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

Адаптивные тренажерные комплексы (АТК) являются эффективными инструментами подготовки персонала, действующего в штатных и аварийных ситуациях, и позволяют смоделировать ситуации, реализация которых в реальных условиях невозможна из-за большой стоимости или риска для здоровья и жизни человека. Цель исследования: автоматизация процессов управления, анализа и обработки информации, что позволит снизить затраты на их проектирование и повысить качественные характеристики АТК. Методы: в качестве инструмента автоматизации процессов управления, анализа и обработки информации рассматриваются методы, функционирующие на основе нейросетевых технологий, объединенные в единую концепцию нейросетевой архитектуры. Результаты: в работе изложены результаты применения данной архитектуры и нейросетевых методов для решения задачи структурно-параметрического синтеза и оптимизации АТК. Рассмотрена классическая и нейросетевая архитектура АТК, формализованы основные компоненты системы и связи между ними, критерии оценки эффективности. Сформулированы задача структурно-параметрического синтеза АТК и алгоритм ее решения, основанный на модернизации методологии RAD. Применение нейросетевой архитектуры позволило автоматизировать процессы анализа и обработки информации в ключевых модулях АТК, упростить реализацию процедуры управления компонентами взаимодействия с виртуальной реальностью. Положительный эффект от перехода на нейросетевую архитектуру заключается в снижении экономических затрат (на 18,9 %), в снижении реализации программного обеспечения (на 19,6 %), повышения адаптивности (на 20 %), качества системы (на 12 %) и производительности (на 5,5 %). Практическая значимость: полученные результаты подтверждают возможность применения изложенных подходов для реализации АТК и автоматизации процессов управления, анализа и обработки информации в них.

Качество электрической энергии в электроэнергетической системе объектов водного транспорта непосредственно связано с режимами эксплуатации судна и типом применяемого генераторного агрегата. Например, в стояночных режимах судна с погрузкой или в режимах маневрирования при включении электродвигателей от судовой электростанции соизмеримой мощности параметры напряжения могут выходить за пределы допустимых значений, что приводит к различным негативным последствиям: уменьшению производительности исполнительных механизмов и систем, появлению сбоев в работе систем управления, сокращению срока службы электрических машин и т.д. В настоящее время помимо разработок устройств, адаптивных к нестабильности параметров напряжения, ведутся изыскания в области энергосберегающих решений. Одним из перспективных решений в этой области является применение в судовой электростанции дизель-генераторов с переменной частотой вращения, которые позволяют уменьшить удельный расход топлива и горюче-смазочных материалов по сравнению с двигателями внутреннего сгорания с постоянной частотой вращения при работе на долевых нагрузках. Однако главной особенностью таких генераторных агрегатов является изменение частоты напряжения на выходных клеммах генератора. Недостатком технических решений на основе использования непосредственных преобразователей частоты является зависимость параметров выходного напряжения от изменения параметров напряжения источника электроэнергии. Цель исследования: разработка имитационной модели бестрансформаторного непосредственного преобразователя частоты для анализа её выходных параметров при изменении параметров напряжения источника электроэнергии. Методы: для исследования разработанного устройства выполнен ряд опытов на основе имитационной модели в среде MatLab. Результаты: разработанное устройство обеспечивает подключение выходных зажимов к наиболее подходящему напряжению питающей сети при формировании выходного напряжения с заданными значениями амплитуды и частоты напряжения. Частота выходного напряжения не зависит от частоты напряжения источника электроэнергии. Формирование выходного напряжения обеспечивается в диапазоне от 11 до 100 % амплитуды линейного напряжения источника электроэнергии при коэффициенте нелинейных искажений не более 25 %. Практическая значимость: результаты анализа показали возможность применения бестранформаторного непосредственного преобразователя частоты для питания частотно-управляемых электроприводов переменного тока в автономных энергоустановках с переменной частотой вращения привода генератора с целью получения стабильной частоты выходного напряжения.

