Том 23, № 2 (2015)

Предложены и исследованы алгоритмы управления релейными автоколебательными системами с отрицательным переменным гистерезисом в статической характеристике управляющего устройства и переменной структурой, которые обеспечивают повышение быстродействия системы в переходном процессе и полную инвариантность статических ошибок при постоянных воздействиях и асимметричном управлении. Эффект инвариантности достигается посредством формирования компенсирующих сигналов без активного изменения параметров управляющего устройства. Приведены результаты компьютерного моделирования.

Рассматривается новый метод измерения частоты гармонических сигналов, основанный на формировании дополнительного сигнала напряжения и выявлении моментов переходов сигналов через ноль. Предлагается структурная схема средства измерения, реализующего метод. Реализация метода обеспечивает исключение погрешности, которая обусловлена неидеальностью фазосдвигающих блоков, осуществляющих формирование дополнительных сигналов за счет коррекции мгновенных значений дополнительного сигнала. Приводятся результаты анализа погрешности метода, обусловленной отклонением реального сигнала от гармонической модели. Полученные результаты позволяют выбирать соответствующие аппаратные средства и параметры измерительного процесса в зависимости от предъявляемых требований по точности и времени измерения и заданного диапазона частот.

Авторы продолжают исследование стабильности качества работы систем управления инвестиционными портфелями на финансовом рынке, начатое в [1]. Рассмотрены системы управления портфелем, оптимизируемые в рамках многокритериальной задачи. Предложен метод перекрестного ретроспективного тестирования, позволяющий оценить снижение качества работы системы, вызванное неоптимальностью настроек, а также сравнить эффективность различных систем при параметрической оптимизации и тестировании на множестве выборок. Представлен ряд вариантов доминирования отображений эффективных границ множеств допустимых портфелей для сравнения различных оптимизированных систем. Описана иерархия вариантов такого доминирования.

Представлены быстрые цифровые алгоритмы вычисления оценок коэффициентов Фурье. Они разработаны на основе знакового аналого-стохастического квантования, которое используется в качестве первичного преобразования исследуемых случайных процессов. Для повышения статистической устойчивости вычисления оценок спектра амплитуд используется метод разбиения анализируемого процесса на отдельные сегменты. В соответствии с этим методом оценка спектра амплитуд осуществляется усреднением результатов обработки отдельных сегментов. Для проверки метрологических характеристик разработанных алгоритмов были проведены экспериментальные исследования по оценке спектра амплитуд модели случайного процесса. Модель представляла собой сумму независимых в статистическом смысле гармонических составляющих в аддитивном шуме. Приведены результаты вычисления оценок спектра амплитуд по одному, трем, семи и десяти сегментам. Обработка сегментов проводилась с их половинным перекрытием.

Рассмотрен комплекс вопросов по моделированию процессов теплообмена в системе «газовый поток - труба - окружающая среда». Проведен анализ влияния сезонных изменений температуры воздуха на тепловые потоки от трубопровода в грунт и температуру трубы. Выявлена большая инерционность процессов теплообмена в грунте. Разработаны численные и аналитические модели процессов распространения тепла в грунте, определены параметры моделей для стационарных режимов. На базе связанной термогидравлической модели газового потока в трубе с учетом теплообмена с окружающей средой определены профиль скоростей и толщина пристенного слоя, что позволило перейти к тепловой задаче с движущейся двухслойной средой, эквивалентной по распределению температуры в трубопроводе и величине теплового потока в окружающую среду.

Решается задача построения системы автоматического управления температурой воды, идущей к потребителю в закрытой зависимой системе теплоснабжения с насосным смешением. Предложена модель объекта управления, учитывающая пространственное распределение процесса теплоотдачи в виде замкнутой нелинейной динамической системы с переменным коэффициентом усиления в обратной связи. Коэффициент усиления в обратной связи выступает в качестве управляющего воздействия. По результатам активного эксперимента проведена идентификация модели. С помощью численного моделирования динамической системы проведены синтез и исследование системы автоматического управления. В статье приведены результаты идентификации объекта управления, исследован характер переходных процессов в системе автоматического управления по управлению и по возмущению.

Работа посвящена вопросам распространения тепла в печке дифференциально-сканирующего калориметра ДСК с учетом ее основных режимов работы и геометрических размеров. Приведены результаты эксперимента, проведенного для численного определения влияния эффекта излучения подложки на процесс передачи тепла от нагревателя к ячейкам с исследуемым веществом посредством эффекта теплопроводности. Получено уравнение теплопроводности подложки в печке ДСК с учетом изменения коэффициента теплопроводности воздушной прослойки между подложкой и крышкой печки под влиянием теплового излучения подложки на высоких температурных режимах работы устройства. Полученное уравнение является основополагающим для математического описания объекта системы автоматического регулирования температуры подложки в печке, позволяющей обеспечить оптимальные показатели качества нагрева исследуемого вещества.

Предлагается способ определения расстояний до мест двойных замыканий на землю на одной линии электропередачи путем замера аварийных составляющих фазного тока и фазного напряжения. Результаты теоретических расчетов совпали с результатами моделирования в программной среде MatLab Simulink.

