Методы и алгоритмы оценки переменных состояния управляемого гиростабилизированного информационно - измерительного комплекса путеизмерительного вагона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат наук Чуб Елена Григорьевна

• Чуб Елена Григорьевна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Чуб Елена Григорьевна

Введение

1. Системный анализ параметров, оцениваемых информационно -измерительным комплексом путеизмерительного вагона, и постановка частных задач исследования

1.1. Современные средства оценки параметров состояния железнодорожного полотна

1.2. Базовые информационные параметры, оцениваемые ИИК ПВ, - нижнее строение пути и основные причины его деформации

1.3. Анализ параметров геометрии пути

1.4. Аналитическая оценка влияния погрешностей информационно-измерительного комплекса путеизмерительного вагона на точность измерения параметров геометрии пути

1.5. Функциональная схема исследования

1.6. Постановка частных задач исследования

Выводы по главе

2. Особенности функционирования информационно измерительного комплекса путеизмерительного вагона

2.1. Анализ современных методов оценивания переменных состояния информационно-измерительных систем

2.2. Анализ современных методов оптимального управления информационно-измерительными системами

2.3. Сравнительный анализ различных форм представления кинематических уравнений с точки зрения эффективности их использования в информационно-измерительном комплексе путеизмерительного вагона

2.4. Синтез стохастических нелинейных динамических моделей ошибок

информационно-измерительного комплекса на основе трехосного

гиростабилизатора

Выводы по главе

2

3. Разработка и исследование нелинейных моделей динамики состояния информационно-измерительных комплексов путеизмерительных вагонов

3.1. Синтез нелинейных уравнений состояния информационно-измерительного комплекса на основе трехосного гиростабилизатора

3.2. Построение и исследование модели движения гиростабилизатора информационно - измерительного комплекса ПВ в виде уравнения Абеля

3.3. Построение и исследование нелинейной модели прецессионного движения гиростабилизатора в виде уравнения Риккати

3.4. Исследование аналитической модели прецессионного движения гиростабилизатора информационно-измерительного комплекса, выраженной в явном виде

3.5. Разработка способов уменьшения вычислительной сложности аналитических моделей движения гиростабилизатора информационно-

измерительного комплекса

Выводы по главе

4. Разработка специального алгоритмического обеспечения информационно-измерительного комплекса путеизмерительного вагона в условиях действия помех

4.1. Анализ современных методов построения информационно-измерительных комплексов путеизмерительных вагонов

4.2. Разработка модели движения гиростабилизатора ИИК путеизмерительного вагона в углах Эйлера-Крылова

4.3. Разработка модели движения гиростабилизатора ИИК путеизмерительного вагона в параметрах Родрига-Гамильтона

4.4. Уравнения оценки переменных состояния информационно -измерительного комплекса путеизмерительного вагона

4.5. Стохастическая нелинейная динамическая модель управляемого гиростабилизатора информационно-измерительного комплекса ПВ

4.6. Синтез субоптимального стохастического управления пространственной ориентацией гиростабилизатора ИИК

4.7. Моделирование оценок параметров состояния информационно-

измерительного комплекса путеизмерительного вагона

Выводы по главе

Заключение

Список сокращений

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Коэффициенты аналитической зависимости угловой

скорости гиростабилизатора от параметров ориентации в ИСК

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Блок-схема моделирования движения гиростабилизатора и сигналов реальных измерителей, входящих в состав измерительного

комплекса для углов Эйлера-Крылова

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Блок-схема моделирования движения гиростабилизатора и сигналов реальных измерителей, входящих в состав измерительного

комплекса для параметров Родрига-Гамильтона

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Изменение моделируемых параметров гиростабилизатора

во времени для углов Эйлера-Крылова

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Изменение моделируемых параметров гиростабилизатора

во времени для параметров Родрига-Гамильтона

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Ошибки оценки углов Эйлера-Крылова

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Ошибки оценки параметров Родрига-Гамильтона

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Акты внедрения результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и алгоритмы оценки переменных состояния управляемого гиростабилизированного информационно - измерительного комплекса путеизмерительного вагона»

