bluuebunny/crossref_metadata_2025_split huggingface dataset:
Исследование алгоритмов траекторного управления роботом манипулятором
Authors: Василенко И.В. , Ведякова А.О. 
Published: December 2024

Промышленные роботы-манипуляторы широко используются в производстве и область их применения постоянно расширяется. Одним из наиболее распространенных режимов работы роботов-манипуляторов является движение вдоль заданной траектории. В статье проводится сравнительный анализ четырех схем траекторного управления, три из которых представляют собой ПД (пропорционально-дифференцирующие) регуляторы, а последняя основана на скользящем режиме. На основе модели трехзвенного робота-манипулятора разработан имитационный моделирующий комплекс с использованием интегрированной среды MATLAB Simulink, который позволяет проводить вычислительные эксперименты с замкнутой системой управления манипулятора. С использованием комплекса исследована работа рассматриваемых схем управления. Изучалось влияние параметрических возмущений в модели объекта управления и сигнальных возмущений типа белый шум, высокочастотный гармонический сигнал, случайные единичные помехи. Сформулированы методические рекомендации по использованию и настройке регуляторов. Рассмотренные схемы управления применимы к различным роботам последовательной кинематики.
Industrial robots are widely used in manufacturing and their application field is constantly expanding. The movement along a given trajectory is one of the most common modes of robotic manipulators’ operation. The paper presents a comparative analysis of four trajectory control schemes, three are PD (proportional-derivative) controllers, and the last one is based on a sliding mode. Using the three-link robot-manipulator model, a simulation modeling complex was developed using the MATLAB Simulink, which allows conducting computational experiments with the closed-loop control system of the manipulator. With that complex, the performance of the considered control schemes was investigated. The effect of parametric perturbations in the manipulator model and signal disturbances, such as a white noise, high frequency harmonic signal, random single interference were studied. Methodical recommendations were formulated for the controller’s application and tuning. The considered control schemes are applicable to various robots of series kinematics.
Применение методов искусственного интеллекта и когнитивных технологий в задачах моделирования динамических систем
Authors: Дружинина О.В. , Масина О.Н. , Игонина Е.В. 
Published: December 2024

Рассмотрены вопросы, связанные с применением методов искусственного интеллекта и когнитивных технологий в задачах моделирования управляемых динамических систем. Представлен обзор результатов решения некоторых задач когнитивного моделирования. Изучены аспекты построения и исследования когнитивных моделей с применением различных инструментов искусственного интеллекта. Охарактеризованы особенности применения нейронных сетей, эволюционных алгоритмов, объектно-ориентированных языков программирования, многоагентных архитектур в задачах когнитивного моделирования. Дано описание областей применения искусственного интеллекта и когнитивных технологий в задачах моделирования динамических систем. Рассмотрено методическое обеспечение для исследования траекторной динамики систем интеллектного управления. Предложен подход к построению динамических когнитивных карт для моделирования маятниковых систем с применением интеллектуальных технологий. Разработан обобщенный алгоритм стабилизации маятника с применением нечетких когнитивных карт. Рассмотренный подход позволяет синтезировать модели перевернутого маятника с учетом различных физических эффектов и решать ряд задач управления маятниковыми системами. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и совершенствовании управляемых технических систем.
The issues related to the use of artificial intelligence methods and cognitive technologies in the modeling of controlled dynamic systems are considered. An overview of the results of solving some cognitive modeling problems is presented. Aspects of the construction and research of cognitive models using various artificial intelligence tools are studied. The features of the application of neural networks, evolutionary algorithms, object-oriented programming languages, multi-agent architectures in cognitive modeling problems are characterized. The description of application fields for artificial intelligence and cognitive technologies in the problems of modeling dynamic systems is given. Methodological support for the study of the trajectory dynamics of intelligent control systems is considered. An approach to the design of dynamic cognitive maps for modeling pendulum systems using intelligent technologies is proposed. A generalized algorithm for stabilization of the pendulum using fuzzy cognitive maps is developed. The considered approach makes it possible to synthesize models of an inverted pendulum taking into account various physical effects and solve a number of problems of controlling pendulum systems. The obtained results can be used in the design and improvement of controlled technical systems.
К методам системной инженерии: вероятностные подходы к анализу процесса управления качеством системы
Authors: Костогрызов А.И. 
Published: December 2024

