Датчики и системы, № 2, 2017

Sensors and Systems, N 2, 2017

 

С О Д Е Р Ж А Н И Е  и  А Н Н О Т А Ц И И

C O N T E N T S  AND  A B S T R A C T S

 

 

ОБЗОРЫ

 

REVIEWS

 

 

 

Васильев С. Н., Кудинов Ю. И., Пащенко Ф. Ф., Дургарян И. С., Келина А. Ю., Кудинов И. Ю., Пащенко А. Ф.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И НЕЧЕТКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ. ЧАСТЬ 2. ОБУЧАЕМЫЕ НЕЧЕТКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ, НЕЧЕТКИЕ ПИД-РЕГУЛЯТОРЫ … 3

Аннотация: Обоснована необходимость интеллектуализации широкого круга систем и методов управления. Во второй части статьи основное внимание уделяется обзору нечетких регуляторов. Рассмотрены динамические модели Сугено и адаптивные модели ANFIS, а также методы обучения разработанных на их основе нечетких регуляторов. Проанализированы методы построения гибридных алгоритмов с использованием генетических алгоритмов. Рассмотрены вопросы построения нечетких ПИД-регуляторов. Описываются структура нечеткого регулятора Мамдани и его реализация средствами Simulink. Показана возможность применения средств Simulink для определения оптимальных параметров нечетких регуляторов. Приведены примеры использования нечетких регуляторов.

Ключевые слова: интеллектуальное управление, логико-лингвистические регуляторы, условия устойчивости, регуляторы Мамдани и Сугено, Simulink, TS-модель, структура ANFIS, обучаемые нечеткие регуляторы, генетические алгоритмы, функция принадлежности, фазификация, дефазификация.

 

Vassilyev S. N., Kudinov Y. I., Pashchenko F. F., Durgaryan I. S., Kelina A. Yu., Kudinov I. Yu., Pashchenko A. F.

INTELLIGENT CONTROL SYSTEMS AND FUZZY CONTROLLERS. PART 2. TRAINED FUZZY CONTROLLERS, FUZZY PID CONTROLLERS 3

Abstract: The necessity of intellectualization of a wide range of systems and control methods is proved. The second part of the paper mainly provides the overview of fuzzy controllers. The Sugeno dynamic models and the ANFIS adaptive models and the methods of learning developed on the basis of fuzzy controllers are considered. The structure of a Mamdani fuzzy controller and its implementation by means of the Simulink is described. Possibility of application of Simulink to determine the optimal parameters of a fuzzy controller is shown. The examples of the fuzzy controllers use are given.

Keywords: intelligent control, logical-linguistic controllers, stability conditions, the Sugeno and Mamdani controllers, Simulink, TS-model, the ANFIS structure, learning fuzzy controllers, genetics controllers, membership function, fuzzification, defuzzification.

 

 

 

 

ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

 

THEORY AND CONSTRUCTION PRINCIPLES OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

 

 

 

Власов В. В., Рожков В. В., Суворов С. В.

ВЛИЯНИЕ ПЕРИОДА ВЫБОРКИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ АНАЛИЗЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРИТЕРИЕВ c2 И ФИШЕРА … 13

Аннотация: Проведено исследование влияния периода выборки на характеристики обнаружения при последовательном анализе сигнала сканирующей оптической системы. В алгоритме обнаружения использованы критерии c2 и Фишера, а также рекуррентный режим обработки. Смоделирована обработка десяти реализаций сигнала, полученных в разнообразных климатических и фоновых условиях, по которым проведен сравнительный анализ критериев. Показано, что дополнительным критерием является длительность обнаруженного импульса.

Ключевые слова: обнаружение, критерий c2, критерий Фишера, последовательный анализ, период выборки, характеристики обнаружения.

 

Vlasov V. V., Rozhkov V. V., Suvorov S. V.

INFLUENCE OF THE SAMPLING PERIOD ON DETECTION CHARACTERISTICS IN SEQUENTIAL ANALYSIS USING THE c2 AND FISHER CRITERIA13

Abstract: The influence of the sampling period on detection characteristics in sequential analysis of the scanning optical system output signal is analyzed. The c2 and Fisher criteria are used in the detection algorithm as well as the recursion processing conditions. Processing of ten realizations of a signal received in various climatic and background conditions with comparative analysis of criteria is simulated. It is shown that the detected impulse duration should be used as an additional criterion.

