Е.И. Цокур, А.В. Масалов,
(КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань)
Объектом исследования является система управления (СУ) торцовым волновым шаговым электродвигателем (ТВШД), который относится к сравнительно новому классу электрических машин.
Одним из наиболее целесообразных способов улучшения параметров электрических приводных устройств является применение тихоходных (до нескольких единиц оборотов в минуту) электродвигателей, основанных на использовании волновых передач с электромагнитным генератором волн деформаций. Характерными особенностями этих двигателей являются: большое передаточное отношение (несколько сотен) в одной ступени зубчатого зацепления, большой момент на валу (до нескольких десятков НЧм), малая (единицы угловых минут) дискретность шага, малая статическая погрешность отработки одиночных шагов (десятки угловых секунд), отсутствие электрических скользящих контактов, малые осевые размеры, возможность выполнения пустотелого вала и др. Эти двигатели имеют хорошие выходные характеристики, однако, не существует полной теории расчета подобных двигателей. Следовательно, вопросы проектирования и управления, связанные с разработкой рациональной, экономически обоснованной и надежной их конструкцией, являются на данный момент актуальными.
Тихоходные ТВШД могут отрабатывать с высокой точностью как заданную частотой управляющих импульсов угловую скорость, так и заданный количеством управляющих импульсов угол поворота выходного вала.
Рассматриваемая микропроцессорная СУ предназначена для управления ТВШД.
Основные требования к системе управления:
1. Возможность задания различных режимов работы ТВШД: непрерывное вращение - режим, при котором происходит вращение ротора электродвигателя с частотой задаваемой пользователем, на высоких оборотах осуществляется форсированное возрастание токов в обмотке управления (возбуждения); пошаговый режим - ротор поворачивается на определенный угол при каждой подаче импульса; реверс с любого положения - режим, при котором происходит изменение направления вращения двигателя; режим отработки заданного угла.
2. Гибкость то есть возможность варьировать такими параметрами системы как число фаз двигателя; количество одновременно коммутируемых фаз (закон коммутации); коэффициент дробления шага.
3. Совместимость системы управления с компьютером, что позволяет с компьютера задавать различные законы движения двигателя, которые будут сохранены в энергонезависимой памяти контроллера. Что обеспечивает автономность работы контроллера по ранее записанным с компьютера алгоритмам управления.
4. Универсальность - возможность подключения системы управления к различным типам шаговых двигателей и обеспечения различных законов управления.
Несмотря на то, что в настоящее время существует большое количество специализированных микросхем для управления шаговыми двигателями, они не позволяют построить СУ с качествами присущими микропроцессорной СУ (гибкость, универсальностью, многорежимностью и пр.), а в большинстве случаев выполняют функции драйверов управляющих шаговыми двигателями. Систему управления двигателем можно реализовать полностью программно с помощью микроконтроллера. При этом стоимость такой СУ получается достаточно низкой.
Рассматривается практический пример построения СУ ТВШД на основе микроконтроллера семейства PIC16F877. Основным блоком является устройство управления, которое выполняет функции: управления двигателем (функции формирователя и распределителя импульсов) через усилитель мощности, ввода и обработки данных, поступивших с клавиатуры или компьютера, вывод данных и параметров СУ на жидкокристаллический индикатор (ЖКИ).
Устройство управления выполняется на микропроцессорной логике, тактовый генератор обеспечивает синхронизацию микропроцессора, схема сброса формирует сигнал сброса до тех пор. пока не стабилизируется напряжение питания, энергонезависимая память хранит Необходимые константы и управляющие воздействия.
Сигналы управления обмотками двигателя формируются на портах микроконтроллера программно. Для коммутации обмоток используются нормально закрытые полевые транзисторы, которые подключают напряжение к обмоткам двигателя через датчики тока.
Режим форсировки (для ускорения переходных процессов нарастания и спада тока в фазах двигателя на высоких частотах вращения, двигателя ) осуществляется с помощью широтноимпульсной модуляции (ШИМ), которая тоже реализована программно. В режиме форсирования сигнал, снятый с датчика тока, через фильтр низкой частоты (ФНЧ) поступает на инвертирующий вход компаратора. ФНЧ предотвращает ложные срабатывания компараторов вследствие действия помех. На прямой вход каждого компаратора подано опорное напряжение, которое и определяет пиковый ток в обмотках двигателя. Это напряжение формируется на выходе микроконтроллером PIC16F877 с помощью встроенного таймера, работающего в режиме 8-битной ШИМ. Для фильтрации сигнала ШИМ используется двухкаскадный ФНЧ. Одновременно резистивный делитель задает масштаб регулировки токов фаз.
Связь СУ с компьютером осуществляется через интерфейс RS-232 (СОМ порт компьютера).
Для автономного управления контроллером, его запуска, выбора режима работы используется клавиатура, собранная по схеме коммутационной матрицы.
Для сохранения введенных с компьютера данных используется микросхема энергонезависимой памяти.
Питание СУ (микроконтроллера) формируется с помощью интегрального стабилизатора, который одновременно выполняет функции монитора питания.
Использование результатов работы позволит расширить области применения и проектировать двигатели, соответствующие приоритетным направлениям развития техники (технологии двойного назначения, критические технологии и др.), конкурентоспособные на отечественном и мировом рынке.
Перспективные направления использования ТВШД: в устройствах наблюдения за объектами на земле и в околоземном пространстве: для привода платформ, на которых расположены точные приборы; в установках автоматической подачи проб и ввода лекарств; в механизмах точного наведения медицинских приборов; для поворота столов и кресел при диагностическом обследовании с автоматическим сканированием (в томографах); для точного позиционирования зеркал; для поворота барабанов и платформ внутри камер; в устройствах дистанционного открытия и закрытия кранов и задвижек, дозирующих расход жидкостей, газов (в том числе в нефте- и газопроводах); в фотороботах; в приводных системах для обезвреживания взрывчатых веществ при чрезвычайных ситуациях и во многих других применениях.