Введение

В настоящее время одним из важнейших условий экономического и социального развития государства является наличие развитой транспортной инфраструктуры. Большую часть этой инфраструктуры составляют железные дороги. По протяженности железнодорожного полотна Россия занимает третье место в мире, но в то же время следует отметить, что в северных и восточных районах нашей страны сеть железных дорог развита достаточно скудно. Отсутствие железнодорожного сообщения со многими регионами страны тормозит экономический, демографический и культурный рост как азиатской части страны, так и государства в целом. Для уже имеющихся железных дорог характерна достаточно высокая загруженность. Все это приводит к необходимости строить новые транспортные артерии. Еще одно направление решений проблем в этой области - строительство скоростных магистралей.

Перед транспортными компаниями и всего мира, и России постоянно

встает задача увеличения потока грузовых и пассажирских перевозок. По

мере увеличения объема грузового и пассажирского потока по транспортным

коридорам возрастают требования к скорости, надежности и безопасности

перевозок, а это невозможно без высокого уровня технико-

эксплуатационного состояния железнодорожных путей и подвижного

состава. Для поддержания необходимой безопасности движения

железнодорожного транспорта регулярно проводится комплекс мероприятий,

в состав которого входит контроль и регистрация параметров,

характеризующих технико-эксплуатационное состояние рельсовой колеи. Из

всех имеющихся в наличии средств путеизмерительной диагностики полный

и качественный мониторинг верхнего и нижнего строений пути могут

обеспечить только путеизмерительные вагоны. Основу измерительных

средств путеизмерительного вагона составляют информационно -

измерительные комплексы (ИИК). Функционирование измерительных

приборов в реальных условиях тесно связано с проблемой точности

5

измерений. Для ИИК, работающих в условиях действия внутренних шумов и внешних возмущающих воздействий, эта проблема является особенно актуальной, т.к. связана с безопасностью движения.

Актуальность работы подтверждается соответствием ее приоритетному направлению развития науки, технологий и техники РФ «Транспортные и космические системы» и перечню критических технологий (утвержденным указом Президента РФ № 899 от 7.07.11 г.). Работа выполнялась в рамках научного направления ФГБОУ ВО РГУПС «Исследования и разработки методов и технических средств информационно-измерительных и управляющих комплексов в области поддержки принятия решений, управления движением и мониторинга состояния объектов транспортной инфраструктуры и инженерных сооружений» (утверждены решением ученого совета университета от 10.08.2015, протокол № 13), гранта РФФИ № 19-01-00451 «Теория дефляторов деформированных процессов с дискретным временем и ее применение к решению оптимизационных задач для сложных стохастических систем с использованием методов искусственного интеллекта».

Объектом исследования является гиростабилизированный информационно-измерительный комплекс путеизмерительного вагона, функционирующий в условиях действия возмущений.

На точность функционирования ИИК существенное влияние оказывают внешние возмущающие факторы: состояние земляного полотна, деформация железнодорожного полотна, помехи акселерометров, возмущения, действующие на гиростабилизатор, и сейсмовозмущения. В связи с этим, в качестве предмета исследования рассматриваются алгоритмы стохастического управления и методы нелинейного оценивания переменных состояния гиростабилизированного информационно-измерительного комплекса путеизмерительного вагона в условиях возмущающих воздействий.

Для безопасности движения железнодорожного транспорта необходимо своевременное выявление и устранение дефектов пути. Определение параметров геометрии пути (поперечный уровень, уклон продольного профиля оси пути, рихтовка, короткие и длинные неровности, кривизна пути в плане просадки рельсовых нитей) происходит на основе информации, вырабатываемой ИИК ПВ. Поэтому целью исследования является повышение точности оценки параметров железнодорожного пути путем повышения точности оценивания переменных состояния управляемого гиростабилизированного информационно-измерительного комплекса путеизмерительного вагона.

