Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления

Создание проектов с применением нейронных сетей глубокого обучения часто связано с решением ряда технических задач: выбор сенсоров для получения качественных входных данных при умеренных затратах, оптимизация использования вычислительных ресурсов аппаратной платформы (особенно, если речь идёт об устройствах Интернета вещей - IoT), подготовка качественных обучающих датасетов и реализация их возможностей. Цели исследования - формулирование принципов решения перечисленных задач и разработка метода повышения качества распознавания для случаев, когда базовые решения достигли максимума своей эффективности. В данной статье это будет продемонстрировано на примере проекта Sortomat - автомата по приёму у населения перерабатываемой упаковки от различных товаров. Методика исследования базируется на применении воссоздаваемых результатов в ходе серии экспериментов и при математическом моделировании. Результатом является модификация автомата, которая с точки зрения практической значимости позволяет, сохраняя общую стоимость технического проекта, улучшать ряд характеристик Sortomat. Так, в качестве сенсоров в Sortomat выбраны камеры, позволяющие получать видеосигнал. Это значительно дешевле применения более сложных устройств анализа объекта, но позволяет добиться в большинстве случаев аналогичного качества распознавания. Для оптимизации использования вычислительных ресурсов применяются оптимизатор Adam и циклическое обучение. Это позволило уменьшить вес файла, описывающего веса, в два раза без потери качества распознавания (с сохранением уровня количества ошибок первого и второго порядка). При создании датасетов применяются алгоритм поиска области интереса на изображении и мажоритарная система распознавания объекта. Область интереса позволяет значительно снизить объём «бесполезной» информации на входах систем. Это повышает общее качество выборки (присутствуют только искомые объекты). Мажоритарная система позволяет принимать решения в ситуациях, когда объект оказывается похож на два и более объектов из разных классов. Она, методом весовых коэффициентов, определяет достоверность результатов по каждому из датасетов и выносит общий вердикт о принадлежности объекта к классу.

Актуальность и цели: сегментация речь/пауза является одной из важнейших задач обработки в речевых приложениях и представляет собой обнаружение границ начала и окончания вокализованной, невокализованной речи и пауз. Точность сегментации особенно важна при анализе зашумленной речи, так как от уровня окружающего шума зависит работоспособность практически всех речевых приложений. Целью работы является повышение эффективности сегментации речь/пауза зашумленных речевых сигналов на основе метода декомпозиции на эмпирические моды. Материалы и методы: в работе использовалась уникальная технология адаптивного разложения нестационарных сигналов - улучшенная полная множественная декомпозиция на эмпирические моды с адаптивным шумом. Программная реализация способа была выполнена в среде математического моделирования © MatLab (MathWorks). Результаты: разработан помехоустойчивый способ сегментации речь/пауза на основе применения декомпозиции на эмпирические моды на этапе предварительной обработки и последующего анализа количества пересечения сигнала через нулевую ось и кратковременной энергии речи. Особенностью разработанного сопосба является формирование набора новых исследуемых сигналов, содержащих максимально достоверную информацию о границах начала и окончания информативных участков зашумленной речи. Выводы: проведено исследование, в рамках которого оценивалось влияние метода декомпозиции и длительности исследуемых фрагментов на эффективность сегментации зашумленной речи. В соответствии с результатами исследований отмечается снижение ошибок 1-го и 2-го рода в среднем на 2,3 и 2,6 % соответственно при разных отношениях сигнал/шум (от 20 до -5 дБ с шагом 5 дБ) зашумленной речи. Помехоустойчивый способ сегментации речь/пауза может успешно тестироваться в интеллектуальных системах оценки психоэмоционального состояния человека в реальных условиях «агрессивной» шумовой обстановки.

В процессе управления техническими системами часто возникают задачи принятия решений. Для повышения эффективности и достоверности процедуры принятия решений задачи должны быть автоматизированы и основываться на объективных знаниях о сфере функционирования системы. Процедуры принятия решений в таких системах обычно являются многокритериальными, это значит, что для принятия решения необходимо учесть множество факторов. Введение такого параметра, как важность критериев, позволяет использовать универсальные методы принятия решений в различных системах, по-разному учитывая критерии, от которых это решение зависит. Численное определение важности критериев для автоматического принятия решений в сложных технических системах в настоящее время является актуальной задачей. Это связано с развитием систем мониторинга и диагностики как средств повышения эксплуатационной надежности систем управления и их элементов. При неверно принятых решениях в системах диагностики под угрозу ставится работоспособность диагностируемой системы. Целью исследования является разработка метода численного определения важности критериев для принятия решений в многокритериальных задачах. Методы и результаты исследования: проведён сравнительный анализ существующих методик численного определения важности критериев, обнаружены их недостатки, обозначена актуальность решаемой проблемы. Разработана методика численного определения важности критериев применительно к рассматриваемой предметной области - технической диагностики. На примере реальной задачи распределения диагностической нагрузки между автономными элементами встроенной системы тестового диагностирования был определён набор критериев и характеристик, для которых произведен численный расчёт. В заключении проанализированы результаты применения разработанной методики, описаны направления дальнейших исследований.

