radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2020-23-6-84-99radioelectronics-480Research ArticleМЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫMETROLOGY, INFORMATION AND MEASURING DEVICES AND SYSTEMSАлгоритмическое обеспечение адаптивных систем автоматического контроля со сжатием данныхAlgorithmic Support of Adaptive Automatic Control Systems with Data Compressionhttps://orcid.org/0000-0002-5287-7053АлексеевВ. В.AlekseevV. V.

Алексеев Владимир Васильевич – д.т.н. (1993) по специальности "Информационно-измерительные и управляющие системы" (Промышленность). Профессор (1995) кафедры информационно-измерительной техники, информационно-измерительных и управляющих систем, заведующий кафедрой ИИСТ. Сфера научных интересов - метрология, информационно-измерительные системы. 

ул. Профессора Попова, д. 5, 197376, Санкт-Петербург

Vladimir V. Alekseev, Dr. Sci. (Eng.) (1993), Professor (1995) at the Department of Information Measurement Technology, Information Measurement and Control Systems, head of the Department of IIST. Area of expertise: metrology, information-measuring systems. 

5 Professor Popov St., St Petersburg 197376

vvalekseev@etu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0016-3905АнтонюкЕ. М.AntonyukE. M.

Антонюк Евгений Михайлович - д. т. н. (2003), профессор (2009). Почетный работник высшего профессионального образования РФ (2006). Окончил СПбГЭТУ "ЛЭТИ" в 1960 г. С 1964 г. работает на кафедре информационно-измерительных систем и технологий СПбГЭТУ "ЛЭТИ". Соавтор семи учебников для вузов (один на английском языке). Печатных работ 297, из них 115 авторских свидетельств и патентов. Сфера научных интересов - метрология, информационно-измерительные системы. 

ул. Профессора Попова, д. 5, 197376, Санкт-Петербург

Evgeny M. Antonyuk, Dr. Sci. (Eng.) (2003), Professor (2009). Honorary Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation (2006). He graduated from SPbETU "LETI" (1960). Since 1964 he worked at the Department of Information-measuring systems and technologies. Coauthor of 7 textbooks for universities (one in English). There are 297 printed works, including 115 copyright certificates and patents. Area of expertise: metrology, information-measuring systems. 

5 Professor Popov St., St Petersburg 197376,

peterant@hotmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4924-2097ВаршавскийИ. Е.VarshavskiyI. E.

Варшавский Ильяс Евгеньевич - преподаватель-исследователь (2019), ассистент кафедры ИИСТ. Выпускник кафедры фотоники, приборостроения, оптических и биотехнических систем и технологий СПбГЭТУ "ЛЭТИ" (2019). Опубликованных работ - 24. Сфера научных интересов - метрология, информационно-измерительные системы. 

ул. Профессора Попова, д. 5, 197376, Санкт-Петербург

Ilyas E. Varshavskiy, Education: Researcher. Teacher Researcher. 06/12/01. Photonics, instrumentation, optical and biotechnological systems and technologies. Document number: 107824 4036521, registration number: 009. Issued: June 30, 2019. St. Petersburg State Electrotechnical University (LETI), assistant of the Department of IIST. Area of expertise: metrology, information-measuring systems. 

5 Professor Popov St., St Petersburg 197376

varshavskiyie@gmail.comСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина),РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University “LETI“Russian Federation2020291220202368499Copyright © Алексеев В.В., Антонюк Е.М., Варшавский И.Е., 20202020Алексеев В.В., Антонюк Е.М., Варшавский И.Е.Alekseev V.V., Antonyuk E.M., Varshavskiy I.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/480Введение

Введение. Экспоненциальный рост объема измерительной информации, обусловленный постоянным усложнением технических и производственных объектов, приводит к необходимости совершенствования информационно-измерительных систем, к появлению систем нового поколения, в том числе адаптивных систем автоматического контроля. Для решения задач автоматического критериального отбора и сокращения избыточной измерительной информации, непрерывно поступающей от многопараметрических источников, характеризующих исследуемые объекты, создаются перестраиваемые в процессе работы алгоритмы функционирования систем автоматического контроля. В отличие от известных систем автоматического контроля с временным разделением каналов в рассматриваемых адаптивных системах возможно первоочередное получение информации о предаварийном и даже аварийном режимах работы объекта.