Перспективная системная инженерия, выходя далеко за сегодняшние рамки, должна ориентироваться на системы будущего, становящиеся более разумными, самоорганизующимися, ресурсоэффективными, безопасными, устойчивыми, а также поддерживаться междисциплинарной теоретической основой. В результате анализа прогнозов применения системной инженерии предложены вероятностные подходы к анализу процесса управления качеством системы. Предложенные вероятностные подходы позволяют оценивать риски нарушения надежности реализации процесса управления качеством системы (в т.ч. риски невыполнения необходимых действий, нарушения сроков выполнения необходимых действий процесса и/или наличия недопустимого брака в поставляемых продукции и/или услугах) без учета и с учетом дополнительных специфических системных требований. Их применение ориентировано на решение актуальных задач системной инженерии.
Advanced system engineering should be based on interdisciplinary theory and focused on the systems of the future, becoming more intelligent, self-organizing, resource-efficient, safe and sustainable. As a result of the analysis of forecasts for the application of system engineering, probabilistic approaches to the analysis of the system quality management process are proposed. The proposed probabilistic approaches allow us to assess the risks of violation of the reliability of the implementation of the system quality management process (including the risks of failure to perform the necessary actions, violation of the deadlines for performing the necessary actions of the process and/or the presence of unacceptable defects in the supplied products and/or services) without taking into account and taking into account additional specific system requirements. Their application is focused on solving actual problems of system engineering.
Оптимизация разбиения структур для векторного оптимизатора в графическом компиляторе Intel
Authors: Владимиров К.И. , Андреев И.В. 
Published: December 2024

Вычисления на видеокарточках и специализированных ускорителях широко используются для решения большого количества важных практических задач. Разработчики на таких языках как OpenCL, SYCL, CM и ISPC существенно полагаются на качество оптимизаций в графическимх компиляторах. Для Intel GPU компилятор имеет две части: скалярную, которая работает в модели SIMT и векторную, нацеленную на SIMD языки. Именно векторная часть компилятора вносит наибольший вклад, когда речь заходит о критических задачах, таких как обучение нейросетей, решение систем уравнений, рендеринг изображений и так далее. К сожалению, до недавнего времени в архитектуре графического компилятора Intel отсутствовала возможность хорошо раскладывать структуры по векторным регистрам, что приводило к особенным проблемам с производительностью в программах, написанных на ISPC, таких как Embree и OSPRay. Чтобы решить эту проблему, предлагается алгоритм разбиения структур для векторного оптимизатора графического компилятора Intel. Приводится подробное описание алгоритма и замеры производительности, показывающие на некоторых задачах прирост до 80%.
Computations on video cards and specialized accelerators are widely used to solve many important practical tasks. Developers working with OpenCL, SYCL, CM, and ISPC rely heavily on the quality of optimizations in graphics compilers. For the Intel GPU, the compiler has two parts: a scalar part that works in the SIMT model, and a vector part that targets SIMD languages. It is the vector part of the compiler that contributes the most when it comes to critical tasks such as training neural networks, solving systems of equations, rendering images, and so on. Unfortunately, until recently, the Intel graphics compiler architecture lacked the ability to properly decompose into vector registers, which led to particular performance problems in programs written in ISPC, such as Embree and OSPRay. To solve this problem, we propose a structure partitioning algorithm for the vector optimizer of the Intel graphics compiler. A detailed description of the algorithm and performance measurements are given, showing an increase of up to 80% on some tasks.
Управление морским аппаратом в режиме перемещения по линейной координате
Authors: Смирнова М.А. , Смирнов М.Н. 
Published: December 2024