Исследуется процесс взаимодействия фронта ударной волны с частицами порошка, используемого при напылении износостойких покрытий методом взрывного напыления. Анализируются алгоритмы решения задачи при различных параметрах взрывной ударной волны. Проводится сравнительный анализ различных вариантов аппроксимации скорости ударной волны в воздухе. Методом квадратур численно решается интегральное уравнение, описывающее «увлечение» частиц порошка продуктами детонации (ПД) взрывчатого вещества. Анализируется характер изменения скорости движения частиц во фронте волны разрежения ПД.

Исследовано влияние режимов термической обработки на получение качественных механических свойств и микроструктуры деталей из марки литейного алюминиевого сплава АК7ч, соответствующих требованиям производственной инструкции по термической обработке. Методами металлографического анализа изучена микроструктура сплава детали и разрывных образцов и их механические свойства по двум разным режимам (с естественным старением и без естественного старения). Описан выбор режимов дальнейшей термической обработки материала деталей. Благодаря исследованию технологического процесса изготовления деталей сокращено время их производства без потери качества их свойств.

Рассмотрена методика определения усилия предварительного натяга подшипниковых опор шпиндельного узла, работающего в режиме холостого хода. Разработан экспериментальный стенд для определения виброакустического параметра, характеризующего величину установленного усилия предварительного натяга. Экспериментальным путем были получены амплитудно-частотные характеристики откликов виброускорения шпиндельного узла при кратковременном воздействии силой непосредственно на его шпиндель. Выбран частотный диапазон сигнала виброускорения, на котором собственные колебания шпиндельного узла наиболее сильно реагируют на изменение усилия предварительного натяга, от 3200 до 4200 Гц. Проанализирован частотный состав амплитудных спектров сигнала виброускорения с целью определения пиков собственных частот шпиндельного узла при 5 различных значениях предварительного натяга. Получены зависимости абсциссы и ординаты центра тяжести спектрограммы мощности сигнала виброускорения с корпуса мотор-шпинделя в режиме холостого хода и при частоте вращения 60000 об/мин от усилия предварительного натяга.

Разработана методика расчета методом конечных элементов остаточных напряжений в кольце роликового подшипника, образующихся при круглом врезном наружном шлифовании дорожки качения. Предполагается, что основное влияние имеют температурные деформации. Вначале решается соответствующая плоская задача нестационарной теплопроводности с подвижным источником тепла в зоне резания. На втором этапе последовательно решаются плоские нелинейные деформационные задачи для каждого шага рассмотренного выше нестационарного теплового анализа. Учитывается зависимость физических свойств от температуры. Составлены компьютерные программы, позволяющие определять температурные поля и остаточные напряжения в кольцах разных размеров при разных режимах шлифования. Приведены результаты расчета остаточных напряжений в типовом кольце.

Рассмотрены вопросы использования способа контроля качества полимерных и лакокрасочных покрытий. Представлены зависимости, по которым можно определить момент проникновения среды через защитное полимерное или лакокрасочное покрытие. Представлены характеристики полимерного покрытия с искусственным дефектом и без него. Проведены испытания по определению момента проникновения среды через защитное полимерное или лакокрасочное покрытие. Даны рекомендации по определению срока службы покрытия, момента проникновения среды через защитное покрытие и представлен способ, с помощью которого можно легко определить момент проникновения среды через полимерное или лакокрасочное покрытие.

Рассматривается влияние защитного действия протекторов на растворение металлов в среде электролита. Создана экспериментальная установка, с помощью которой исследовано распределение скорости растворения металла в зависимости от расстояния до протектора. В качестве модельного процесса выбрано травление фольгированного стеклотекстолита с оловянным протектором в водном растворе хлорида железа. В результате экспериментов установлено, что по мере удаления от протектора скорость растворения металла возрастает и начиная с определенного расстояния становится практически постоянной. Приведены распределения скорости растворения при различных концентрациях раствора. Полученные результаты позволяют провести оценку радиуса защитного действия протектора.

Рассматриваются вопросы автоматизации процессов изолирования проводных кабелей связи: описана роль системного подхода в автоматизации сложных систем с распределенными параметрами, представлены основные технологические операции нанесения изоляционной оболочки на токоведущую жилу, сформированы основные локальные и глобальные параметры изготавливаемых кабелей как каналов связи в процессе наложения изоляции.

Представлены номограммы, отражающие взаимосвязь основных параметров технологического режима формирования слитков алюминиевых сплавов при литье в электромагнитный кристаллизатор. Расчетный анализ выполнен на основе ранее синтезированных приближенных моделей регрессионного типа по результатам численного исследования температурного поля слитка. Показано, что за счет технологически допустимого снижения максимальной интенсивности охлаждения при соответствующей корректировке скорости литья можно уменьшить размер двухфазной области в центральной зоне слитка. Применение указанного подхода целесообразно на этапе освоения производства слитков с регламентированными требованиями по качеству.