Keywords: detection, c2 criterion, Fisher's criterion, sequential analysis, sampling period, detection characteristics.

 

 

Кузнецов О. И., Солдаткин В. М.

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ВЕРТОЛЕТА … 18

Аннотация: Рассмотрены характерные параметры критических режимов полета вертолета, особенности построения каналов обнаружения идентификации нештатных ситуаций, управления и информационной поддержки экипажа с учетом критерия безопасности.

Ключевые слова: вертолет, критические режимы, предотвращение, информационно-управляющая система, построение каналов, критерий безопасности.

 

Kuznetsov O. I., Soldatkin V. M.

AUTOMATED INFORMATION-MANAGEMENT SYSTEM FOR PREVENT OF CRITICAL MODES OF HELICOPTER18

Abstract: The characteristic parameters of critical modes of helicopter’s flight, features construction of detection channels for identification of emergency situations, of management and information support of crew with a glance safety criterion are considered.

Keywords: helicopter, critical regimes, prevention, automated information-management system, constructing of channels, safety criteria.

 

 

Чадаев А. И., Тропова Е. И.

КОРРЕКТИРОВКА АЛГОРИТМОВ ДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ ОПОРОЖНЕНИЯ БАКОВ БОКОВЫХ БЛОКОВ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ "СОЮЗ-2" … 25

Аннотация: Рассмотрена возможность корректировки алгоритма действия системы внутриблочного регулирования опорожнения баков боковых блоков ракеты-носителя “Союз-2”.

Ключевые слова: ракета-носитель, система внутриблочного регулирования опорожнения баков, система регулирования соотношения компонентов, алгоритм управления, привод дросселя.

 

Chadaev A. I., Tropova E. I.

CORRECTION ALGORITHMS ACTION SYSTEM DEFUEL THE TANKS OF SIDE ROCKET PODS THE LAUNCH VEHICLE "SOUZ-2"25

Abstract: The possibility correction of an algorithm action of system intrablock regulation defuel the tanks of side rocket pods the launch vehicleSouz-2” is estimated.

Keywords: launch vehicle, system intrablock regulation defuel the tanks, control system fuel-oxidant ratio, control algorithm, throttle actuator.

 

 

Гетманов В. Г., Пущаенко В. Р.

ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ ОТ ВЕКТОРНЫХ И СКАЛЯРНЫХ ДАТЧИКОВ … 28

Аннотация: Разработан алгоритм двухэтапной нелинейной фильтрации параллельных наблюдений с шумовыми погрешностями для координат и модуля векторных величин. Реализовано снижение среднеквадратичных значений шумовых погрешностей для векторного датчика. Рассмотрены примеры работы алгоритма нелинейной фильтрации модельных и обсерваторских наблюдений вектора напряженности геомагнитного поля от системы векторного и скалярного магнитометров. Получены оценки погрешностей алгоритма нелинейной фильтрации с применением статистического моделирования.

Ключевые слова: векторные и скалярные датчики, параллельные наблюдения, нелинейная фильтрация, вектор напряженности геомагнитного поля, векторные и скалярные магнитометры, статистическое моделирование, оценки погрешностей.

 

Getmanov V. G., Pushchaenko V. R.

DIGITAL PROCESSING OF PARALLEL OBSERVATIONS OF THE VECTOR AND SCALAR SENSOR28

Abstract: The algorithm of a two-stage nonlinear filtration of parallel observations with noise errors is developed for coordinates and the module of vector quantity. Examples of work of the algorithm of a nonlinear filtration of observations of a geomagnetic vector from system of vector and scalar magnetometers are reviewed. Estimates of errors of an algorithm of a nonlinear filtration using the statistical modeling are received.

Keywords: vector and scalar sensors, parallel observations, nonlinear filtration, geomagnetic vector, vector and scalar magnetometers, statistical modeling, estimations of errors.

 

 

Козлов В. И.

