается на параметры электромотора NEMA 17HS3410. Приводится краткое описание и особенности гибридных шаговых двигателей. Приводится математическая модель и показывается влияние таких параметров как сухое и жидкостное трение на работу привода. Показывается, что для управления механизмом сканирования можно применять как П-регулятор, так и ПИ-регулятор.
Ключевые слова: шаговый гибридный двигатель, электропривод, математическая модель, момент инерции, сухое трение, ротор, статор, угловая скорость, момент силы, Simulink
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
В настоящее время можно наблюдать общемировую тенденцию к внедрению так называемой цифровой энергетики в целях оптимизации распределения и использования энергоресурсов с помощью современных технологий сбора и обработки информации. При этом особую актуальность приобретает задача прогнозирования потребления электричества для обеспечения его бесперебойной подачи в условиях постоянного роста числа потребителей. Целью данной работы было сравнение методов классического регрессионного анализа с нейросетевыми алгоритмами при решении задачи прогнозирования энергопотребления домохозяйствами. Для исследования использовались данные, полученные с приборов учета 47 домохозяйств, расположенных в Ростовской области, за период 730 дней. Были рассмотрены прогнозирующие модели на основе регрессии; порядок модели варьировался от 1 до 3, а также модель на основе рекуррентной нейронной сети. Горизонт прогнозирования выбирался как 20% от имеющейся выборки данных (80% оставалось на обучение модели), что в среднем соответствовало трем месяцам. Из рассмотренных моделей наилучший результат продемонстрировала нейронная сеть, для которой относительная погрешность прогноза не превышала 5%.
Ключевые слова: энергоресурсы, прибор учета, жилищно-коммунальное хозяйство, прогнозирование энергопотребления, анализ данных, регрессия, временной ряд, рекуррентная нейронная сеть, машинное обучение, «умный город»
05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
в данной работе приводится обзор типов существующих приборов учета расхода природного газа. Произведено сравнение присутствующих на рынке приборов учета различных производителей. Названы основные характеристики счетчиков, даны определения по каждой характеристике. Рассматривается проблема термокомпенсации расхода в зависимости от температуры рабочей среды. Погрешность измерения газа при перепадах температур приводит к сложностям в прогнозировании потребления энергоресурсов. Приводятся два существующих подхода к решению задачи. Показаны также пути решения для задачи включения приборов учета в единые автоматизированные системы учета энергоресурсов.
Ключевые слова: расходомеры природного газа, диафрагменные счетчики, автоматизированные системы учета, энергоресурсы, термокоррекция
05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
В статье рассмотрены аспекты согласования форматов файлов используемых для регистрации биологических сигналов. Основное внимание уделено структуре данных и переходу от собственного формата к стандартным форматам и наоборот при проведении государственных испытаний и сертификации медицинского изделия.
Ключевые слова: ЭКГ, ЭКС, EDF, MIT-BIH, формат данных, преобразование форматов данных, электрокардиограмма
05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям) , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
в статье рассматривается алгоритм апостериорного расчета частоты сердечных сокращений по записи электрокардиологических сигналов. Предложенный алгоритм производит выделение желудочкового комплекса по R-зубцам, разделение комплексов на два типа: нормальные и артефактные. Предлагается производить классификацию по анализу изолинии и измерению помехи на частоте 50 Гц. Данная классификация позволяет значительно повысить точность измерения мгновенной частоты сердечных сокращений по сравнению со скользящим средним.
Ключевые слова: частота сердечных сокращений, RR интервал, QRS комплекс, холтеровское мониторирование, выделение артефактов ЭКС, алгоритм расчета ЧСС, изолиния, RR–интервалометрия
05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения
В работе описана роль моделей пониженного порядка (МПП) в проектировании и испытаниях МЭМС, отражены их преимущества по сравнению с полными моделями метода конечных элементов (МКЭ) для поведенческого моделирования динамических характеристик МЭМС в реальном времени и разносторонних исследований свойств полученных объектов. Приведена математическая интерпретация процедуры понижения порядка системы уравнений динамики посредством перехода от полной модели, представленной в форме уравнений в переменных состояния, к уравнениям в переменных состояния МПП. Представлены два равноценных алгоритма последующей работы с МПП в программе MatLab в целях моделирования динамики МЭМС и изучения временных и частотных свойств модели: путём конструирования схемы из готовых функциональных блоков Simulink и путём написания программы в M-файле на специальном языке программирования MatLab.