Процессы приготовления однородных по составу смесей порошкообразных материалов применяются во многих отраслях промышленности. Цель исследования: рассматривается применение для смешивания порошковых материалов электромагнитных вращателей. В таких электромагнитных аппаратах в качестве рабочих тел выступают ферромагнитные активные элементы. Под действием вращающегося магнитного поля ферромагнитные элементы распределяются по всему объему рабочей камеры и совершают вращательное движение вокруг оси, увлекая частицы перемешиваемых дисперсных материалов. Преимуществами электромагнитных вращателей являются малые размеры, высокая надежность и простота управления процессом перемешивания. Обзор литературных источников показал, что помимо перемешивания порошковых и мелкозернистых материалов электромагнитные вращатели могут обеспечивать выполнение целого ряда других технологических операций: измельчение и диспергирование сыпучих материалов, очистка поверхности изделий, абразивная обработка поверхности заготовок и изделий, упрочнение поверхностей, перемешивание пульп и суспензий, гомогенизация топлива и др. Расширение сфер применения таких аппаратов делает актуальными их моделирование и исследование с целью развития их теории. Методы и результаты исследований: предлагается математическая модель электромагнитного вращателя. На основе решения уравнений электромагнитного поля в цилиндрических координатах получены выражения для электромагнитных усилий, действующих в магнитном поле на элементарные ферромагнитные частицы. Анализ таких выражений позволяет объяснить поведение рабочих тел в рассматриваемых аппаратах и получить рекомендации по выбору параметров аппарата. В частности, для улучшения качества перемешивания порошков рекомендуется использовать двухполюсный индуктор. В таком индукторе обеспечивается распределение рабочих тел по всему объему рабочей камеры. В случае многополюсных индукторов возрастает влияние сил магнитного притяжения, и в центре рабочей камеры ферромагнитные элементы отсутствуют. Для проверки теоретических выводов и детального изучения процессов перемешивания порошков в электромагнитных вращателях выполнены исследования опытных установок. Эксперименты проводились как при отсутствии порошков в рабочей зоне, так и при наличии порошков. Результаты таких исследований подтверждают теоретические выводы. В то же время сложность физических процессов в рассматриваемых аппаратах указывает на необходимость продолжения их исследований.

Погружные асинхронные электродвигатели находятся среди основных типов привода, используемого в установках электроприводных центробежных насосов. Данные о коэффициенте мощности двигателя в каталогах приводятся при номинальном напряжении на его клеммах. Однако в условиях промышленной эксплуатации напряжение на клеммах двигателя, как правило, отличается от номинального. Это приводит к изменению коэффициента мощности и должно учитываться при расчете параметров режима электротехнического комплекса. Цель: разработка методики расчета, которая позволяет оценить изменение коэффициента мощности двигателя в зависимости от напряжения на его клеммах. Результаты: предложена методика идентификации параметров схемы замещения электрического двигателя на основании каталожных нагрузочных характеристик двигателя. На основе результатов моделирования построены поверхности отклика коэффициента мощности двигателя в зависимости от напряжения на клеммах и загрузки двигателя для различных моделей двигателей. Результаты расчетов показывают, что снижение напряжения на клеммах двигателя имеет положительный эффект с точки зрения уменьшения потерь в кабельной линии только при загрузке двигателя 30 % и ниже. Увеличение напряжения на клеммах двигателя позволяет снизить потери в кабеле при загрузке двигателя от 45 %. Получены полиномы, описывающие полученные поверхности отклика. Практическая значимость: полученные в результате исследования зависимости позволяют повысить точность моделирования погружных асинхронных электродвигателей, работающих в составе электротехнического комплекса нефтяного месторождения. При помощи разработанных моделей возможно выполнить исследования влияния номинального скольжения двигателей на характер изменения их коэффициента мощности.