Том 20, № 3 (2019)

Деревья принятия решений (ДПР) являются одним из наиболее эффективных методов классификации. Основным преимуществом деревьев принятия решений является простая и понятная пользователю интерпретация полученных результатов. Но, несмотря на известные преимущества подхода, он имеет и недостатки. Одним из главных недостатков является то, что обучение ДПР на данных большой размерности требует значительных затрат времени. В данной статье рассматривается способ уменьшения времени обучения ДПР без потери точности классификации. Существуют различные алгоритмы обучения ДПР, основными из которых являются алгоритмы ID3 и CART. В статье предложена модификация алгоритмов обучения ДПР с помощью оптимизации критерия информативности по некоторому выбранному атрибуту. Применение данной модификации позволяет избежать оптимизации полным перебором по всему набору данных. Для выбора атрибута используется метод Separation Measure. В данном методе выбирается тот атрибут, у которого выборочные средние по классам наиболее отдалены друг от друга. Оптимизация по выбранному атрибуту осуществляется с помощью метода дифференциальной эволюции, одного из методов эволюционного моделирования, предназначенного для решения задачи многомерной оптимизации. Для дифференциальной эволюции применена самонастройка на уровне популяции на основе вероятностей применения видов мутации.

Для сравнения стандартных алгоритмов обучения ДПР с модифицированными алгоритмами были решены задачи классификации. Под эффективностью алгоритмов понимается процент правильно классифицированных объектов тестовой выборки. Для сравнения эффективности алгоритмов проведен статистический анализ с применением t-критерия Стьюдента.

Анализ показал, что при использовании предложенной модификации алгоритма обучения деревьев принятия решений можно значительно ускорить процесс обучения, не потеряв при этом в эффективности классификации.

Предлагается подход к построению внешней границы области локализации полюсов передаточной функции с интервально-заданными параметрами. Граница области локализации полюсов формируется как аналитическая кусочно-заданная функция зависимости от параметров характеристического полинома заданной передаточной функции.

Аналитическое построение внешней границы области локализации полюсов позволяет сокращать объем вычислений, так как существующие подходы требуют итеративного численного нахождения корней характеристического уравнения для полного отображения корней с заданным шагом или для построения ребер на корневой плоскости. Наличие границы области локализации позволяет однозначно охарактеризовать поведение системы, в том числе вычислить диапазоны изменения значений корневых показателей качества.

Кроме того, наличие аналитической кусочно-заданной функции, определяющей область локализации полюсов на корневой плоскости, открывает дополнительные возможности в решении задач параметрического синтеза регуляторов для систем автоматического управления, представленных передаточными функциями с интервально-заданными параметрами.

Практическая значимость полученных результатов может быть достигнута в аэрокосмической промышленности, в частности, при решении задач анализа и синтеза в высокоточных системах ракетного самонаведения, построения их математических моделей, c целью извлечения экономического эффекта, связанного с количеством натурных экспериментов.

В представленной работе построение границы области локализации полюсов осуществляется для передаточной функции третьего порядка. Порядок передаточной функции выбран исходя из того, что на практике, множество объектов и систем могут быть описаны такой моделью. Например, модель ракетной головки самонаведения с гиростабилизированным приводом описывается передаточной функцией третьего порядка.

В основе предлагаемого подхода лежит следующая последовательность действий: аналитическое решение кубического уравнения, получаемого по формуле Кардано, получение функциональных зависимостей для ребер многопараметрического корневого годографа, формирование набора внешних вершин корневого годографа, построение кусочно-заданных функций для внешних границ области локализации полюсов.

Повышение надежности и увеличение ресурса радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов связывают с возможностью непрерывного контроля температурных полей печатных плат. Такая задача может быть решена только с использованием большого количества датчиков температуры. При этом возникает проблема подключения измерительных элементов и регистрирующей аппаратуры. Предложено несколько способов, имеющих свои достоинства и недостатки.

Одним из реализованных и запатентованных способов является использование набора резистивно-диодных датчиков, установленных последовательно на трехпроводной линии. Датчиками температуры являются пары встречно включенных диодов с последовательным опросом при подаче пилообразного напряжения. Система простая и легко реализуемая, но её основной недостаток заключается в способе определения температуры по измерению амплитуды суммарных обратных токов диодных пар. Именно этим определяются большие погрешности измерения, особенно в области температур меньше 20 °С.

В статье рассматривается аналогичная конструкция трехпроводной цепи, но с принципиально иным подходом к измерению температуры. Датчиком температуры здесь являются не диодные пары, а термисторы с хорошо известной зависимостью сопротивления от температуры и высокой точностью, а диодные пары фиксируют только момент совпадения величины пилообразного напряжения с напряжением на термисторах.

Такой подход позволяет использовать математические методы обработки сигналов для точного определения падения напряжения на термисторе, а это обеспечивает и точность определения сопротивления / температуры и расширения температурного диапазона измерений.

Учитывая то, что термисторы все чаще используются для измерения температуры, упрощение схемы их включения в большом количестве позволит регистрировать температурное поле радиоэлектронных блоков, что крайне важно для космических аппаратов.

Предложенный вариант трехпроводной схемы подключения датчиков температуры в нескольких точках проверен экспериментально, в том числе и при отрицательных температурах.

В статье приведено краткое описание схемы полета перспективного автоматического космического аппарата (КА), предназначенного для исследования Марса и его спутников дистанционными и контактными методами. На околомарсианском участке экспедиции предполагается сначала вывести аппарат на орбиту искусственного спутника Деймоса, а затем совершить посадку на Фобос с последующей доставкой его вещества на Землю. Даны основные баллистические характеристики условий полета КА на всех этапах при запуске после 2025 г. Рассмотрены временные рамки для пяти пусковых периодов – в 2026, 2028, 2030, 2033 и 2035 гг. Выведение КА на траекторию перелёта к Марсу выполняется с помощью ракеты-носителя (РН) и разгонного блока (РБ) тяжёлого класса. В статье приведено описание проектного облика аппарата, двигательных установок (ДУ) его модулей и схемы полёта на всех этапах – от старта с Земли до посадки на Фобос и возврата обратно к Земле.

В статье рассмотрены предлагаемые для реализации миссии двигательные установки основных блоков космического аппарата – двигательного модуля, перелётно-посадочной платформы и возвращаемого аппарата. Приведены описания их конструкций. В соответствии с их характеристиками разработаны схемы полёта, позволяющие провести дистанционные исследования Деймоса, осуществить мягкую посадку на поверхность Фобоса, а затем доставить образцы его грунта на Землю.

Проект должен быть разработан, исходя из запуска космического аппарата с космодрома «Восточный» при помощи РН «Ангара-А5» и РБ «КВТК». Альтернативный вариант построения КА предполагает использование средств выведения более лёгкого класса – перспективную РН «Союз-5» и РБ «Фрегат-СБУ». В этом случае двигательный модуль отсутствует, а перелётно-посадочный модуль заменяется на более тяжёлую версию с баками большего объёма.

Оба предлагаемых варианта построения КА позволяют реализовать разработанную траекторию, при этом обеспечить штатную работу целевой аппаратуры и провести комплекс экспериментов в течение заданного срока активного существования КА.

Система терморегулирования (СТР) является одной из важнейших систем, которая во многом определяет проектный облик и параметры космического аппарата (КА). На современном этапе развития методов и средств проектирования КА перспективной является направление создания тепловых математических моделей СТР, алгоритмов расчета, позволяющих на различных этапах проектирования формировать эффективные конструкторские решения. Целью настоящей работы является приведение системы уравнений тепловых балансов жидкостного контура (ЖК) СТР к виду, позволяющему вести программное численное интегрирование в алгоритме поиска решения по длине средней линии тепломассообменного жидкостного контура с учетом определенных комплексных тепловых сопротивлений. Фактически это означает, что в записи уравнений в качестве переменных должны остаться члены значений температур контура и линейной координаты – переменной интегрирования, все остальное должно быть численно определено по свойствам реального объекта.

Для граничных условий ЖК СТР космического аппарата произведен расчет коэффициентов комплексной теплопередачи с учетом реальной топологии контура и теплофизических свойств теплоносителя. С использованием этих значений система тепловых балансов СТР КА по характерным поверхностям постоянных температур была приведена к виду, позволяющему вести численное решение: число уравнений соответствует числу определяемых температур по северной и южной панели и замкнуто через температуру хладагента жидкостного контура. Полученная система уравнений позволяет исследовать термическое состояние КА негерметичного исполнения на этапе эскизного проектирования при варьировании режимных и конструктивных параметров с целью определения области работоспособности и области оптимальной работы при определенных критериях эффективности.

На сегодняшний день практически на все детали и узлы машиностроительных изделий наносят защитные покрытия с целью обеспечения высоких эксплуатационных свойств машин при наименьших экономических затратах. Плазменный метод позволяет наносить, помимо широчайшего многообразия материалов, жаропрочные покрытия на разного рода основу. Поэтому данный метод, в первую очередь, интересен наиболее наукоемким отраслям, таким как ракетно-космическая техника.

В современных условиях с высоким темпом развития машиностроения инженерам необходимо в кратчайшие сроки разрабатывать и сдавать в эксплуатацию выпускаемые изделия. Как правило, подбор режимов плазменного напыления осуществляется методом отыскания эмпирической зависимости макропараметров наносимых покрытий от значений входных параметров напыления, что предполагает проведение огромного количества опытов. Следовательно, появилась необходимость в отыскании новых методов подбора параметров режима напыления, основанных на математико-аналитическом аппарате.

Задача данной работы увидеть и показать применимость и перспективность предложенного метода.

В работе проведены операции по напылению нихромового покрытия при разных значениях тока дуги. Исследованы адгезионная прочность полученных покрытий и их микроструктура. Показана взаимосвязь значения тока дуги и адгезионной прочности полученных покрытий через их микроструктуру. Данные исследования позволили исключить большое количество опытов, проводимых, как правило, с целью установления эмпирической зависимости между значениями входных параметров процесса напыления и значениями характеристик получаемых покрытий. В дальнейшем предполагается накопление базы данных таких взаимосвязей, что даст возможность в полной мере использовать данный метод на машиностроительных предприятиях.

В статье рассмотрен подход к оптимизации электромагнитных режимов индукционной металлургической установки, предназначенной для перемешивания жидкого алюминия под воздействием бегущего магнитного поля. Для улучшения свойств расплава металла в печи применяют малополюсные линейные магнитогидродинамические машины (МГД-машины) с медными обмотками и стальным сердечником. Разомкнутая конфигурация магнитопровода и магнитные связи между обмотками индуктора приводят к несимметрии магнитного поля. Как правило, в системе электроснабжения металлургических машин, предназначенных для воздействия на цветные металлы, используют низкочастотный транзисторный инвертор. Несимметричные токи в фазах создают специфические режимы частотного преобразователя, близкие к аварийным, причем двухфазная, трехфазная или многофазная система электропитания может становиться неуравновешенной. Для расчета интегральных магнитных потоков в зубцовой зоне индукционной установки удобно применить многофазную нелинейную модель магнитной цепи. В результате итерационного расчета получают векторные диаграммы магнитных потоков и оценивают тяговые усилия в расплаве. Наилучшие условия воздействия на расплав получают по заданной целевой функции при переборе вариантов в ходе оптимизации намагничивающих сил обмоток.