Ключевые слова: микроэлектромеханическая система, метод конечных элементов, поведенческое моделирование, модель пониженного порядка, ANSYS, MatLab
05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям) , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
В статье рассмотрены медленно летящие беспилотные аппараты применительно к задачам аэрофотосъемки. В качестве альтернативы мультикоптеру предложена аэродинамическая схема элипсного летающего крыла. Показано, что такая схема позволяет обеспечить равномерное распределение подъемной силы вдоль размаха крыла, соответственно, не позволяет беспилотному аппарату при потере скорости срываться в штопор. Представлены результаты математического моделирования и летных испытаний опытного образца указанного типа БПЛА.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат; эллипсное крыло; законы управления; математическое моделирование
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Разработка российской специализированной микроэлектроники на сегодняшний день является актуальной проблемой как из-за отсутствия требуемых компонентов на открытом рынке, так и по причине необходимости обеспечения импортозамещения. В настоящее время на рынке появляется все больше интеллектуальных датчиков различного типа: датчики температуры, датчики газа, датчики кислотности. Устройства на базе этих датчиков применяются в различных секторах экономики: от «умных» домов до тяжелой промышленности. На мировом рынке существуют специальные интегральные схемы (ИС) для первичной обработки сигналов, называемые интегральными входными аналоговыми трактами (AFE). Применение этих микросхем позволяет существенно сократить габаритные размеры конечной продукции, а также существенно снизить себестоимость. Интеллектуальные датчики вибрации на сегодняшний день не имеют AFE, следовательно, задача минимизации их габаритных размеров остается нерешенной. Для разработки подобной микросхемы требуется сформировать некую общую структуру AFE, подходящую для всех типов интеллектуальных датчиков вибрации.
Ключевые слова: интеллектуальный датчик, входной аналоговый тракт, микроэлектроника, датчик вибрации, пьезоэлектрический элемент, обработка сигналов
05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления
Рассмотрено решение навигационной задачи на основе тесной интеграции инерциально-спутниковых навигационных систем, комплексируемых с одометром, в самом общем случае – без упрощающих допущений о модели объекта, о траектории его движения и т.д. Эффективность полученного решения при пропадании спутниковых сигналов проиллюстрирована результатами численного эксперимента.
Ключевые слова: тесная интеграция, инерциально - спутниковые навигационные системы, одометр, нелинейный фильтр Калмана, непрерывно-дискретная фильтрация
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах
Рассмотрено решение задачи навигации на основе тесной интеграции инерциально-спутниковых навигационных систем, комплексируемых с одометром, и аппроксимации траектории движения объекта с помощью электронных карт (ЭК) совокупностью ортодромических траекторий. С учетом дискретного характера спутниковых измерений оценка параметров движения осуществляется последовательным применением двух нелинейных гауссовских фильтров: непрерывного – на интервале между спутниковыми измерениями (в т.ч. при их пропадании) и дискретно-непрерывного – при их появлении. Полученные таким образом оценки параметров движения, реализуемые на ортодромической траектории, имея минимальную размерность, обеспечивают принципиально точную привязку оцениваемых координат к истинной траектории движения, определяемой ЭК.
Ключевые слова: тесная интеграция, инерциально-спутниковые навигационные системы, одометр, электронные карты, ортодромическая траектория, гауссовский фильтр
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах
Работа посвящена синтезу поведенческой модели сенсора линейного ускорения с двумя осями чувствительности в среде Simulink программного пакета MatLab на основе математической модели этого устройства в форме дифференциальных уравнений. Приводятся результаты моделирования динамики синтезированной поведенческой модели сенсора в виде переходных процессов и спектрального анализа при реакции системы на внешние воздействия.
Ключевые слова: микросистемная техника, микроэлектромеханическая система, элементная база, акселерометр, сенсор, конструкция, модель, моделирование, переходной процесс, спектральный анализ