Цель работы

Цель работы. Создание алгоритмического обеспечения адаптивных систем автоматического контроля с использованием асинхронно-циклического и параллельно-последовательного алгоритмов функционирования и сравнение их между собой по погрешности, обусловленной многоканальностью, достоверности контроля, коэффициенту сжатия и быстродействию.

Материалы и методы

Материалы и методы. Алгоритмическое обеспечение адаптивных систем основано на использовании теории массового обслуживания, имитационном моделировании с использованием языков программирования MatLab/Simulink, С++.

Результаты

Результаты. Разработанное алгоритмическое обеспечение для систем автоматического контроля с асинхронно-циклическим анализом отклонений позволяет снизить количество избыточной информации более чем в 4 раза и повысить быстродействие в 1.5 раза. Алгоритмическое обеспечение для систем автоматического контроля с параллельно-последовательным анализом отклонений позволяет в 1.4 раза снизить погрешность, вызванную многоканальностью, и приблизить достоверность контроля таких систем к достоверности контроля систем с непрерывным контролем. Анализ графиков погрешности, обусловленной многоканальностью, показывает, что системы автоматического контроля, использующие параллельно-последовательный алгоритм функционирования, инвариантны к закону распределения входных величин, в отличие от систем с асинхронно-циклическим алгоритмом функционирования.

Заключение

Заключение. Полученные результаты имеют практическое применение, так как дают возможность проектировать адаптивные системы автоматического контроля, выдающие информацию о состоянии объекта контроля, в том числе о предаварийном и аварийном режимах работы, в реальном времени. Это позволяет использовать полученную информацию непосредственно для регулирования и поддержания работоспособности сложных объектов и управления технологическими процессами.

Introduction

Introduction. The exponential growth of measurement information caused by ongoing complication of technical and production facilities necessitates the development of improved or brand new information and measurement systems, including those performing adaptive automatic control functions. Automatic criteria-based selection and reduction of measurement information continuously supplied by multi-parameter sources characterizing the objects under study require algorithms ensuring reconfiguration of automatic control systems during operation. In comparison with automatic control systems based on time-division channelling, the considered adaptive systems provide timely information on the pre-emergency and emergency operation of a facility.

Aim

Aim. To develop an algorithmic support for adaptive automatic control systems using asynchronous-cyclic and parallel-sequential operating algorithms, as well as to compare the proposed algorithms in terms of their, control reliability, compression ratio, operation speed and the error associated with multi-channelling.

Materials and methods

Materials and methods. The algorithms proposed for supporting the operation of adaptive systems were developed on the basis of queuing theory and simulation modelling using the MatLab/Simulink programming languages, C++.

Results

Results. The developed algorithmic support for automatic control systems based on asynchronous-cyclic analysis of deviations allows the amount of redundant information to be reduced by more than 4 times and the operation speed to be increased by 1.5 times. The developed algorithmic support for automatic control systems based on parallel-sequential analysis of deviations allows the error associated with multi-channelling to be reduced by 1.4 times, thereby bringing the control reliability of such systems closer to that of continuous-control systems. An analysis of the graphs of the error associated with multi-channelling showed that the automatic control systems based on parallel-sequential operational algorithms are invariant to the law of distribution of input quantities, compared to the systems based on asynchronous-cyclic operational algorithms.

Conclusions

Conclusions. The proposed algorithmic support can significantly decrease the redundancy of information and improve the metrological characteristics of automatic control systems. The use of the developed algorithms in automatic control systems based on time-division channelling render their control reliability comparable with that of continuous-control systems.