Научная задача - разработать метод и алгоритм высокоточной оценки переменных состояния управляемого гиростабилизированного информационно-измерительного комплекса путеизмерительного вагона в условиях действия помех, возникающих в процессе его функционирования.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие частные научные задачи:

- на основе методов системного анализа разработать аналитические динамические модели уходов гиростабилизированного ИИК ПВ, обеспечивающие сокращение вычислительных затрат при реализации алгоритмов оценки переменных состояния управляемого гиростабилизированного информационно-измерительного комплекса путеизмерительного вагона;

- построить стохастические модели ИИК ПВ в пространстве состояний в форме «объект-наблюдатель», позволяющие использовать методы современной теории нелинейной стохастической фильтрации и управления для повышения точности функционирования гиростабилизированного ИИК;

- разработать метод, обеспечивающий высокоточное и устойчивое

текущее оценивание переменных состояния управляемого

гиростабилизированного ИИК ПВ в условиях действия помех различной

7

физической природы и реализуемый в вычислителях с современным быстродействием;

- синтезировать алгоритм субоптимального управления гиростабилизированным ИИК ПВ, минимизирующий текущее отклонение гиростабилизатора от заданного положения в условиях действия помех.

Научная новизна представленных в диссертации результатов состоит в следующем:

- решена задача высокоточной начальной ориентации ИИК ПВ на основе впервые разработанных аналитических динамических моделей уходов ИИК ПВ, позволяющих уменьшить размерность уравнения оценки и повысить точность оценивания переменных состояния гиростабилизированного ИИК ПВ;

- впервые разработаны стохастические модели ИИК ПВ в пространстве состояний в углах Эйлера - Крылова и параметрах Родрига-Гамильтона, позволяющие сократить приборный состав и избежать традиционных ограничивающих предположений о характере движения ПВ и действующих на него возмущений;

- разработан метод высокоточной оценки переменных состояния управляемого гиростабилизированного ИИК ПВ в условиях возмущающих воздействий, который, в отличие от существующих, позволяет учесть наличие корреляционных связей в уравнениях переменных состояния управляемого гиростабилизированного ИИК ПВ;

- разработан новый алгоритм субоптимального управления гиростабилизированным ИИК ПВ на основе оригинального интегрального критерия, обеспечивающего высокую точность управления гиростабилизированным ИИК ПВ за счет использования при управлении всех переменных состояния ИИК ПВ.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- новая аналитическая динамическая модель уходов

гиростабилизированного ИИК ПВ, полученная на основе методов системного

8

анализа, упрощает задачу определения начальной ориентации гиростабилизированного ИИК ПВ, сокращает требования к быстродействию вычислителя и упрощает использование предложенных алгоритмов;

- стохастические модели ИИК ПВ в пространстве состояний в углах Эйлера - Крылова и параметрах Родрига - Гамильтона, полученные без каких-либо ограничивающих предположений об условиях, влияющих на характер движения путеизмерительного вагона и распределение шумов измерений, позволяют сократить приборный состав;

-метод, основанный на использовании моментов распределения, решает проблему высокоточной оценки переменных состояния гиростабилизированного информационно-измерительного комплекса путеизмерительного вагона в реальном масштабе времени;

- алгоритм управления переменными состояния гиростабилизированного ИИК решает задачу его высокоточной начальной ориентации в условиях действия помех и обеспечивает его эффективное применение в путеизмерительных вагонах.

Теоретическая значимость состоит в разработке нового подхода к синтезу алгоритмов оценки и управления переменными состояния гиростабилизированного ИИК ПВ, функционирующего в условиях возмущений различной физической природы.

Практическая значимость новых научных результатов:

- применение разработанного метода обеспечивает точность решения задачи начальной ориентации гиростабилизированного ИИК ПВ в условиях

действия возмущений в углах Эйлера-Крылова порядка 10 "5 рад, а в

параметрах Родрига - Гамильтона порядка 10_6, что на 20% лучше, чем у существующих гиростабилизированных ИИК;

- использование построенных моделей уходов гиростабилизированного ИИК ПВ решает задачу определения начальной ориентации гиростабилизированного ИИК ПВ, сокращает требования к быстродействию

вычислителя и повышает точность оценки переменных состояния гиростабилизированного ИИК ПВ;

- использование алгоритма управления переменными состояния гиростабилизированного ИИК ПВ решает задачу его высокоточной начальной ориентации в условиях действия помех, что обеспечивает его эффективное применение в ПВ при определении параметров геометрии пути.

Область исследования. Тематика работы соответствует паспорту научной специальности 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации (техника и технологии)»; технические науки:

- формуле паспорта специальности, так как в диссертации рассматриваются вопросы «обработки информации, целенаправленного воздействия человека на объекты исследования, включая вопросы анализа, моделирования, оптимизации, совершенствования управления и принятия решений, с целью повышения эффективности функционирования объектов исследования»;

- областям исследования паспорта специальности, в частности:

• пункту 3 «Разработка критериев и моделей описания и оценки эффективности решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации»;

• пункту 4 «Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации»;

• пункту 5 «Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации».

Методы исследования. При определении ориентации гиростабилизированного ИИК ПВ использовались методы аналитической механики, теории вращения, теории нелинейной стохастической фильтрации, теории управления, теории случайных процессов.

Для получения динамических моделей уходов ИИК ПВ использовались методы системного анализа, методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений. Оценка точности разрабатываемых алгоритмов проводилась с помощью численного моделирования.

Степень достоверности результатов проведенных исследований определяется адекватной логикой исследования, проработанной теоретико-методической и информационно-эмпирической базой, совпадением модельных и эмпирических данных, корректностью математических моделей. Результаты теоретических и экспериментальных исследований сопоставлялись с результатами других исследователей, работающих в данной области. Выводы, сделанные по результатам работы, являются достоверными, научные положения аргументированными и прошли апробацию на международных и всероссийских конференциях.

Реализация и внедрение результатов работы.

Основные результаты диссертации использованы в компании ООО «ТеКнол» (г. Москва), специализирующейся на разработке и производстве высокотехнологичных инерциальных систем навигации и определения параметров движения подвижных объектов для наземных и авиационных применений (П.8.1).

Результаты исследований использовались также в учебном процессе и научно-методических материалах РГУПС по дисциплинам: «Диагностика состояния верхнего строения железнодорожного пути», «Организация, планирование и управление техническим обслуживанием железнодорожного пути» специальности 23.05.06 - Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей (П.8.2).

Публикации. Результаты диссертационного исследования

опубликованы в 23 печатных работах (общим объемом 13,3 п.л., вклад

соискателя 10,8 п.л.), из них работ, опубликованных в рецензируемых

научных журналах (из перечня ВАК) - 5; изданиях, включенных в

наукометрические базы данных Scopus и Web of Science - 4; 1 монография; 3

11

статьи в других изданиях и 10 публикаций в материалах всероссийских и международных конференций.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях: Конференции молодых ученых «Навигация и управление движением» 2006 (г. Санкт-Петербург); Всероссийской научной конференции «Транспорт 2011» (г. Ростов-на-Дону); XXVIII Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред» (г. Санкт-Петербург 2013), XXI Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам (МКИНС 2014) 2014 (г. Санкт-Петербург), 2-ой Всероссийской научно-технической конференции «Навигация 2015» НИИ Сигнал 2015 (г. Суздаль), Шестой международной научной конференции «Современные методы и проблемы теории операторов и гармонического анализа и их приложения VI» 2016 (г. Ростов-на-Дону), «Современные методы и проблемы теории операторов и гармонического анализа и их приложения VII» 2017 (г. Ростов-на-Дону), «Современные методы и проблемы теории операторов и гармонического анализа и их приложения VIII» 2018 (г. Ростов-на-Дону).

Личный вклад соискателя в опубликованных в соавторстве работ состоит в следующем: руководителю и соавторам принадлежит постановка задачи, а Чуб Е.Г. - разработка марковских моделей в форме «объект-наблюдатель», их численное моделирование, сравнительный анализ полученных результатов; исследование аналитических динамических моделей уходов гиростабилизированного ИИК ПВ; разработка метода, основанного на использовании моментов распределения, и алгоритма управления переменными состояния гиростабилизированного ИИК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 180 страницу, в том числе 8 приложений, 31 рисунок, 3 таблицы. Список

литературы содержит 149 наименований.

12

1. Системный анализ параметров, оцениваемых информационно-измерительным комплексом путеизмерительного вагона, и постановка

частных задач исследования 1.1. Современные средства оценки параметров состояния железнодорожного полотна Проблема оценки и контроля состояния рельсового пути возникла еще в 19 веке, когда во всем мире началось интенсивное развитие железных дорог. Первые путеизмерители были созданы уже в третьей четверти того же столетия, и с тех пор разработки в этой области ведутся в большинстве развитых стран. Дадим краткий обзор средств автоматизированного контроля и диагностики, используемых в железнодорожном хозяйстве разных стран в настоящее время [34,65, 147].

На железных дорогах Японии был введен в использование вагон-лаборатория 921-11 (измерения проводились на скорости 210 км/ч бесконтактным фотоэлектрическим способом).

В научно - исследовательском центре железных дорог ФРГ DB AG в Миндене были созданы вагоны-лаборатории нового поколения - OMWE (OberbauMesswagen-Einheit) и RAILabR (Rolling Analyzing Inspection Laboratory), которые обеспечивают измерение неровностей длиной от 0,5 м до 150 м на скорости до 300 км/час., работающие на основе БИНС SIGMA 40 на лазерных гироскопах (в вагоне-лаборатории RAILabR) и модифицированной морской инерциальной навигационной системы MINICïN 4 фирмы Sagem в вагоне-лаборатории OMWE (рис.1).

Рис.1.1 Универсальная путеизмерительная лаборатория UFM 120 (OMWE Германия) На железных дорогах Англии нашли применение путеизмерительный вагон-лаборатория фирмы Research, рассчитанный на движение со скоростью 160 км/ч и используемый также для контроля рельсового пути метро; и путеизмеритель, имеющий рабочую скорость до 200 км/ч, построенный на базе пассажирского вагона-лаборатории типа MkF, разработанный компаниями «Бритиш Рэйл Энжиниринг Лимитед» и «Чиф Меканикал энд Электрикал Энжинир» и проектно-конструкторским отделом в Дерби.

На железных дорогах нашей страны используется путеизмерительные вагоны-лаборатории системы ЦНИИ- 2 (рис.1.2), разработанные в 1958году. Рабочая скорость вагона 80 км/ч. [63]. Они создавались на базе четырехосных цельнометаллических вагонов, все механизмы в них размещались на рамах тележек и оборудованы для измерения следующих параметров:

- - просадок правой и левой рельсовых нитей;

- - взаимного положения рельсовых нитей по высоте;

- - ширины рельсовой колеи (шаблона);

- - положения рельсовых нитей в плане.

В этом путеизмерителе искусственный горизонт, от которого выполняются измерения, создается с помощью морского гирогоризонта С-ЗМ. Основой конструкции являются контактные датчики перемещений рельса относительно букс вагона и тросо-блочные системы передачи и преобразования этих перемещений к записывающим устройствам [43]. Недостатком этого путеизмерителя является то, что данная система не удовлетворяет необходимым требованиям к быстродействию, а также дает серьезные искажения формы и размеров регистрируемых неровностей в силу значительной инерционности механизма.

Научно- производственным центром «ИНФОТРАНС» (г. Самара) к середине 90-х годов 20-го века на основе ЦНИИ-2 был разработан компьютеризированный путеизмеритель КВЛ-П 1, оснащенный бортовой автоматизированной системой оценки состояния колеи. Новая специализированная гиросистема ДИН-003 и модернизация информационно -измерительных систем дали возможность улучшить определение точных характеристик основных геометрических параметров. Особенно существенно это было заметно в случае высоких скоростей.

В это же время наряду с остающимся в эксплуатации путеизмерителем ЦНИИ -2 вводится дополняющий его ЦНИИ -4, разработанный промышленно - инновационной компанией «Прогресс». ЦНИИ-4 - наиболее точное и универсальное средство контроля геометрических параметров рельсового пути. Он может регистрировать более 30 параметров, работает на скорости 120 км/ч. Вагон-лаборатория оборудован лазерными бесконтактными датчиками положения рельса относительно кузова вагона-лаборатории, современной бесплатформенной инерциальной навигационной системой ГНС-ГЛ1 на лазерных гироскопах, спутниковой навигационной системой "SveeSix"(R) фирмы Trimble Navigation.

Рис.1.2 ЦНИИ-2 15

Этот вагон обладает более широким по сравнению с остальными перечнем параметров, которые измеряются как непосредственно в процессе движения, так и вычисляются в результате обработки полученных данных. Недостатком этого путеизмерителя является то, что в нем, несмотря на современность отдельных комплектующих подсистем, не полностью используются их функциональные возможности [12].

Несмотря на отмеченные выше недостатки, на сегодняшний день наиболее универсальное точное российское средство контроля геометрических параметров пути - это путеизмерительный вагон-лаборатория ЦНИИ-4. К параметрам, измеряемым в процессе поездки путеизмерительного вагона-лаборатории ЦНИИ-4, относятся:

-прoсaдки кaждoй рельсoвoй нити в вертикальшй плoскости;

- стрелы изгибa в плaне ^т несимметричшй хoрды);

- ширита рельсoвoй ^леи;

- укгон продoльнoгo прoфиля oси пути;

- взаимное положение рельсовых нитей по высоте (поперечный уровень);

- перекосы пути на базе кузова вагона-лаборатории (длинные неровности);

- перекосы пути на базе тележки (короткие неровности);

- кривизна пути в плане;

- курсовой угол (азимутальное положение вагона-лаборатории);

- скорость движения путеизмерительного вагона-лаборатории;

- горизонтальные и вертикальные ускорения кузова;

- длина пройденного пути (местоположение измерителя).

К параметрам, вычисляемые после поездки, относятся:

- неровности продольного профиля пути (длинные);

- отметки продольного профиля пути.

Параметры устройства кривых участков пути:

- горизонтальные неровности в прямых участках пути;

- отклонения от прямолинейного положения в плане прямых участков пути;

- статистические характеристики геометрических параметров рельсового пути.

Ряд моделей путеизмерительных вагонов-лабораторий различных модификаций выпускает НПЦ «ИНФОТРАНС». В моделях КВЛ-П 2.0 и КВЛ-П 2.0 Т (рис. 1.3) геометрические параметры измеряются путем контактного съема информации при помощи измерительных роликов. Такой способ съема информации дает серьезные искажения формы и размеров регистрируемых параметров. Весь механизм обладает значительной инерционностью, и при высоких скоростях не обеспечивается постоянный контакт измерительных роликов с поверхностью рельсов.

Рис. 1.3 КВЛ-П2,0

При определении рихтовки и ширины колеи в модели путеизмерителя КВЛ-ПИ.2 используются оптические измерительные устройства, что является отличительной чертой данной модели. Оптические датчики, основные элементы этих систем, обеспечивают бесконтактные измерения, что дает возможность существенно повысить точность параметров, измерение которых проводится на высоких скоростях.

В зависимости от типа датчика оптической системой осветлителя формируется поперечная полоса или пятно размером 2-6 мм. Отраженный сигнал подается в фотоприемник, где преобразуется в величину, пропорциональную измеряемому состоянию.

Автоматизированный диагностический комплекс АДК-И «Эра», созданный на основе КВЛ - П, предназначен для контроля состояния технических объектов железнодорожного пути, контактной сети, систем

автоматики и связи. «Эра» состоит из двух вагонов-лабораторий, которые могут работать автономно. АДК-И «Эра» (рис.1.4) производит оценку 120 различных параметров объектов инфраструктуры, за счет чего существенного расширен спектр диагностики и контроля технических объектов, способен выполнять функции паспортизации. Системы видеонаблюдения и видеоконтроля, АДК-И «Эра» позволяют фиксировать состояние рельсов, элементов контактной

сети, насыпи, мостов, переездов, пути в целом и прилегающей к нему территории с привязкой к железнодорожной координате и ко всей остальной измерительной информации.

Рис.1.4 Эра

Следует отметить, что в настоящее время поиск и устранение неисправностей производится независимо друг от друга, в то же время современные средства контроля состояния железнодорожного пути позволяют обеспечить более полный и эффективный контроль состояния рельсового пути за счет разработки комплексного подхода к оценке измеряемых параметров.

Как уже отмечалось выше, в современных путеизмерительных комплексах инерциальные параметры не используются в полной мере. Для эффективного их использования необходимо совершенствовать уже имеющиеся методы измерения и обработки, искать новые, более точные методы [119] измерения и функциональные зависимости между измеренными величинами и контролируемыми дефектами пути, а также

учитывать априорную информацию о проектном и текущем состоянии пути [9,64,143,147].

Анализ литературы по путеизмерительной технике позволяет выделить следующие направления развития в этой области:

1. Обеспечение железной дороги всем спектром путеизмерительных средств, предназначенных для оперативного контроля состояния пути.

2. Превращение путеизмерителя в комплексное измерительное средство за счет расширения его функций. Путеизмеритель должен сочетать в себе функции дефектоскопии, контроль токопроводящей аппаратуры, волнообразного износа, местных вмятин, увеличенных зазоров в стыках, выбоин, плохо обработанных сварных стыков.

3. Использование путеизмерителей для получения большего объема информации.

4. Оценивание состояния пути не только на основе геометрических показателей, но учет динамического взаимодействия пути и подвижного состава.

5. Разработка комплексных показателей качества пути на основе информации о скорости и ускорении различных частей подвижного состава.

6. Разработка используемых при регулярном контроле параметров пути новых сравнительно дешевых автоматизированных средств, не требующих присутствия спецперсонала и технических средств, которые можно устанавливать на обычных поездах и локомотивах.

7. Разработка методов наблюдения за развитием дефектов пути и

прогнозирования их состояния.

8. Расширение и развитие внедрения информационно -

измерительных технологий, увеличение числа устанавливаемых на путеизмерительных средствах измерительных элементов и систем.

Таким образом, для эффективного использования современных автоматизированных средств диагностики при обеспечении безопасности

движения железнодорожного транспорта возникает необходимость применения высокоточных информационно-измерительных систем.

1.2. Базовые информационные параметры, оцениваемые ИИК ПВ, -

нижнее строение пути и основные причины его деформации

Железнодорожный путь - это сложный комплекс инженерных сооружений, представляющий собой дорогу с направляющей рельсовой колеей. Состоит из верхнего и нижнего строений пути и искусственных строений (мостов, водопропускных труб, тоннелей). Верхнее строение пути -это рельсовая колея, образованная рельсами, шпалами, креплениями и балластным слоем. Нижним строением пути является земляное полотно [39,87].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чуб Елена Григорьевна, 2019 год

Список литературы

1. Агеев В.М., Павлова Н.В. Приборные комплексы летательных аппаратов и их проектирование. - М.: Машиностроение. 1990. - 429 с.

2. Александров В.В., Болтнянский В.Г., Лемак С.С., Парусников Н.А., Тихомиров В. М. Оптимальное управление движением М.: Физматлит -2005, 373 с.

3. Алексеев В.М. Тихомиров В.М. Фомин С.В Оптимальное управление 2-е изд. - М.: Физматлит 2007 - 384с.

4. Анучин Н.О., Емелъянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. - СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», 1999. - 356 с.

5. Анцифиров С.А., Кондратов Д.В., Могилевич Л.И. Возмущающий момент в поплавковом маятниковом акселерометре на вибрирующем основании при несимметричном истечении жидкости в торцы // Изв. РАН. Механика твердого тела. - 2006. - №3. - С.16-29.

6. Аргучинцев А.В., Дыхта В.А., Срочко В.А. Оптимальное управление: нелокальные условия, вычислительные методы и вариационный принцип максимума. - Известия вузов. Математика. - 2009, №1 с.3-43.

7. Асланов Р.М. и др. Некоторые вопросы оптимального управления М.: МПГУ 2005, - 391 с.

8. Болтнянский В.Г. Математические методы оптимального управления М.: Наука, 1969. -408 с.

9. Бортовая система мониторинга пути / Железные дороги мира.-2003 №5 www.css-mps.ru.

10. Бранец В.Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. - М.: Наука, 1979. - 320 с.

11. Былинкин С.Ф., Лещев В.В., Лосев В.В., Зотов С.А. и др. Акселерометры серии АТ. Состояние и перспективы разработок // Гироскопия и навигация. - 2004. - №1 (44). - С. 97-106.

12. Вагон-лаборатория - путеизмеритель ЦНИИ-4. Техническое описание ЕИМН. 663511.001 ТО М., 1996.

13. Вентцелъ Е.С. Теория вероятностей - М.: Академия, 2005, - 576с.

14. Галеев Э.М., Зеликин М.И., Конягин С.В., Оптимальное управление. МЦНМО 2008-320 с.

15. Гноенский Л.С., Каменский А.Г., Элъсголъц Л.Э. Математические основы теории управляемых систем М.: Наука, 1969, - 512 с

16. Громов Ю.Ю., Земской Н.А., Лагутин А.В., Иванова О.Г., Тютюнник В.М. Специальные разделы теории управления. Оптимальное управление динамическими системами. Учеб. пособие, Тамбов: ТГТУ, 2007, -108 с.

17. Гупалов В.И., Боронахин А.М. Инерциальные и информационные технологии определения параметров движения объектов и свойств рельсового пути. - СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012 288с.

18. Гупалов В.И. Мочалов А.В. Боронахин А.М. Инерциальные методы и средства определения параметров движения объектов: Учебное пособие по курсам «Проектирование и конструирование устройств АСНУ» и «Инерциальные системы навигации и управления» СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2000 - 84с.

19. Гупалов В.И. Мочалов А.В. Боронахин А.М. Инерциальные методы и средства определения параметров движения объектов и свойств рельсового пути: Учебное пособие по курсам «Проектирование и конструирование устройств ЛИНС» и «Инерциальные системы навигации и управления» СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2003 - 144с.

20. Зеликин М.И Оптимальное управление и вариационное исчисление М.: УРСС, 2004- 160 с.

21. Иваненко С.А. Адаптивно-гармонические сетки. - М.: Вычислительный центр РАН, 1997. - 181 с.

22. Инструкция о порядке комплексного контроля

путеизмерительными средствами железнодорожного пути для

148

информационного обеспечения решения задач путевого хозяйства // ОАО «РЖД», 2013.

23. Инструкция по оценке состояния рельсовой колеи путеизмерительными средствами и мерам по обеспечению безопасности движения ://ОАО «РЖД», 2013.

24. Ишлинский А. Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация. - М.: Наука, 1976. - 672 с.

25. Казаков И. Е. Статистическая теория систем управления в пространстве состояний. М.: Наука. 1975.

26. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям - 4-е изд. испр. - М.: Наука: Гл. ред. физ-мат. лит. 1971 - 576с.

27. Коновалов А.А. Основы траекторной обработки радиолокационной информации: в 2 ч. - СПб: СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 2014 ч.2 180 с.

28. Коновалов С.Ф., Межирицкий Е.Л. Компенсационный акселерометр для измерения ускорений до 100g. // XXV научно-техническая конференция памяти Н.Н.Острякова. - СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор». - Гироскопия и навигация. - 2006. - № 4. - С. 85.

29. Контроль земляного полотна / Железные дороги мира. - 2002 №7 www.css-mps.ru.

30. Корн Г. Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров - М.: Наука, 1984, - 832с.

31. Красильщиков М.Н., Себряков Г.Г. Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий. - М.: Физматлит, 2005. - 280 с.

32. Красовский Н.Н. