Научный архив: статьи

В статье рассмотрена математическая модель интервального измерения траекторной скорости доплеровским радиолокационным устройством. Проведен ее анализ и определены основные параметры и характеристики, влияющие на точность. Выявлена зависимость относительных ошибок при различных наклонных дальностях измерения. Построена аддитивная математическая модель относительной ошибки измерения траекторной скорости. Проверена корректность модели на экспериментальных данных. Для получения доплеровского сдвига частоты предложено радиолокационное устройство ближнего действия с двойным преобразованием частоты, которое обладает повышенной чувствительностью по сравнению с устройством с прямым преобразованием.

В статье рассматривается влияние динамических свойств технологического модуля на процесс формирования вертикальных колебаний оси колеса при движении по заданной опорной поверхности. В исследовании использовались: математическая модель половины технологического модуля, модель шины. Получены амплитудно-частотные характеристики системы и спектральные плотности по вертикальному перемещению и ускорению оси колеса для четырех комплектаций при изменении параметра, характеризующего динамические свойства технологических модулей. Для анализа зависимостей использовались методы статистической динамики. При увеличении массы технологического модуля с 1429 кг до 3929 кг (для перевода трактора из тягового класса 1,4 в тяговый класс 2 и 3 соответственно), при использовании шин 15,5R38, наблюдается снижение собственной частоты технологического модуля с 24 до 14 рад/с и увеличение максимального значения спектральной плотности с 0,5*10-3 до 4*10-3. При увеличении массы технологического модуля с 2343 кг до 4847 кг (для перевода трактора из тягового класса 3 в тяговый класс 4 и 5 соответственно), при использовании шин 21,3R24, наблюдается снижение собственной частоты колебаний технологического модуля с 18 до 12 рад/с и увеличение максимального значения спектральной плотности с 1,5*10-3 до 6*10-3. Спектральная плотность (характеризующая распределение энергии процесса) вертикальных колебаний опорной поверхности в диапазоне частот (0…5 рад/с.) совпадает с спектральной плотностью оси колеса технологических модулей всех комплектаций.

Цель – получение и анализ статистических характеристик, описывающих динамические свойства технологических модулей при движении по заданной опорной поверхности.

Метод и методология проведения работы. В статье использовались методы математического моделирования и статистической динамики.

Результаты. Получены статистические характеристики, описывающие динамические свойства технологических модулей при движении по заданной опорной поверхности.

Область применения результатов. Полученные результаты целесообразно применять организациям и учреждениям, занимающимся разработкой методов и средств изучения динамики тракторов и автомобилей.

Организация маршрутов общественного транспорта по индивидуальным запросам пассажиров (on-demand маршрутов) на автобусах малого класса в населенных пунктах с низкой плотностью населения становится актуальной задачей в связи с необходимостью повышения эффективности транспортных систем в условиях ограниченных финансовых и материальных ресурсов. Традиционные схемы регулярных маршрутов зачастую оказываются нерентабельными и недостаточно удобными для жителей таких территорий, что приводит к снижению уровня транспортной доступности и ухудшению качества жизни населения. Современные технологии и математическое моделирование позволяют разработать гибкие и экономичные решения, способные адаптироваться к особенностям низкоплотностных регионов и минимизировать затраты на организацию транспортных услуг.

Необходимость оптимизации транспортных потоков приобретает особую значимость в свете глобальных тенденций устойчивого развития и экологичности. Разработка моделей, позволяющих снизить эксплуатационные расходы и уменьшить углеродный след транспортных операций, соответствует современным требованиям к рациональному использованию природных ресурсов и энергоэффективности.

Создание эффективных механизмов управления on-demand маршрутами имеет высокую социальную значимость, способствуя обеспечению равных возможностей для всех слоев населения, независимо от их географического положения и материального достатка.

Цель. Разработать математическую модель для организации ondemand маршрутов пассажирских перевозок на автобусах малого класса в населенных пунктах с низкой плотностью населения, обеспечивающую максимальную эффективность и экономичность транспортных услуг.

Материалы и методы. В работе использовался комплексный подход к разработке математической модели организации маршрутов по требованию. Исследование базировалось на анализе реальных условий функционирования автобусного сообщения в регионах с низкой плотностью населения. Модель учитывала следующие параметры: количество населенных пунктов и их географическое расположение, объем пассажиропотока, технические характеристики автобусов малого класса, временные ограничения и финансовые показатели работы транспортных предприятий. Оптимизация маршрутов осуществлялась с помощью алгоритмов динамического программирования, учитывающих переменную структуру спроса и ограниченность ресурсов. Практическая апробация модели проведена на базе данных конкретного региона с низкой плотностью населения, что позволило получить достоверные результаты и сделать выводы об эффективности предложенного подхода к организации транспортного обслуживания.

Результаты. Проведен комплексный анализ существующих подходов к организации маршрутов по требованию и определены ключевые факторы, определяющие их эффективность. Разработана математическая модель, учитывающая специфику населенных пунктов с низкой плотностью населения, включая неравномерность распределения спроса, большие расстояния между населенными пунктами и ограниченные финансовые ресурсы. Исследованы различные алгоритмы оптимизации маршрутов и выбран наиболее подходящий метод для решения поставленной задачи. Проведено численное моделирование предложенной модели на примере конкретного региона и оценена ее эффективность в сравнении с существующими схемами перевозок. Разработаны рекомендации по внедрению предложенной модели в реальную практику транспортных организаций, работающих в условиях низкой плотности населения.

Цели. Целью работы является исследование типовых характеристик разработанного Zeta-преобразователя на основе драйвера TPS40200 (Texas Instruments, США) при различных входных напряжениях и нагрузках и сравнение экспериментальных характеристик Zeta-преобразователя с аналогичными, полученными при помощи SPICE1-моделирования в системе автоматизированного проектирования (САПР) Multisim, а также с помощью предельной непрерывной математической модели.

Методы. Использована предельная непрерывная математическая модель Zeta-преобразователя и САПР Multisim. Принципиальная электрическая схема преобразователя разработана по методике расчета обвязки драйвера TPS40200, представленной в его технической документации. С использованием САПР Altium Designer произведена разводка печатной платы.

Результаты. Спроектирован и создан экспериментальный стенд DC/DC-преобразователя, построенного по Zeta-топологии со связанными дросселями на базе драйвера TPS40200. Результаты исследования показали высокую корреляцию как его нагрузочных характеристик, так и его постоянных и переменных составляющих токов, протекающих через обмотки дросселей, и напряжений на конденсаторах от входного напряжения при двух сопротивлениях нагрузки 50 и 100 Ом, полученных различными методами: экспериментальным, расчетным и моделированием.

Выводы. Предельная непрерывная математическая модель преобразователя и метод расчета, основанный на ней, являются базой для проектирования DC/DC-преобразователей, построенных по топологии Zeta. Экспериментально доказана достоверность математической модели, а также метода проектирования. Предложенный метод проектирования позволяет учесть магнитную связь и активное сопротивление обмоток дросселей. Учет магнитной связи позволяет уменьшить номиналы дросселей до двух раз при неизменных пульсациях либо уменьшить пульсации до двух раз при неизменных номиналах дросселей.

Автор рассматривает деятельность современных авиационных технических центров, которые предлагают такие услуги как послепродажное техническое обслуживание авиационной техники. Особенность их деятельности в том, что они имеют довольно сложную производственную структуру. Для обслуживания их систем производственного планирования необходимы высококвалифицированные технические специалисты различных специальностей. Особенностью эксплуатационных авиационно-технических предприятий является сингулярность производственных процессов, а именно: планирование, выполнение, мониторинг и внесение корректив. Эти четыре стадии цикла обслуживания должны учитывать такие факторы: расписание полетов, время технического обслуживания, необходимость выполнения различных доработок по директивам регламента, внесения изменений в полный цикл процессов деятельности предприятия. В приведенной работе автор впервые предлагает метод структурного моделирования авиационного технического центра, специализирующегося на послепродажном техническом обслуживании авиационной техники, основанный на методе порождающей грамматики Хомского. Предложенный метод может послужить основанием для программирования процессов планирования производства технического обслуживания авиационной техники, оперативного перераспределения инженерно-технического персонала подразделений внутри предприятия без изменения штатного расписания производственных цехов и с высокой точностью определять потребную численность технического персонала для проектируемых структур подразделений.

Рассматривается подход к разработке критериев и модели описания и оценки эффективности принятия решения по определению конструкционных параметров навесов от атмосферных осадков для пассажиров во время ожидания транспорта для обеспечения уровня комфортности на основе обработки информации.