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ДАТЧИКОВ ЦЕЛИ ВЗРЫВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ … 35

Аннотация: Показано, что для датчиков цели взрывательных устройств основной является механическая составляющая надежности, и для этих изделий не приемлем статистический метод расчета. Но, чтобы применить вероятностные методы, необходимо знать характер нагрузки, вид функции распределения параметров нагрузки и несущую способность элементов. В качестве основы вероятностного расчета конструкции датчика принято составление матрицы, по которой строится структурно-функциональная схема (СФС), показывающая, как соединены элементы датчика с точки зрения надежности, что позволяет произвести поэтапное распределения вероятности неразрушения датчика. На примере пьезоэлектрического датчика динамического давления рассмотрена методика экспериментальной оценки механической надежности, основой которой является метод разрушающих испытаний.

Ключевые слова: взрывательное устройство, датчик цели, механическая надежность датчика, вероятностный метод расчета, структурно-функциональная схема, характер нагрузки, вид функции распределения параметров нагрузки, несущая способность.

 

Kozlov V. I.

FUSE TARGET SENSORS RELIABILITY ESTIMATION35

Abstract: It is shown that for fuse target sensors reliability the main component is mechanical reliability. Statistical calculation method is not acceptable for these products. In order to use probability methods, it is necessary to know load specifity, accumulated distribution of load parameters and load capacity. As the foundation of probability calculation for sensor construction the structure-functional scheme (SFS) matrix compiling is accepted which shows how the sensor elements are connected in terms of reliability and allows to make gradual probability distribution sensors non-destruction. Method of theoretical evaluation of sensor mechanical reliability stated in the article sensor is illustrated by the example of the dynamic pressure piezoelectric sensor. The method of experimental evaluation of mechanical reliability is discussed. It is based on destructive testing.

Keywords: fuse, target sensor, sensors mechanical reliability, probability calculation, structure-functional scheme, load specifity, accumulated distribution of load parameters, load capacity.

 

 

 

 

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

 

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

 

 

 

Поляков П. А., Поляков О. П., Касаткин С. И., Амеличев В. В.

ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПИН-ТУННЕЛЬНЫХ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫХ ПЕРЕХОДОВ … 40

Аннотация: Приведены результаты анализа высокочастотных свойств спин-туннельных магниторезистивных (СТМР) переходов на базе многослойной полоски из FeNiCo-MgO-CoNi наноструктуры на основе уравнения Ландау-Лившица. Проведен анализ частотных характеристик СТМР-переходов на основе наноструктуры из низкоанизотропных FeNiCo ферромагнитных пленок различных размеров и толщины.

Ключевые слова: спин-туннельный магниторезистивный переход, ферромагнитная наноструктура, частотные свойства.

 

Poljakov P. A., Poljakov O. P., Kasatkin S. I., Amelichev V. V.

FREQUENCY CHARACTERISTICS OF SPIN-TUNNEL MAGNETORESISTIVE JUNCTIONS40

Abstract: In article results of the analysis high-frequency properties of spin-tunneling magnetoresistive (STMR) junctions on the basis of a multilayered strip from FeNiCo-MgO-CoNi nanostructure on the basis of equation Landau-Lifshitz are resulted. The analysis of frequency characteristics STMR junctions on the basis of nanostructures from lowanisotropic FeNiCo ferromagnetic films the various sizes and thickness is lead.

Keywords: spin-tunneling magnetoresistive junction, ferromagnetic nanostructure, frequency properties.

 

 

Якимова А. В., Белогуров А. А., Беляев Я. В.

ОРГАНИЗАЦИЯ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ НА ПЛАСТИНЕ … 47

Аннотация: Показано решение задачи организации входного контроля чувствительных элементов микромеханических датчиков на пластине. Описаны аппаратная и программная части комплекса по проведению зондовых измерений, а также основные проблемы, решенные при его разработке. Приведены экспериментальные результаты.

Ключевые слова: микромеханические датчики, чувствительный элемент, тестирование на пластине, зондовая станция.

 

Yakimova A. V., Belogurov A. A., Belyaev Ya. V.

WAFEL-LEVEL CHARACTERIZATION SYSTEM FOR THE AUTOMATED TESTING OF MEMS SENSORS47

Abstract: The article describes wafer-level characterization system design for MEMS sensors. Hardware with software organization for probing measurement and main problems solved during this work are described. Experimental results are presented.