А.В. Масалов,
(КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань)
В настоящее время широкое распространение в различных областях человеческой деятельности получили устройства, решающие с помощью магнитных методов задачи обнаружения и идентификации проводящих объектов в непроводящей среде.
Наибольшее применение в таких устройствах сегодня нашли токовихревые методы, позволяющие решать задачу селективного обнаружения определенных металлических или металлосодержащих объектов поиска. Селективное обнаружение - способность устанавливать факт наличия объекта и с возможностью идентификации его типа. Идентификацию объекта можно осуществляться только при наличии у его характерных признаков. Под этими признаками понимаются какие-либо постоянные их свойства, выявляемые в том или ином реализуемом в детекторе физическом методе, по которому имеются наибольшие различия между объектами поиска и основной частью множества других объектов.
Метод вихревых токов основан на наличии у объектов идентификации основных признаков, присущих металлам: электропроводности и магнитной проницаемости.
Вихревые токи - это замкнутые токи, протекающие в проводящей среде и индуцированные в ней изменяющимся электромагнитным полем. Возбуждение вихревых токов осуществляется переменным электромагнитным полем, создаваемым специальной катушкой, по которой протекает переменный электрический ток. Электромагнитная энергия, проникающая в металлический предмет, частично превращается в тепло, а частично переизлучается.
Метод вихревых токов дает возможность при различных частотах намагничивающего поля определить изменение активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления катушки в зависимости от электропроводности, размера и формы объекта идентификации помещенного в катушку. Теория базируется на уравнении Максвелла. Из решения этого уравнения вытекает ряд формул, на основании которых можно получить семейство зависимостей комплексного сопротивления катушки от электропроводности, магнитной проницаемости материала, и размеров объекта, помещенного в нее.
В зависимости от вида формируемого намагничивающего поля различают метод гармонического поля и метод импульсного поля (метод переходных процессов). При гармоническом типе поле возбуждается синусоидой одной частоты (гармоникой). При импульсном - возбуждение осуществляется импульсом, близким к прямоугольной форме.
Из основ гармонического анализа следует, что при одинаковом гармоническом составе намагничивающего поля можно получить один и тот же объем информации об электромагнитных характеристиках намагниченного объекта идентификации как в частотной области, измеряя амплитуды и фазы гармоник его поля переизлучения, так и во временной области, изучая временной ход этого поля. Т.е. электрофизические свойства материалов объекта поиска, а также геометрические размеры его элементов приводят к тому, что при некотором значении частоты намагничивающего поля амплитуда и фазовый сдвиг сигнала, переизлучаемого объекта поиска, будут при конкретной ориентации иметь отличия от множества других металлических объектов. При использовании гармонического метода объект намагничивается суммой гармонических полей не более трех (чаще всего двух) частот.
При использовании метода переходных процессов намагничивание производят импульсами сложной формы, теоретически являющимися суммой неограниченного количества гармонических полей с частотами, кратными основной частоте следования импульсов. Характерными признаками объекта поиска при использовании такого метода являются продолжительность и вид процесса затухания вихревых токов в обследуемом предмете, переносимые в сигнал, наведенный в приемной катушке переизлученным полем. В качестве критериев селекции могут использоваться как мгновенные значения переходной характеристики для различных моментов времени, так и результат их совместной обработки по специальным алгоритмам, выбранным для идентификации объекта.
У каждого из этих методов идентификации есть свои недостатки и преимущества.
Прежде всего, у этих методов разная информативность. У гармонического колебания всего два параметра для последующего анализа: амплитуда и фаза переизлученного поля. При импульсном возбуждении поля для анализа используются переходные характеристики всего спектра Фурье-составляющих прямоугольного импульса. Это ведет к значительному увеличению собираемой информации о характеристиках и размерах исследуемого металлического объекта.
Гармонический принцип менее информативен, чем импульсный, поскольку в гармоническом сигнале, то есть синусоиде, изменение фазы можно измерить не более двух раз за период сигнала. Пиковые значения амплитуды при проносе металлического объекта принципиально не могут меняться чаще частоты сигнала (скорость перемещения объекта много меньше частоты электромагнитного поля), если частоты при разных типах генерации поля не отличаются в тысячи раз. У импульсных систем, можно анализировать бесконечное множество частот.
Преимущество гармонических детекторов заключается в хорошей помехозащищенности, так как существует возможность эффективной фильтрации помех с частотами, отличными от частоты возбуждения.
Повышение информативности в гармонических детекторах возможно использованием возбуждения поля одновременно несколькими, специально подобранными частотами, то удастся несколько приблизить их характеристики обнаружения к импульсным системам. Однако на сегодняшний день использование гармонических детекторов с многочастотным методом возбуждения затрудненно в первую очередь усложнением конструкции излучающих катушек и электронной схемой управления.
Импульсный метод формирования поля детектором представляется наиболее перспективным в развитии. При использовании методов анализа переходных процессов (опенка затухания электромагнитного поля в детекторе по окончании действия импульса возбуждения) имеется теоретическая возможность дать заключение о точной форме и электромагнитных характеристиках исследуемого объекта. Достигается это путем измерения амплитуд переходных характеристик на разных частотах при различных задержках относительно заднего фронта импульса возбуждения. Накапливая результаты измерений за несколько циклов воздействия импульса при проносе объекта идентификации через детектор, и применяя необходимую обработку, можно получить электромагнитный образ объекта. Сравнивая его с образами из существующей библиотеки, можно довольно точно идентифицировать предметы, являющиеся объектами поиска.