Проведен анализ статистики распределения влаги от осадков на существующих железнодорожных платформах в московском регионе.

Построена математическая модель описания и оценки степени защиты пассажиров от атмосферных осадков с использованием предложенного авторами коэффициента «сухих ног», как критерия эффективности принятия решения, учитывающего статистику аэродинамических характеристик и геометрических параметров объектов (навесов).

Представленный подход можно использовать при принятии эффективных решений о параметрах навесов при проектировании пассажирской инфраструктуры на железнодорожном транспорте.

Операторы строительных и дорожных машин подвергаются значительным вибрационным и ударным нагрузкам. Вибрации приводят к профессиональным заболеваниям и снижению работоспособности операторов. В качестве основных направлений виброзащиты используются виброзащитные опоры кабин и виброзащитные подвески сидений. Активные виброзащитные системы имеют преимущества в широте частотного диапазона и возможностях настройки. В то же время пассивные виброзащитные системы надежнее и долговечнее. В перспективных виброзащитных системах используется эффект квазинулевой жесткости. Описана разработанная в российской среде моделирования SimInTech математическая модель пассивной виброзащитной системы сиденья с эффектом квазинулевой жесткости. Учитываются внешние воздействия в виде заданных перемещений основания сиденья, и параметры системы. Входными параметрами являются масса, время, коэффициенты жесткости и демпфирования, амплитуда и частота колебаний основания сиденья. Выходными параметрами являются координата, скорость и ускорение сиденья в абсолютной системе координат и производная от них перегрузка сиденья. Также в результате моделирования определяются временные зависимости локальной координаты, или деформации виброзащитного механизма. Использованы блоки библиотеки «Механика» SimInTech. Реализованы заданные функциональные зависимости возвращающей силы и демпфирования. Модель воспроизводит вертикальные колебания сиденья. Приведены пример использования и результаты. Возвращающая сила определяется трехсегментной статической силовой характеристикой. Перегрузка определяется по текущим значениям ускорения сиденья, которые, в свою очередь, определяются блоком виртуального датчика. Приведен пример использования модели, когда исследуются вертикальные колебания сиденья с оператором наземной транспортно-технологической машины. Основание сиденья, т. е. пол кабины, совершает заданные гармонические колебания. Приведены графики временных зависимостей вертикальной координаты центра масс сиденья, вертикальной координаты основания сиденья и перемещения сиденья относительно собственного основания, а также временная зависимость перегрузки сиденья. Область применения разработанной модели - исследование динамики вынужденных колебаний виброзащитной системы сиденья наземной транспортно-технологической машины с оператором.

В рамках выдвинутой гипотезы о том, что энергетические затраты на рабочие движения звеньев стеллажных кранов-штабелеров неразрывно связаны с формой рабочей области склада, в котором работает кран, для снижения энергозатрат, в конструкции крана-штабелера было предложено использовать поворотную стрелу. С помощью программных реализаций математических моделей кранов-штабелеров традиционной велосипедной конструкции и предложенной конструкции с поворотной стрелой, открылась возможность определения средних затрат энергии на все возможные перемещения грузов одинаковой массы в пределах соответствующих рабочих областей этих конструкций. Для этого были разработаны системы дифференциальных уравнений в форме Коши, где учитывалась диссипация энергии. Определялось суммарное значение работ приводов крана при разгоне и торможении. Последние осуществлялись с постоянными ускорениями, а движение после разгона - с постоянными скоростями. Разработанные имитационные математические модели кранов традиционной конструкции и предложенной конструкции с поворотной стрелой позволяют определять затраты энергии в приводах при перемещении звеньев кранов по заданным траекториям. По критерию средних полных затрат энергии, принятому для всех возможных сочетаний перемещений в пределах областей одинаковой вместимости в сто квадратных метров, кран-штабелер предлагаемой конструкции имеет преимущество перед краном традиционной конструкции. Это позволяет существенно сократить затраты энергии при использовании таких кранов в складах и ангарах. Целесообразно рекомендовать использование крана-штабе-лера разработанной конструкции на складах круглой формы - это позволит значительно сократить расходы энергии при передвижении грузов во всех возможных сочетаниях координат целевых ячеек.