информационно-измерительная системасистема автоматического контроляадаптивный алгоритмсжатие данныхдискретный контрольдостоверность контроляinformation and measuring systemautomatic control systemadaptive algorithmdata compressiondiscrete controlcontrol reliabilityReferencesTelemetry system with adaptive commutation / E. M. Antonyuk, I. E. Varshavskiy, I. S. Kolpakova, A. A. Minina, P. E. Antonyuk // IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conf. (EIConRusNW). 2016. Р. 389–391. doi: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448202Antonyuk E. M., Varshavskiy I. E., Kolpakova I. S., Minina A. A., Antonyuk P. E. Telemetry system with adaptive commutation. 2016 IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conf. (EIConRusNW), St. Petersburg, 2016, pp. 389-391. doi: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448202Algorithmic Support for an Adaptive Automatic Monitoring System / E. M. Antonyuk, I. E. Varshavskiy, N. V. Orlova, P. E. Antonyuk // IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). St. Petersburg and Moscow. Russia. 2020. Р. 91-95. doi: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039192Antonyuk E. M., Varshavskiy I. E., Kolpakova I. S., Minina A. A., Antonyuk P. E. Support for an Adaptive Automatic Monitoring System.2020 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), St. Petersburg and Moscow, Russia, 2020, pp. 91-95. doi: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039192Анохин А. М., Ивкин А. С. Человеко-машинный интерфейс для поддержки когнитивной деятельности оператором АС // Ядерные измерительно-информационные технологии. 2012. № 1 (41). С. 57-66.Anokhin A. M., Ivkin A. S. Human-machine interface for supporting cognitive activity by the operator of the NPP. Yadernyye izmeritel'no-informatsionnyye tekhnologii [Nuclear measuring and information technologies], 2012, no. 1 (41), pp. 57-66. (In Russ.)Левенец А. В. Принципы разработки перспективных способов сжатия телеметрических данных // Вестн. Тихоокеанского гос. ун-та. 2017. № 2 (45). С. 31–38.Levenets A. V. Principles of development of promising methods of compression of telemetric data. Vestnik Tikhookeanskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of the Pacific State University], 2017, no. 2 (45), pp. 31-38. (In Russ.)Куприянова О. В., Левенец А. В. Адаптивные способы передачи данных в информационно-измерительных системах // Информационные технологии XXI в. Хабаровск, 2016. С. 87–95.Kupriyanova O. V., Levenets A. V. Adaptive methods of data transmission in information-measuring systems. V sbornike: Informatsionnyye tekhnologii XXI veka. Sbornik nauchnykh trudov. [In the collection: Information technologies of the XXI century. Collection of scientific papers], Khabarovsk, 2016, pp. 87-95. (In Russ.)Un C. E., Fedyaev A. U., Levenets A. V. Segmentation of measurement data for improvement of compression efficiency // 2015 Intern. Siberian Conf. on Control and Communications (SIBCON), Omsk, 2015. P. 1-4. doi: 10.1109/SIBCON.2015.7147123Un C. E., Fedyaev A. U., Levenets A. V. Segmentation of measurement data for improvement of com-pression efficiency 2015 International Siberian Conf. on Control and Communications (SIBCON), Omsk, 2015, pp. 1-4. doi: 10.1109/SIBCON.2015.7147123Levenets A. V., Chye E. U., Bogachev I. V. Reversible structural transformation methods of measuring data frames as a means of increasing the efficiency of compression // 2018 Intern. Multi-Conf. on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon), Vladivostok, 2018. P. 1-6. doi: 10.1109/FarEastCon.2018.8602827Levenets A. V., Chye E. U., Bogachev I. V. Reversible structural transformation methods of measuring data frames as a means of increasing the efficiency of compression. 2018 International Multi-Conf. on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon), Vladivostok, 2018, pp. 1-6. doi: 10.1109/FarEastCon.2018.8602827Antonyuk E. M., Varshavskiy I. E., Antonyuk P. E., Orlova N. V. Adaptive Transmitting Device of a Telemetering System // 2019 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2019. P. 66–68. doi: 10.1109/EIConRus.2019.8656757Antonyuk E. M., Varshavskiy I. E., Orlova N. V. and Antonyuk P. E. Adaptive Transmitting Device of a Telemetering System. 2019 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), St Petersburg and Moscow, Russia, 2019, pp. 66-68. doi: 10.1109/EIConRus.2019.8656757Левенец А. В., Нефедьев Д.