И.Б. Аксенов, К.В. Алехин,
(КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань)
Фрактальный анализ наноструктур в настоящее время - один из сложившихся подходов, позволяющих сравнивать полученные экспериментальные результаты, в частности самоорганизованных поверхностных слоев [1]. Этому во многом способствуют методы исследования, определившие развитие нанотехнологий: сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) и атомная силовая микроскопия (АСМ), позволяющие получить изображения нанообъектов. В качестве количественного критерия, характеризующего морфологические (структурные) отличия нанообъектов выступает фрактальная размерность. Альтернативой этому подходу является фактически только метод визуальной оценки.
Авторами [1] для практической оценки регулярных и нерегулярных структур выделяется метод Гомеса-Родригеса (метод ГР) определения фрактальной размерности трехмерных изображений, полученных с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Идея метода заключается в том, что трехмерное изображение полученной поверхности рассекается горизонтальными плоскостями компьютерным методам. Полученные в сечении «островки» и «озера» оцениваются фрактальной размерностью «береговой линии».
Зависимость длины «береговой линии» L от площади «озер» при заполнении СТМ - изображения «водой» до определенного уровня связаны соотношением:
L(δ) = γd' Ad’/2, (1)
где γ - константа; d’ - фрактальная размерность береговой линии; δ -величина измерения (число пикселей в нм) [1].
Метод рекомендуется для определения фрактальной размерности упорядоченных и неупорядоченных структур, характеризуется высокой статистической устойчивостью графика зависимости logL от logA, представляющей собой прямую линию с коэффициентом наклона d’. Сама величина фрактальной размерности определяется клеточным методом, описанным в [2, 3].
В докладе предлагается оценка структурных отличий нанообъектов путем непосредственной обработки пиксельных изображений по величине оценки размерности Минковского (размерность Минковского-Булигана), в общем случае не совпадающей с размерностью Хаусдорфа-Безиковича [3, 4]. Обсуждаются перспективы развития этого метода.
Предлагаемый метод оценки величины DM основан на прямом подсчете площади Минковского, оценка площади является целочисленной и сводится к подсчету числа пикселей последовательно наращиваемого бинарного изображения. Прямой метод бинаризации полутоновых изображений, основанный на выделении яркостных контуров, соответствующих горизонтальным сечениям трехмерных изображений описан в [5]. Метод реализуется двумя командами пакета прикладных программ IMAGE PROCESSING TOOLBOX из инструментария MATLAB'a.
В предложенном методе для одиночной точки (пикселя) покрывающий «круг» является квадратом, поскольку отдельная точка отображается одним пикселем, который на каждой итерации прирастает во всех направлениях также на один пиксель. Фрактальной размерности аттрактора Хенона соответствует прямая линия. Показано, что оценка размерности Минковского удовлетворительно совпадает с оценкой размерности Хаусдофа-Безиковича. Модификация программы позволяет реализовать метод ГР.
Приведенные результаты, наработанные программы обработки изображений, включая их сжатие и распознавание отдельных фрагментов, методы ускоренных оценок фрактальной размерности могут быть успешно применены для анализа изображений наноструктур.
Метод успешно опробован на полутоновых изображениях, бинаризованных методом X-кластеров. Х-кластер образуется совокупностью смежных пикселей изображения, которая для каждого рij - пикселя образует два инвариантных к повороту подмножества с точностью r-окрестности: [pij, pi-1,j, pi+1,j pi,j+1] и [pij, pi-1,j-1, pi+1,j+1 pi+1,j+1]. Величина r-окрестности характеризуется некоторым эффективным радиусом r, который в общем случае вводится как операция на целочисленных значениях смежных пикселей.
Предлагаемый метод позволяет выделять характерные признаки границ, строить их точечные отображения и расширяет возможности применения размерности Минковского в качестве критерия оценки структурных особенностей нанообъектов.
Список литературы
1. Нанотехнологии в электронике. / Под ред. Ю.А. Чаплыгина. М. Техносфера. 2005. 448 с.
2. Федер Е. Фракталы. Мир, 1991,254 с.
3. Шредер М, Фракталы, хаос, степенные законы: Миниатюры из бесконечного рая. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2001.528 с.
4. Аксенов И.Б. Бинаризация и обработка тепловизионных изображений по фрактальным признакам границ объектов. Тезисы докладов Двенадцатой международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным системам. Владимир. 30 июня -5 июля 2003 г. М.Изд-во МАИ. 2003 1т. С. 28-30.
5. Аксенов И.Б. Метод бинаризации в задачах сегментации тепловизионных пиксельных изображений. «Вестник КГТУ(КАИ)». вып.1 Казань. 2005.С. 16-18.

B.C. Терещук, Д.А. Гусманов, А.А. Гусманов,
(КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань)
В [1] рассмотрена логическая схема проектирования электрожгутов бортовой системы распределения электроэнергии автомобиля с использованием систем CAD (Computer Aided Design) для этапа рабочего проектирования. Результаты, полученные на этапе рабочего проектирования, затем используются на последующих этапах жизненного цикла (ЖЦ) систем бортового электрооборудования, таких как этапы производства и эксплуатации. На этапе производства используются системы САМ (Computer Aided Manufacturing) и они здесь не обсуждаются. Этап эксплуатации в структуре ЖЦ в литературе отражен недостаточно, между тем он оказывает влияние на предыдущие этапы, что должно быть отражено в виде обратных связей в структурной схеме ЖЦ.
Приведем некоторые примеры обратного влияния этапа эксплуатации на предыдущие этапы:
1) внесение изменений, разработка модификаций системы, вызванных выявленными в процессе эксплуатации недостатками, появлением новых требований, использованием новых материалов и т.д.;
2) доработка системы блоками контроля, поиска неисправностей, проявляющихся во время эксплуатации;
3)заказ запчастей;
4) подготовка к эксплуатации и др.