Целью данной работы является разработка цифровых стандартов, на основе которых возможен лишь оптимальный переход от этапа информатизации управления экономикой к этапу цифровой ее трансформации. Показано, что цифровые стандарты отражают один из основных принципов данного перехода, относящегося ко всему общественному развитию - формированию рациональной структуры управления данными с повсеместной интеграцией разрозненных их элементов в единую систему. В качестве цифрового инструмента, разрешающего проблему их формирования, предлагается математическая модель формирования цифровых платформ управления экономикой страны. С помощью данной модели на примере сельского хозяйства были получены цифровые стандарты в виде онтологических и логических моделей технологических баз данных, баз данных первичного учета, единых для всей отрасли. Это позволит эффективным образом реализовать государственное управление национальной экономикой на основе создания единой государственной компьютерной сети, идеи которой предлагались ещё руководителям СССР выдающимися учеными А. И. Китовым и В. М. Глушковым.

Введение. Одним из приоритетных направлений современной государственной политики является повышение качества жизни граждан. В Указе Президента РФ «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года» и в «Стратегии национальной безопасности Российской Федерации» определены основные направления повышения качества жизни граждан. Поскольку социально-экономическое развитие страны невозможно без повышения эффективности деятельности регионов, большое внимание уделяется разработке новых методов и подходов к анализу качества жизни населения. На сегодняшний день, несмотря на наличие многочисленных исследований в данной области, отсутствует универсальный математический аппарат для анализа и прогнозирования показателей качества жизни в регионе. Данное обстоятельство способствует снижению эффективности управленческой деятельности и, как следствие, слабому контролю за жизнедеятельностью территорий. Поэтому целью проведенного исследования стала разработка методики анализа и прогнозирования качества жизни в регионе.

Материалы и методы. Основой разработанной методики является математическая модель системной динамики. Модель включает в себя системные переменные, внешние факторы и функциональные зависимости, определяющие положительные и отрицательные взаимосвязи между элементами модели. В качестве моделируемых переменных используются показатели социально-экономического развития региона. Математическая модель состоит из восьми дифференциальных уравнений, решением которых при заданных начальных условиях и временном интервале являются прогнозные значения показателей качества жизни.

Результаты. Показана практическая реализация разработанной методики для анализа качества жизни в Саратовской области. Приведена характеристика современного состояния социально-экономического положения Саратовской области. Многовариантность прогнозирования реализована в разработке различных сценариев социально-экономического развития региона. Приведены графики прогнозных значений показателей качества жизни на временном интервале 2023, 2027 гг. Алгоритм реализации разработанной методики на варьируемых временных интервалах и разных уровнях управления показан с использованием информационно-логической схемы.

Обсуждения и выводы. Представленная авторская методика анализа показателей качества жизни населения в регионе направлена на своевременное предоставление ЛПР информации для принятия необходимых управленческих решений.

Анализируются силы, действующие на летательный аппарат в процессе разбега по взлетной полосе. Данный анализ является актуальным и своевременным, поскольку непонимание действующих на самолет сил, а также отсутствие конкретной математической модели, описывающей движение самолета в процессе разбега приводят к трудностям восприятия информации пилотами, их запоздалой реакции на возникшую ситуацию и невозможности обеспечения необходимого уровня безопасности этапа полета. Наличие подобной математической модели позволило бы определить все параметры движения самолета при разбеге, а также принять решение о продолжении или прекращении взлета.

В рамках данной работы ставится задача моделирования протеза ноги ниже колена с пружинной системой сгиба отдельных частей: предплюсна, плюсна, фаланги. Рассматривается конструкция протеза ниже колена с системой, оказывающей помощь при ходьбе с помощью пружин, позволяющей пользователю осуществлять ходьбу идентичной человеческой походке и сглаживать переходы между движениями предплюсны, плюсны и фаланг. Протез имеет возможность сгибаться в районе соединения фаланг пальцев, что позволяет пользователю быстрее привыкнуть к изделию. Результаты компьютерного моделирования конструкции протеза в САПР Solidworks показали, что жесткость конструкции при нагружении статической вертикальной силой равной 488 Н будет равна 65,5 кН/м. По результатам расчета динамики стопы предельное значение осевой жесткости пружин составляет 70 кН/м. В качестве одних из возможных материалов для изготовления пружин предплюсны и фаланг протеза могут быть использованы сталь 35Г2, 40Г2 и др. Указанные материалы обеспечивают стабильную работу протеза ноги. Полученная модель стопы может быть использована при проектировании биопротезов медицинского назначения.