И. Принципы организации подсистемы сжатия многоканальных измерительных данных // Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации ("Шляндинские чтения - 2019"): материалы XI Междунар. науч.-техн. конф. с элементами научной школы и конкурсом научно–исследовательских работ для студентов, аспирантов и молодых ученых / под ред. Е. А. Печерской, Пенза, 28-30 окт. 2019 г. Пенза: Изд-во ПГУ, 2019. C. 16-19.Levenets A. V., Nefediev D. I. Printsipy organizatsii podsistemy szhatiya mnogokanal'nykh izmeritel'nykh dannykh [Principles of organization of the multichannel measurement data compression subsystem]. In the collection: Methods, means and technologies for obtaining and processing measurement information. Materials of the XI International Scientific and Technical Conf. with elements of a scientific school and a research competition for students, graduate students and young scientists. Ed. E. A. Pecherskaya 2019, pp. 16-19. (In Russ.)Володькин М. Д., Левенец А. В. Методы сжатия данных в информационно-измерительных системах // Информационные технологии XXI в. / отв. ред. В. В. Воронин. Хабаровск, 2019. С. 126-130.Volodkin M. D., Levenets A. V. Methods of data compression in information-measuring systems. V sbornike: Informatsionnyye tekhnologii XXI veka. Sbornik nauchnykh trudov [In the collection: Information technologies of the XXI century. Collection of scientific papers], Khabarovsk, 2019, pp. 126-130. (In Russ.)Иванов А. И., Левенец А. В. Системы управления процессом низковольтного электроискрового легирования // Материалы секционных заседаний 57-й студенческой науч.-практ. конф. ТОГУ: в 2 т. / Тихоокеанский гос. ун-т. 2017. С. 179-181.Ivanov A. I., Levenets A. V. Control systems for the process of low-voltage electrospark alloying. V sbornike: Materialy sektsionnykh zasedaniy 57-y studencheskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii TOGU [In the collection: Materials of section sessions of the 57th student scientific-practical conference PNU. Pacific State University], 2017, pp. 179-181. (In Russ.)Богачев И. В., Левенец А. В., Нефедьев Д. И. Классификация данных на основе нейросетевых технологий в подсистемах сжатия информационно-измерительных систем // Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации ("Шляндинские чтения–2020"): материалы XII Междунар. науч.-техн. конф. с элементами научной школы и конкурсом научно-исследовательских работ для студентов, аспирантов и молодых ученых / под ред. Е. А. Печерской, Пенза, 16-18 марта 2020 г. Пенза: Изд-во ПГУ, 2020. C. 282-285.Bogachev I. V., Levenets A. V., Nefediev D. I. Classification of data based on neural network technologies in compression subsystems of information-measuring systems. V sbornike: Metody, sredstva i tekhnologii polucheniya i obrabotki izmeritel'noy informatsii [In the collection: Methods, means and technologies for obtaining and processing measuring information. Materials of the XII Intern. Scientific and Technical Conf. with elements of a scientific school and a competition of research papers for students, graduate students and young scientists. Ed. E. A. Pecherskaya], Penza, 2020, pp. 282-285. (In Russ.)Антонюк Е. М., Варшавский И. Е., Кривохвост О. А. Асинхронно-циклические системы автоматического контроля // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2017. № 9. С. 66-70.Antonyuk E. M., Varshavsky I. E., Krivokhvost O. A. Asynchronous-cyclic systems of automatic control. Izvestiya SPbGETU "LETI" [Journal of the Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI"], 2017, no. 9, pp. 66-70. (In Russ.)Сарычев В. В. Алгоритм адаптивного обслуживания многоканального потока заявок // Изв. ТРТУ. 2000. № 1 (15). С. 75.Sarychev V. V. Algorithm for adaptive servicing of a multichannel flow of applications. Izvestiya TRTU [Journal of the Taganrog Technological Institute], 2000, no. 1 (15), pp. 75. (In Russ.)Wang Y., Qu X. A novel real-time simulation platform for testing control algorithm // The 27th Chinese Control and Decision Conf. (2015 CCDC), Qingdao, 2015. Р. 4748-4750. doi: 10.1109/CCDC.2015.7162764Wang Y. and Qu X. A novel real-time simulation platform for testing control algorithm. The 27th Chinese Control and Decision Conf. (2015 CCDC), Qingdao, 2015, pp. 4748-4750. doi: 10.1109/CCDC.2015.7162764.Сарычев В. В. Телеметрическая система на базе интеллектуальных интерфейсов // Изв. ЮФУ. Техн. науки. 2010. № 2 (103). С. 68-73.Sarychev V. V. Telemetry system based on intelligent interfaces. Izvestia YUFU. Tekhnicheskiye nauki [Journal of the SFU. Technical science], 2010, no. 2 (103), pp. 68-73. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.