Выполнение различных маневров в вертикальной и горизонтальной плоскостях – одна из важнейших задач, возникающих при управлении любым объектом. В статье рассматривается задача реализации движения в режиме перемещения по линейной координате (глубине) для беспилотного подводного аппарата. Представлен алгоритм построения закона управления, удовлетворяющего заданным условиям, например, заданному положению равновесия в вертикальной плоскости, астатизму. Построен закон управления с корректирующим устройством. Этот алгоритм был реализован в MATLAB с помощью подсистемы Simulink. MATLAB–одна из самых мощных систем для компьютерного моделирования и анализа динамических систем, таким образом разработанный алгоритм и его реализация с небольшими изменениями могут быть достаточно легко адаптированы для любого объекта.
Performing various maneuvers in the vertical and horizontal planes is one of the most important tasks that arise when controlling any object. It is important to build such automatic control systems that will meet most of the requirements for such systems. These requirements always include the stability of a closed-loop system, the accuracy of processing the control signal in various situations, such as the influence of constant disturbances, the influence of wave disturbances, emergency situations when some kind of problem occurs on board, etc. If all the requirements are met, we get a secure management system that does not depend on a person. It is extremely important to create such systems for unmanned devices, such as autonomous underwater vehicles. The article deals with the problem of implementing motion in the mode of moving along a linear coordinate (depth) for an unmanned underwater vehicle. An algorithm for constructing a control law satisfying given conditions, for example, a given equilibrium position in a vertical plane, astatism, is presented. A control law with a corrective device is constructed. This algorithm was implemented in MATLAB using the Simulink subsystem. MATLAB is one of the most powerful systems for computer modeling and analysis of dynamic systems, so the developed algorithm and its implementation with small changes can be easily adapted for any object.
LSM-индекс с общими компонентами для индексации хронологических данных
Authors: Неганов А.М. 
Published: December 2024

Современная эпоха характеризуется взрывным ростом объема хранимых и обрабатываемых данных. В таких условиях особенно важными становятся производительность хранения и индексации данных во внешней памяти. Существует множество приложений, требующих доступа к истории изменения данных, таких как приложения резервного копирования, информационные системы в банковской сфере, медицине и т. д. Данные с историей, т. е. объекты, имеющие время жизни в определенной шкале времени, называются хронологическими. Предлагается новый алгоритм индексации хронологических данных, LSM с общими компонентами, который сочетает в себе возможность хранения части индекса во внешней памяти, эффективность операций записи во внешнюю память (запись всегда выполняется в последовательном режиме), не зависящее от количества версий объектов время выполнения запросов по диапазону ключей при фиксированном времени, а также возможность разделения «исторических» («холодных») данных и их хранения на отдельных носителях. Алгоритм был теоретически проанализирован, реализован и протестирован. Его поведение было изучено в сравнении с известными подходами для нескольких вариантов использования.
The modern era is characterized by an explosive growth in the amount of data stored and processed. In such circumstances, the performance of storing and indexing of data in external memory become especially important. There are a variety of applications that require access to the history of data changes, such as backup applications, information systems in banking, medicine, etc. The data with history, i.e., objects that have a lifetime on a certain timescale, is called chronological data. A new algorithm for indexing chronological data is proposed, LSM with shared components, which combines the ability to store a part of the index in external memory, the efficiency of write operations to external memory (writes are always performed in sequential mode due to out-of-place update design), the complexity of key-range time-slice queries that does not depend on the number of object versions and the possibility of separating "historical" ("cold") data and storing it on separate media. The algorithm was analyzed theoretically, implemented and benchmarked. Its behavior was studied in comparison with known approaches for several use cases.
Использование многомерных матриц для определения параметров графа
Authors: Макаров А.И. , Мунерман В.И. 
Published: December 2024