Описанное взаимодействие этапов должно осуществляться на информационном уровне, что составляет суть CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) технологии, базирующихся на технологии управления данными об изделии с помощью PDM (Product Data Management) систем. В докладе обсуждаются пути решения поставленной задачи на базе разработок [2,3].
Список литературы
1. Логическая схема проектирования электрожгутов автономных подвижных объектов с использованием CAD/CAM/CAE систем. / B.C. Терещук, Д.А. Гусманов, А.А. Гусманов, С.В. Фадеев // Труды 19 Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий». Казань: Изд-во Казан, высшее артиллерийское командное училище, 2007.
2. Горячкин В.П., Терещук В.С., Шакирзянова Н.Ш.. База данных-подсистемы САПР ЭО автомобилей // Труды 2 международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера». Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2001. с. 449-454.
3. Схема и алгоритмы проектирования систем электрооборудования автомобилей с применением программ САПР / Терещук B.C., Горячкин В.П., Фадеев С.В., Шакирзянова Н.Ш. // Труды 3 международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера». Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2003. с. 645-651.

СП. Гынку,
(КГАВМ им. Н. Э. Баумана, г. Казань)
Ведение: В последнее время в различных отраслях биологических наук и медицине широкое распространение получили радиофизические методы воздействия на биологические объекты и системы с целью физиологической, иммунной и психомоторной коррекции процессов функционирования живых структур. Особенно интенсивно развиваются исследования биологических эффектов, связанных с воздействием электромагнитного излучения крайне высоких частот (КВЧ) - диапазона [1,3].
Тот факт, что во всех живых веществах процент содержания воды очень высок, а электромагнитное излучение диапазона КВЧ сильно поглощается водой [2], в работе облучаются результаты по лечению инфицированных ран у собак различными водными растворами, обработанные ЭМИ КВЧ миллиметрового диапазона.
Материалы и методы: Опыты проводили на собаках по 4 животных в каждой из 5-групп, у всех собак воспроизводились размозженные инфицированные раны длиной 7см. и глубиной 1,5см. с последующим их лечением, путем санации раны изучаемыми растворами. Лечение проводилось по следующим схемам.
I группе - (контроль) раствор фурацилина и линимент бальзамический по Вишневскому (ЛБВ)
II группе - (контроль) раствор анолита и католита
III группе - обработанный мм волнами раствор фурацилина и (ЛБВ)
IV группе - обработанные мм волнами 0.9% раствор NaCl
V группе - обработанные мм волнами анолит и католит
Обработка растворов проводилась микроволновой установкой «Явь -1-7,1» предоставленной НИЦ ПРЭ КГТУ (директор, профессор Морозов Г.А.). Облучение проводили в режиме частотной модуляции с шириной полосы модуляции до ± 100 МГц. Время обработки 60 минут, с расстоянием от рупора до поверхности раствора 7 см.
Результаты всех экспериментов обработаны статистически на PC IBM с использованием алгоритмической программы в Excel.
Результаты исследований: В период изучения регенерации раневого процесса нами были получены следующие показатели заживление ран:
I группе завершилось на - 21 сутки
II группе - 19 сутки
Ш группе -20 сутки
IV группе -17.3 сутки
V группе - 18.3 сутки
В группе собак с лечением обработанного КВЧ 0,9% раствора NaCl было замечено снижение воспалительных реакций на травму - очищение раны от гнойного экссудата, отсутствие отека, болезненности - происходили намного раньше относительно других групп. В результате снижения воспалительной реакции количество лейкоцитов (гуморальный показатель воспаления) был ниже остальных групп. Так же было замечено в данной группе более высокая иммунная активность в результате изучения - фагоцитарной активности нейтрофилов и лизацимной активности сыворотки крови.
Выводы: На основании полученных данных можно сделать вывод что, обработанный раствор 0,9% NaCl обладает выраженным лечебным эффектом снижающий - нейрогуморальную реакцию организма на травму, тем самым оберегающий организм как целостную систему без существенных изменений, как на клеточном уровне, так и на уровне целого организма, так же обладает выраженным стумулятором и модулятором иммунной системы. Кроме того, обладает антибактериальными свойствами в результате снижения микробной активности в раневом процессе.
В результате полученных данных мы рекомендуем 0,9% раствор NaCl облученного микроволновой установкой «Явь -1-7,1» применять для лечении инфицированных ран у животных.
Список литературы
1. Брюхова А.К., Баюк Л.И., Зиновьева Н. А., Имсаева B.C., Ландау Н.С., Раттелъ Н.Н. Некоторые особенности действия электромагнитных излучений миллиметрового диапазона на микроорганизмы // В сб. статей "Медико-биологические аспекты миллиметрового излучения" / Под ред. Н. Д. Девяткова. М.: ИРЭ АН СССР. 1987. с. 98-103.
2. Гапочка Л.Д., Гапочка М.Г., Королев А.Ф., Костиенко А.И., Тимшкин И.В. Воздействие электромагнитного излучения КВЧ и СВЧ диапазонов на жидкую воду.-Вести . Моск. Ун-та. Сер. 3. Физика. Астрономия. 1994, т. 35. №4.
3. Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. М.: Радио и связь. 1991. 168 с.

И.Р. Гильманшин,
(КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань)
Д.И. Басырова,
(Казанский государственный технологический университет)
Математическое моделирование является универсальным инструментом исследования как реальных, так и разрабатываемых сложных многоуровневых систем и комплексов. Система автоматизированного учета и контроля бытового потребления энергоносителей является распределенной многоуровневой информационной системой, причем, элементы нижнего уровня имеют различный состав. Сложность системы обусловлена большим объемом информации и различным приоритетом передаваемых данных. Поэтому для анализа работы системы целесообразно воспользоваться методами математического проектирования. Являясь основным методом системного подхода, математическая модель описывает внутренние процессы исследуемого объекта с количественной и качественной стороны. Математическая модель описывает взаимосвязь элементов системы с помощью функций или логически. Анализ математической модели позволяет судить о поведении реального объекта уже на стадии проектирования.
В ходе построения математической модели на реальное явление накладывается ряд ограничений, позволяющих упростить математическую модель при условии сохранения требуемого уровня достоверности полученных данных, явление схематизируется и полученная схема описывается в зависимости от задачи с помощью того или иного математического аппарата.
Проанализировав возможности современных методов моделирования, мы пришли к выводу, что математический аппарат сетей Петри наиболее удобен для моделирования многовариантных распределенных информационных систем. Система автоматизированного учета и контроля бытового потребления энергоносителей (АУиКБПЭ), включает последовательно-паралельные процессы. Сети Петри в компактной форме отображают структуру взаимодействия именно последовательно-параллельных процессов и динамику изменения состояний. К тому же, математический аппарат теории сетей Петри обладает рядом важных достоинств:
• высокая наглядность математической модели;
• динамическое отражение состояний моделируемой системы;
• разработаны методы исследования, позволяющие оптимизировать процесс моделирования сложных систем.
Теоретико-графовым представлением СП является двудольный ориентированный мультиграф, G=(V, A),
где V— {v1, v2,.., vs} = PUT- множество вершин, включающее два непересекающихся подмножества: позиций Р = {p1, ..., рп} и переходов Т={t1,..., tm}, P&T=Ø. A = {a1, а2, ...,аr} - множество ориентированных дуг аi = {vj, vk}, если vj Є P то vk Є Т, либо если vj Є T, то vk Є Р.
Анализ существующих системы учета показал необходимость использования модифицированных СП. Для моделирования нашей системы мы выбрали ДН-сети. ДН-сети являются расширением СП, включающим приоритетные переходы, самодифференцируемые и ингибиторные дуги, временные задержки в позициях и переходах, цвет меток и раскраску дуг. Топология модели описывает статическую структуру, а для описания динамики внутренних процессов вводится понятия меток. Каждой позиции сети ставится в соответствие натуральное число, указывающее количество меток в данной позиции. Совокупность меток для всех позиций называют маркировкой М. Динамика процессов в системе моделируется сменой маркировки позиций. Это происходит при срабатывании переходов: из всех входных позиций перехода изымается количество меток, равное кратности входной дуги, соединяющей переход с позицией, а во все выходные позиции добавляется количество меток равное кратности выходной дуги, соединяющей переход с данной позицией.
Принимая во внимание большое количество конечных элементов системы, а также многовариантность схем построения, нами было принято решение адаптировать методику автоматизированного проектирования математических моделей на основе программного комплекса «САМ ДНХТС» успешно зарекомендовавшую себя в моделировании дискрето-непрерывных химико-технологических систем, к моделированию сложных распределенных информационных систем на примере моделирования системы автоматизированного учета и контроля бытового потребления энергоносителей.
Основная идея исследования заключается в возможности интерпретации перемещения пакетов данных в информационных системах перемещением меток в СП - моделях.
Моделирование проводилось по следующему алгоритму:
1) проведен анализ процесса передачи информации от источников (счетчиков энергоносителей) в базу данных (центральный диспетчерский пункт), сформулированы основные требования, выделены узловые элементы системы;
2) проанализировано информационное наполнение пакетов передаваемых данных, что позволило контролировать прохождение между Уровнями системы непосредственно информационных пакетов, а не отдельных блоков данных, сформулированы условия инициализации информационного обмена;
3) проведена формализация функционирования элементов информационных систем в терминах теории ДН-сетей;
4) формализован алгоритм функционирования системы автоматизированного учета и контроля бытового потребления энергоносителей;
5) формализован алгоритм функционирования базовых элементов системы;
6) проведено моделирование базовых элементов системы в виде ДН-сетей;
7) в соответствии с разработанной иерархической структурой системы построена базовая СП-модель всей системы;
8) построена программная реализация и проведено тестирование СП-модели системы автоматизированного учета и контроля бытового потребления энергоносителей.
Таким образом, нами показана возможность моделирования сложных распределенных информационных систем на основе математического аппарата ДН-сетей. Построенная модель наглядно демонстрирует статическую топологию и позволяет анализировать динамику процессов в моделируемой системе.
В результате исследования расширены границы применимости разработанной методологии моделирования ДН-сетей. Разработана методология проектирования сложных распределенных информационных систем на примере САУиКБПЭ. А именно проведена формализация базовых элементов системы. Проведена формализация функционирования элементов САУиКБПЭ в терминах теории сетей Петри. Расширено определение ДН-сетей с учетом ориентации на моделирование информационных систем. Проведено моделирование сложной распределенной информационной системы (САУиКБПЭ).

Е.Ю. Эстис, А.В. Ференец,
(КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань)
Самый распространенный на сегодняшний день вид транспорта, как грузового, так и пассажирского - автомобильный. В городах появляются все новые и новые автобусные маршруты, а развитие торговли и промышленности диктует необходимость увеличение объемов междугородных и международных перевозок, большая часть которых осуществляется посредством автотранспорта. В связи с этим возникают две основные проблемы: рост числа ДТП и повышение эксплуатационных расходов, которые несут автотранспортные предприятия.
Таким образом, можно сказать, что становиться все более сложно поддержание на должном уровне двух основных показателей эксплуатации автотранспорта: безопасности и эффективности. Под безопасностью понимается безопасность для всех участников дорожного движения, а в свою очередь, под эффективностью максимальная прибыль при минимальных эксплуатационных затратах. На безопасность и эффективность автотранспорта в той или иной степени влияют: исправность транспортного средства, профессионализм водителя, расход ГСМ, состояние дорог, пассажиропоток (для автобусов).
Осуществляя контроль большинства этих параметров и в последствии их алгоритмизированный анализ можно оптимизировать эксплуатацию автотранспортных средств. Непрерывный контроль исправности основных агрегатов и систем транспортного средства позволяют, снизит эксплуатационные расходы на ремонт и техническое обслуживание, контроль работы водителя важен как для разбора, так и для предотвращения ДТП. Таким образом, контроль эксплуатация транспортного средства дает возможность повышения ее безопасности и эффективности.
Существующие на сегодняшний день средства для контроля эксплуатации автотранспорта имеют ряд недостатков: одни дают недостаточно разборчивую информацию, не подлежащую дальнейшей систематизации и анализу, и при этом имеют высокую стоимость, порядка тысячи долларов за каждый бортовой блок. Другие же, дают относительно подробную информацию, однако она может быть использована в основном для разбора ДТП, а не для слежения за эксплуатацией транспортного средства и профилактики неисправностей.
Разрабатываемая в Центре электроники и микропроцессорной техники КГТУ им. Туполева система во многом лишена указанных недостатков. Так, программный комплекс системы позволяет вести непрерывный анализ эксплуатации транспортного средства на автотранспортном предприятии, а стоимость системы получается сравнительно невысокой благодаря малой стоимости бортовых регистраторов - приборов, устанавливаемых непосредственном на автомобиле или автобусе и регистрирующих их эксплуатационные параметры.
Низкая стоимость бортового регистратора объясняется тем, что в нашей системе его функции минимальны и сводятся только к записи эксплуатационных параметров в привязке к точному времени и последующей выдаче их на компьютер для дальнейшего анализа.
Основа бортового регистратора - микроконтроллер AVR ATMega 16L фирмы Atmel. Этот микроконтроллер был выбран потому, что он имеет достаточно высокие характеристики при малой стоимости, а именно: достаточно высокое быстродействие, встроенный модуль USART. использующийся для связи с компьютером, на нем легко реализовать таймер. Для записи данных используется микросхема энергонезависимой памяти типа DataFlash (зарегистрированная торговая марка фирмы Atmel) с объемом памяти 4 или 8 Мегабайт, что обеспечивает возможность записи параметров в течение 2-3 недель при временном дискрете регистрации 2 секунды. Питание регистратора осуществляется от бортовой сети транспортного средства, резервное питание от встроенного аккумулятора.
Принцип работы бортового регистратора сводится к следующему: каждые 36 секунд в память записывается информационный блок размеров 44 байт, содержащий информацию о пробеге, оборотах двигателя, срабатывании тормозной системе и системе давления масла в системе смазки двигателя за каждые 2 секунды, а также данные о расходе горючего, исправности тормозной системы, перегреве двигателя, заряде аккумуляторной батареи в течении этих 36 секунд. Принцип записи - «бесконечная лента», то есть старые данные все время затираются новыми. Как уже упоминалось, в бортовом регистраторе есть свой собственный таймер, функции которого выполняет микроконтроллер. Таймер синхронизируется с точным временем при каждом считывании данных с бортового регистратора.

Вафин Радик Рашитович, Вафин Рустем Радикович,
(КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань)
Рассматривается создание системы для поддержки благоприятных климатических условий для работы в помещение: «Автоматизированная система управления и контроля микроклимата помещений». Данная система производит съем информации с датчиков различного типа (температуры, влажности, движения воздуха и т.п.), а так же производит управления объектами, влияющими на микроклимат помещения (окна, двери, системы отопления, вентиляцию и т.п.).
Программное обеспечения реализовано на языке С#, т.к. должно было быть совместимо с языками программирования высокого уровня для IBM PC - совместимого компьютера. Так же данный язык программирования уменьшает трудоемкость написания программ и упрощает разработку интерфейса пользователя, а следовательно затраты на реализацию автоматизированной системы управления и контроля микроклимата помещений.
Использовалась аппаратура съема и оцифровки сигнала с возможностью передачи оцифрованного сигнала по стандартным протоколам ЭВМ на базе IBM PC - совместимого компьютера необходимой конфигурации.
Итогом разработки стала система, которая упростила задачу обработки оцифрованных сигналов и решила в результате обработки следующие задачи:
- фильтрация сигналов от датчиков;
- аналого-цифровое преобразование в системе;
- построение частотных графиков полезного сигнала (восстановление сигнала);
- сжатие оцифрованной информации о микроклимате;
- фильтрация шумов сигнала
В разработанной системе был реализован удобный интерфейс пользователя, который позволил переучиваться персоналу без отрыва от производства.
Актуальность данной задачи объясняется ужесточением требований к условиям производства и хранения продукции, контролем рабочих мест в соответствии нормам ГОСТа все большую актуальность приобретает задача мониторинга микроклимата и других параметров технологических сред в производственных и складских помещениях, музеях, чистых комнатах в фармацевтической и электронной промышленности. Предлагаемые на отечественном рынке измерительные системы не позволяют эффективно решать эту задачу. Их основными недостатками является высокая стоимость.
Современный уровень развития вычислительной техники, инструментов программирования и элементной базы позволяет создавать мощные комплексы с высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками, а также, что немаловажно, относительно низкой ценой.
Разработанная система представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из измерительных преобразователей влажности, температуры, давления, скорости воздуха, освещенности и т.п.
Все преобразователи подключаются параллельно к обычному четырехжильному телефонному кабелю, по двум проводам которого осуществляется питание преобразователя, по двум другим - обмен информацией с контроллером.