Keywords: MEMS sensors, sensing element, wafer-level characterization, probe station.

 

 

Ефремов А. К.

ИЗМЕРЕНИЕ КРАТКОВРЕМЕННЫХ СИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ МАГНИТОУПРУГИМ ДАТЧИКОМ … 53

Аннотация: Показано, что магнитоупругий анизотропный датчик, построенный по схеме с одной обмоткой, сохраняет свою генерирующую способность. Его выходная обмотка как инерционное звено выполняет роль интегратора. При таком исполнении датчика возникает возможность измерения интенсивных кратковременных силовых импульсов. Представлена математическая модель, описывающая эффект, названный “пьезомагнитодинамическим”. Приведен пример применения МАД как преобразователя контактной силы при оценке эффективности системы индивидуальной бронезащиты.

Ключевые слова: магнитоупругий преобразователь, магнитоанизотропный датчик, кратковременные силовые импульсы, генераторный режим, “пьезомагнитодинамический” эффект.

 

Efremov A. K.

MEASURING SHORT-DURATION FORCES BY A MAGNETOELASTIC SENSOR53

Abstract: It is shown that a magnetoanisotropic sensor (MAS) having a structure with a single coil retains its generating capability. This output coil being an inductive element plays a role of an integrator. This implementation of the sensor enables measuring intensive short-duration force pulses. A mathematical model describing the effect called as "piezomagnetodynamic" is introduced. An example of using MAS as a contact force sensor in the evaluation of the personal armor security system effectiveness is presented.

Keywords: magnetoelastic transducer, magnetoanisotropic sensor, short-duration forces, generating mode, “piezomagnetodynamic” effect.

 

 

Зотов А. М., Качан И. П., Корженевский Д. С., Яцеев В. А.

ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА В СИСТЕМЕ ОПРОСА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ГИДРОФОНА … 61

Аннотация: Предложен новый способ измерения акустического воздействия с помощью оптических гидрофонов путем обработки рефлектограммы, основанный на особенностях изменения фазы в чирпированном импульсе при иcпользовании полупроводникового оптического усилителя с самомодуляцией фазы. Описана программная реализация алгоритма восстановления набега фазы в гидрофоне. Приведены результаты лабораторных и натурных испытаний программно-аппаратного комплекса.

Ключевые слова: гидрофон, акустический волоконно-оптический датчик, чирп, фазовая самомодуляция.

 

Zotov A. M., Kachan I. P., Korzhenevskiy D. S., Yatseev V. A.

PHASE MODULATION OF LASER PULSE FOR FIBER-OPTIC HYDROPHONE INTERROGATION SYSTEM61

Abstract: New procedure of acoustic pressure measurement in fiber optical hydrophone is proposed, based on self-phase modulation of the chirped laser impulse generated by semiconductor optical amplifier. Phase detection algorithm was designed and implemented in software. Bench and full scale tests results for hardware and software are given.

Keywords: hydrophone, acoustic fiber optical sensor, chirp, self-phase modulation, SOA.

 

 

Гришин С. А., Климентовский В. В., Чернышевич А. И., Кузнечик О. О. … 66

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПЕРЕМЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ УСТАНОВКИ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЕКАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация: Приведено описание аппаратуры и результаты экспериментальных исследований переменных магнитных полей, создаваемых при работе базовых элементов установки селективного лазерного спекания металлических и полимерных порошков. Показана перспективность использования измерителей магнитного поля в системах контроля процессов аддитивного производства.

Ключевые слова: преобразователь магнитного поля, аддитивные технологии, лазерное спекание материалов.

 

Gryshyn S. A., Klimentovsky V. V., Chernyshevich A. I., Kuznechik O. O. … 66

HARDWARE AND SOFTWARE MEANS FOR REGISTRATION OF ALTERNATING MAGNETIC FIELDS OF INSTALLATION FOR SELECTIVE LASER SINTERING OF MATERIALS

Abstract: Description of equipment and results of experimental investigation of alternating magnetic fields generated by basic elements of installation for selective laser sintering of metallic and polymeric powders are provided. The perspective of utilization of magnetic field measuring devices in control systems for additive manufacturing processes is proved.

Keywords: magnetic field transducer, additive technologies, laser sintering of materials.