При увеличении сложности проектируемых вычислительных систем и компьютерных сетей растет необходимость в определении наиболее подходящей модели данных. Одной из основных моделей для подобного рода задач является графовая модель. Однако для систем с большим числом узлов графы получаются настолько сложными, что эвристические методы, являющиеся основными в теории графов, становятся слишком ресурсозатратными. Но при использовании методов теории многомерных матриц возможно определение отдельных свойств графов, а также их параметров при значительно меньших занимаемых ресурсах вычислительных мощностей. В данной статье рассмотрены некоторые свойства графов, которые возможно проанализировать с использованием -свернутого произведения многомерных матриц. Проведены доказательства соответствия одного из численных параметров вершин графа и результата возведения матрицы смежности графа в квадрат. Сформулированы параметры графа, не влияющие на его хроматическое число, и выдвинуто предположение о возможной связи между хроматическим числом и числом нечетных циклов в графе.
The need to determine the most appropriate data model increases, as the complexity of the designed computing systems and computer networks increases. The graph model is one of the main models for this kind of tasks. However, graphs are so complex for systems with many nodes, that heuristic methods, which are basic in graph theory, become too resource intensive. But it is possible to determine individual properties of graphs, as well as their parameters using the methods of the theory of multidimensional matrices, with significantly less computing power resources. This article discusses some properties of graphs that can be analyzed using the -collapsed product of multidimensional matrices. The proofs of the correspondence of one of the numerical parameters of the vertices of the graph and the result of squaring the adjacency matrix of the graph are carried out. The parameters of the graph that do not affect its chromatic number are formulated, and an assumption is made about a possible relationship between the chromatic number and the number of odd cycles in the graph.
Spectral Design of Discrete H2 Optimal Fault Detection Observer
Authors: Knyazkin Y.V. 
Published: December 2024

The paper is devoted to the problem of additive fault detection observer design for discrete LTI plants with scalar measurement and external disturbance with the known spectral features. Choice of the observer-filter parameters should maximize its sensitivity to the faults effect and minimize its response to the external disturbance signal. These features are provided by the special filter, generating the corrective signal. The specific spectral approach to discrete H2 optimization in frequency domain, based on the polynomial factorization, is applied with the aim to improve computational effectiveness of the synthesis. Some theoretical aspects are discussed and the novel algorithm of discrete adaptive fault detection observer analytical design is formulated and its effectiveness is demonstrated by the numerical example with implementation of MATLAB package.
Статья посвящена проблеме построения аддитивного наблюдателя для обнаружения неисправностей для дискретных объектов LTI со скалярным измерением и внешним возмущением с известными спектральными характеристиками. Выбор параметров фильтра-наблюдателя должен обеспечивать его максимальную чувствительность к воздействию неисправностей и минимальную реакцию на сигнал внешнего возмущения. Эти возможности обеспечивает специальный фильтр, формирующий корректирующий сигнал. Специальный спектральный подход к дискретной H2-оптимизации в частотной области, основанный на полиномиальной факторизации, применяется с целью повышения вычислительной эффективности синтеза. Обсуждаются некоторые теоретические аспекты, и формулируется новый алгоритм аналитического проектирования дискретного адаптивного наблюдателя обнаружения неисправностей, эффективность которого демонстрируется на численном примере с реализацией пакета MATLAB.
Development of Cloud Platform for Controlling Internet of Things Devices
Authors: Perepelkin D.A. , Tkachev D.D. 
Published: December 2024