Опрос и хранение информации от преобразователей осуществляется персональным компьютером.
Так же персональный компьютер хранит статистику измерений от каждого датчика, что позволяет анализировать данные на протяжении определенного промежутка времени, делать необходимые выводы и принимать определенные решения по снижению затрат на поддержку микроклимата.
Просмотр статистики полученных измерений можно просмотреть как в графическом виде, так и в цифровом виде, что позволяет оценить состояние наблюдаемого объекта как с качественной так и с количественной точки зрения.
Для оцифровки полученных сигналов использовался микропроцессор фирмы Atmel со встроенные АЦП, т.к. фирма Atmel является одним из лидеров в данном сегменте рынка как по производительности, качеству, быстродействию, низкому энергопотреблению, так и по цене.
Для передачи по каналу связи были использованы те же микропроцессоры, что и производили оцифровку аналогового сигнала от датчиков.
Данное решение показало высокую эффективность при снятии показателей датчиков и их оцифровки, высокую эффективность при передачи оцифрованной информации по каналу передачи с временным разделением доступа к каналу, эффективность при управлении и оценке качественного и количественного состояния системы.

Вафин Радик Рашитович, Вафин Рустем Радикович,
(КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань)
Рассматривается мобильная система управления объектом. Данная система позволяет производить удаленное отображение информации о наблюдаемом объекте, а так же осуществлять управляющие воздействия на объект. Актуальность данной задачи возникает в случаях, когда нахождение человека оператора в зоне управления объектом либо не желательно, либо не возможно из-за, например, повышенной радиоактивности., сложных метеорологических, климатических и/или географических и прочих сложных условиях в зоне наблюдаемого объекта. А так же когда объект наблюдения обладает большими и сложными геометрическими и геофизическими размерами и характеристиками и требуется произвести настройку отдельных подсистем объекта непосредственно на месте нахождения подсистемы. Разработаны алгоритмы передачи данных и управляющих воздействий между мобильным портативным устройством и ЭВМ, осуществляющей автоматический мониторинг системы и частичное управление наблюдаемым объектом. Разработана система визуализации состояний подсистем объекта, позволяющей оперативно произвести управляющие воздействия на наблюдаемый объект.
Управление, настройка и наблюдение объекта производится с помощью мобильного портативного устройства и связанного с ним через сеть Интернет ЭВМ. ЭВМ осуществляет сбор и первичную обработку информацию об объекте и анализ состояний системы. Мобильное портативное устройство по запросу оператора получает информацию обо всем объекте либо о его конкретной подсистеме от ЭВМ, осуществляющей мониторинг объекта. После получения оператором информации об объекте, производятся необходимые управляющие воздействия на объект посредством команд, вводимых оператором на мобильном портативном устройстве. В случае возникновения опасной ситуации на управляемом объекте, курирующая объект ЭВМ сигнализирует о возникновении данной ситуации оператору. После данного сигнала информации автоматически загружается на мобильное портативное устройство, и оператор имеет возможность, проанализировав ситуацию, принять соответствующее решение по управлению объектом. Любое здание (объект) - будь-то административное, производственное или жилое состоит из некоторого набора подсистем, отвечающих за выполнение определенных функций, которые решают различные задачи в процессе функционирования этого здания (объекта). По мере усложнения этих подсистем и увеличения количества, выполняемых ими функций, управление ими становилось все сложнее. Также стремительно росли расходы на содержание обслуживающего персонала, ремонт и обслуживание этих подсистем. Впервые эти проблемы встали при эксплуатации больших административных и производственных комплексов. Современное здание такого типа - это город в миниатюре. Фактически в нем действуют все службы, являвшиеся ранее непременными атрибутами городского хозяйства. В таких зданиях обычно существует административная служба или администратор, которые используют и обслуживают эту систему практически круглосуточно. Хотя есть немало средств автоматики, которые сами справляются с возложенными на них задачами, такими, как отопление, вентиляция, поддержание микроклимата, освещение, пожарная сигнализация, контроль входа - выхода и т.п., но управление и обслуживание всех этих систем требует наличие администрирующего персонала. Его обязанностью является контроль работы этих подсистем и принятие мер в случае выхода их из строя. Но есть ситуации, когда даже действия квалифицированного персонала могут оказаться неэффективными. Это случаи возникновения угрозы зданию и находящимся в нем людям, имеющие глобальный характер - пожар, землетрясение и другие стихийные бедствия, террористические атаки. Здесь нужно принимать экстраординарные меры в считанные доли секунды. Реакция и корректность действий людей в критической ситуации может оказаться недостаточной. Традиционные системы обеспечения различных аспектов жизнедеятельности в прошлом проектировались как автономные. Такие системы, создавались отдельно для каждой функции и объединялись для произвольной части здания. В зданиях устанавливались системы только с теми возможностями и с той степенью сложности, какие были необходимы на текущий момент построения здания. Дальнейшее расширение и модернизация данных систем были сложными и дорогостоящими задачами из-за множества различных факторов. Затраты на эксплуатацию такой системы слагаются из затрат на эксплуатацию каждой автономной системы в отдельности, стоимости обучения персонала. Стоимость эксплуатации этих систем высока - в силу их автономности каждая из них поддерживается отдельно. Стоимость обучения персонала столь же высока, поскольку операторы должны быть ознакомлены с эксплуатацией каждой автономной системы.

А.Н. Глебов, И.Х. Мингазетдинов,
(КГТУ им. АН. Туполева, г. Казань)
Современное развитие техносферы сопровождается существенным давлением на экосистемы и характеризуется значительными выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, увеличением промышленных и бытовых стоков в гидросферу, образованием громадных объемов различных отходов, загрязняющих литосферу. Решение экологических проблем представляет собой комплексную задачу, которая должна решаться по двум направлениям:
- совершенствование производственных циклов (добыча, транспортировка, технология производства) в сторону уменьшения негативного давления на экосистемы - это малоотходные и безотходные процессы, замкнутые циклы;
- совершенствование инженерных методов и средств защиты окружающей среды.
В рамках решения задач второго направления проведены инженерно-технические разработки. Для защиты атмосферы от технологических выбросов предложено несколько решений.
Образование большинства выбросов в атмосферу начинается непосредственно на рабочих местах, поэтому локализация вредных выделений непосредственно в зоне возникновения является важным как для состояния воздушной среды в рабочей зоне, так и для последующей их очистки. Разработано устройство [1], сочетающее локализацию за счет воздушных завес, с удалением в систему вентиляции внутри завес. Дня комплексной очистки вентиляционных выбросов предложено устройство [2], в котором происходит распыливание абсорбционной жидкости, коагуляция аэрозольных частиц с центробежной сепарацией, адсорбция в гранулированных сорбентах и фильтрация. Использование этого устройства рационально использовать для таких технологических процессов, как сварка, пайка, которые характеризуются широкой номенклатурой загрязнителей (аэрозоли, пары, газы). Значительный объем в сфере производства занимают гальванические процессы. Для улавливания и рациональной очистки вентиляционных выбросов разработано устройство [4], в котором происходит очистка в рулонном фильтре, свернутом в виде ленты Мебиуса, и одновременно реализуется регенерация фильтроэлемента. Для очистки вентиляционных выбросов, содержащих пылевые фракции, разработан мокрый пылеуловитель [3].
Для защиты гидросферы разработан ряд устройств[5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], которые позволяют существенно повысить эффективность очистки. Устройство [5] предназначено для очистки жидкостей от взвешенных частиц. Для очистки сточных вод от растворенных веществ (ионы тяжелых металлов) разработан колонный адсорбер [6], с распылителем [7], в котором реализуется многоступенчатая ионообменная очистка.
Сочетание ионообменной очистки, с одновременной центробежной сепарацией от шлама реализуется в [8]. Значительные перспективы содержит метод электрокоагуляции для очистки сточных вод. Разработано устройство для электрокоагуляционной очистки сточных вод [9], в котором осуществляется коагуляция, флотация с ингибированием и фильтрация. Для целей электрокоагуляции рационально использовать не металлические пластины, а анодорастворимые стружки [10], при этом, наряду очисткой жидкости происходит утилизация металлических отходов. Серьезную проблему представляет очистка стоков, содержащих органические вещества. Для решения этой задачи, разработан аэротенк [11], в котором зона аэрации выполнена в виде лабиринтного канала.
Для снижения количества твердых отходов в сфере производства, разработано устройство [12], в котором используется механический измельчитель в сочетании с низкотемпературным хладоагентом.
Приведенные научно-технические разработки осуществляются в рамках выполнения научных тем по грантам АН РТ: «Разработка проекта организации производства переработки ТБПО по технологии паровоздушной газификации в режиме сверхадиабатического горения», «Натур-макетирование и моделирование физико-химических процессов аэрогидродинамики городов РТ на примере устья Казанки и основных районов г. Казани», «Разработка тест-полосок для определения физико-химических параметров объектов окружающей среды и человека», «Применение гелей с заданными свойствами, как объектов природной среды в инженерной экологии», а так же по хоздоговорам с КАПО им. СП. Горбунова и ОАО «Казаньоргсинтез», связанными с уменьшением техногенной нагрузки химически загрязненных сточных вод предприятий, повышением эффективности работы очистных сооружений.
Список литературы
1. Устройство для локальной вентиляции рабочих мест. Патент № 244883. Костерин В.А.. Мингазетлинов И.Х. и др., бюл. № 2. 2005 г.
2. Устройство для очистки воздуха. Патент № 5 1 839. Мингазетди-нов И.Х., Глебов А.Н. и др.. бюл. № 7. 2006 г.
3. Мокрый пылеуловитель. Мингазетдинов И.Х., Глебов А.Н. Заявка на изобретение № 2006 146 490 от 14.12.2006 г.
4. Устройство очистки и регенерации рулонных фильтров. Патент № 47252. Мингазетдинов И.Х., Петров В.Н. и др., бюл. № 24, 2005 г.
5. Отстойник для очистки жидкостей от взвешенных частиц. Патент № 49468. Мингазетдинов И.Х., Глебов А.Н. и др., бюл. № 33, 2005 г.
6. Колонный адсорбер. Патент № 50125. Мингазетдинов И.Х., Глебов А.Н. и др., бюл. № 36, 2005 г.
7. Устройство для распыления жидкости. Патент № 46075. Мингазетдинов И.Х., Петров В.Н. и др., бюл. № 16, 2005 г.
8. Устройство для очистки воды от загрязняющих веществ. Патент № 58114. Мингазетдинов И.Х., Ктомас Б.Г. и др., бюл. №31, 2006 г.
9. Устройство для электрокоагуляционной очистки сточных вод. Патент № 57270. Мингазетдинов И.Х., Глебов А.Н. и др., бюл. № 28, 2006 г.

10. Электрокоагулятор для очистки сточных вод. Патент № 58115. Мингазетдинов И.Х., Глебов А.Н. и др., бюл. №31, 2006 г.
11. Аэротенк для очистки сточных вод. Патент № 48531. Мингазетдинов И.Х., Петров В.Н. и др., бюл. № 30, 2005 г.
12. Устройство для измельчения полимеров. Патент № 51933. Мингазетдинов И.Х., Глебов А.Н. и др., бюл. № 7, 2006 г.