В последнее время активизировались исследования в области так называемых обратимых вычислений, особенно в связи с разработкой квантовых компьютеров и развитием энергосберегающих подходов в электронике. Здесь имеются два основных направления. В рамках «биллиардного» компьютинга на вычисления выделяется определенное количество квантов энергии («биллиардных» шаров), которые перемещаются по определённым правилам со входа схемы ее на выход, не «размножаясь» и не «исчезая». Правила определяются специальными элементами, например элементами Фредкина. «Шары», «выкаченные» на выход, могут быть возвращены обратно по тем же правилам, в этом и заключается обратимость вычислений. Имеется достаточно много публикаций, посвященных этим подходам, однако вопросы диагностики таких схем в полной мере не рассмотрены. Цели исследования: разработка контрольных тестов бинарного элемента Фредкина и построение соответствующего дерева контроля. Методы: анализ таблиц функций отказов заданного элемента, построение оптимального, по числу подаваемых на элемент наборов, теста, нахождение булевых производных логических функций, описывающих элемент. Результаты: построены таблица функций отказов элемента Фредкина, оптимальный тестовый набор из четырёх входных наборов, дерево контроля. Полученные тестовые наборы и дерево контроля могут быть использованы при диагностировании бинарных обратимых схем. Практическая значимость: выполненные вычисления, в том числе полученные булевы производные, могут быть использованы в диагностическом обеспечении квантовых компьютеров, а также в качестве примеров на практических занятиях по дисциплинам «Схемотехника», «Исследование операций».

В настоящее время на горных предприятиях нашли применение синхронные двигатели в системах электроприводов компрессорных, вентиляторных, насосных и других установок. В процессе эксплуатации синхронных двигателей возможны аварийные ситуации, обусловленные кратковременной потерей питания, что влияет на устойчивость нормального режима работы. Одним из эффективных путей решения обеспечения устойчивости и надежности работы электрооборудования при кратковременных потерях питания является применение самозапуска электродвигателей. Цель исследования: исследование влияния разных систем управления возбуждением синхронного двигателя на его самозапуск при кратковременной потере напряжения для условий электроснабжения горных предприятий. Методы: исследование переходных процессов выполнены посредством моделирования блоков в среде Simulink математического пакета MatLab. Результаты: показано, что с увеличением времени срабатывания защиты и длины линии электропередачи от подстанции до синхронного двигателя возрастает время, необходимое двигателю для восстановления нормального режима работы, что может привести к выпадению синхронного двигателя из синхронизма. Установлено, что при наличии системы регулирования возбуждения по реактивной мощности требуется большее время для восстановления нормального режима работы синхронного двигателя в сравнении со случаем применения контура регулирования по току возбуждения. В отличие от синхронного электродвигателя с системой регулирования по току возбуждения синхронный электродвигатель с системой регулирования по реактивной мощности при максимальном времени перерыва питания не выпадает из синхронизма. Практическая значимость: заключается в использовании результатов исследований при проектировании систем электроснабжения и возможности существенно снизить неопределенность при принятии решения о применении синхронного электродвигателя для конкретных условий эксплуатации.

Повышение надежности цифровой аппаратуры для многих критических областей применения не может обойтись без методов обеспечения отказоустойчивости. Во многом это требование связано с необходимостью обеспечить устойчивость к сбоям и отказам в режиме «реального» времени, т.е. без задержек на диагностику, реконфигурацию и ремонт. Одним из традиционных подходов к обеспечению отказоустойчивости является мажоритарное резервирование, например тройное модульное резервирование. Однако оно обеспечивает повышение параметров надежности только на небольшом временном промежутке. Более затратным является метод резервирования на транзисторном уровне. Данный метод предполагает резервирование транзисторных цепочек, что значительно ухудшает параметры быстродействия, но в то же время значительно меньше увеличивает энергопотребление. Кроме того, резервирование на транзисторном уровне обеспечивает повышение параметров надежности на значительно большем интервале времени. Однако ключевым вопросом является именно то, насколько оно влияет на основные характеристики устройства. Это влияние может изменяться в зависимости от используемой полупроводниковой технологии, поэтому, несмотря на общие закономерности, необходимо использовать методы схемотехнического моделирования для определения эффективности резервирования на транзисторном уровне в различных технологиях. Цель работы заключается в разработке моделей и библиотеки отказоустойчивых базовых логических элементов для технологии производства 180 нм с использованием метода резервирования на транзисторном уровне. Результаты проектирования и моделирования в виде библиотеке отказоустойчивых логических элементов на основе моделей транзисторов 180 нм представлены в статье. Практическая значимость заключается в том, что полученная библиотека позволяет разрабатывать отказоустойчивые цифровые устройства на основе резервирования на транзисторном уровне для таких отраслей промышленности, как военная, медицинская, аэрокосмическая и другие. Обсуждение: более точные модели могут быть получены в результате топологического проектирования, что является следующим шагом после схемотехнического.