Currently, solutions based on the Internet of Things are becoming widely in demand. The concept of the Internet of Things implies the construction of a software-defined network (SDN) of physical devices with integrated mechanisms of interaction both among themselves and with a cloud platform, a software system and objects of the outside world. The aim of the work is to develop a cloud platform and a visual software system for configuring Internet of Things devices. The paper proposes a four-level architecture of a software-defined network, including an additional layer of Internet of Things devices containing actuators for executing commands and sensors for collecting environmental parameters. To aggregate data about the network structure, as well as to obtain information from the end devices of the Internet of Things and store their configuration, a cloud platform has been developed that allows using an external REST API interface and a deployed socket server to interact with the visual software system and end devices of the Internet of Things. A visual IoT Map software system has been developed for configuring a software-defined network of Internet of Things devices, visualizing the network topology and data received from end devices. Special attention is paid to the mechanisms of interaction between the visual software system, the cloud platform and the end devices of the Internet of Things.
В настоящее время широко востребованными становятся решения на базе Интернета вещей. Концепция Интернета вещей подразумевает построение программно-конфигурируемой сети (ПКС) физических устройств с интегрированными в них механизмами взаимодействия как между собой, так и с облачной платформой, программной системой и объектами внешнего мира. Целью работы является разработка облачной платформы и визуальной программной системы конфигурирования устройств Интернета вещей. В работе предложена четырехуровневая архитектура программно-конфигурируемой сети, включающая дополнительный уровень устройств Интернета вещей, содержащий исполнительные устройства для выполнения команд и датчики для сбора параметров окружающей среды. Для агрегирования данных о структуре сети, а также получения информации с конечных устройств Интернета вещей и хранения их конфигурации разработана облачная платформа, позволяющая с помощью внешнего интерфейса REST API и развернутого сокет-сервера осуществлять взаимодействие с визуальной программной системой и конечными устройствами Интернета вещей. Для конфигурирования ПКС устройств Интернета вещей, визуализации топологии сети и данных, получаемых с конечных устройств, разработана визуальная программная система IoT Map. Особое внимание в работе уделено механизмам взаимодействия между визуальной программной системой, облачной платформой и конечными устройствами Интернета вещей.
Каркасный алгоритм оценки схожести невзвешенных неориентированных графов
Authors: Сысоев В.В. 
Published: December 2024

Общеизвестно, что проблема алгоритмов оценки схожести графов упирается в сложность их вычисления. Большинство предлагаемых алгоритмов оценки схожести графов основаны на алгоритме Ульмана. Философия алгоритма Ульмана заключается в работе с матрицами смежности. Алгоритм Ульмана имеет высокую сложность вычисления, применение параллельных вычислений, в том числе, на видеокартах, оставляет алгоритм Ульмана NP– сложным. При этом алгоритм Ульмана дает только информацию, изоморфны ли графы или является ли один из них подграфом другого, а для получения численной оценки схожести необходимо проводить дополнительные вычисления. Предлагаемый в статье каркасный алгоритм оценки схожести призывает отойти от философии алгоритма Ульмана, а именно, работы с матрицами смежности. Новый алгоритм основан на построении и изучении каркасов сравниваемых графов. В статье приводится определение и алгоритм построения каркаса графа, который, в свою очередь, строятся на основе ранее опубликованном итерационном алгоритме нахождения всех наикратчайших путей между двумя вершинами. Каркасный алгоритм имеет асимптотическую сложность , способен выявить гомоморфизм графов и дать количественную оценку схожести двух сравниваемых графов.
It is well known that the problem of algorithms for estimating the similarity of graphs rests on the complexity of their computation. Most proposed algorithms for estimating graph similarity are based on Ullman’s algorithm. The philosophy of Ullmann's algorithm is to work with adjacency matrices. Ulman’s algorithm has high computational complexity, and the application of parallel computations, including on video cards, leaves Ullman’s algorithm NP-complex. In addition, Ullmann’s algorithm just provides information on whether graphs are isomorphic or whether one of them is a subgraph of the other, and additional computations are needed to obtain a numerical estimate of similarity. The wireframe similarity estimation algorithm proposed in the article calls to move away from the philosophy of Ullmann’s algorithm, namely, work with adjacency matrices. The new algorithm is based on the construction and study of frameworks of compared graphs. The article provides a definition and an algorithm for constructing a graph framework, which, in turn, are built on the basis of a previously published iterative algorithm for finding all the shortest paths between two vertices. The wireframe algorithm has asymptotic complexity O (|V|2), it is able to detect graph homomorphism and quantify the similarity of two compared graphs.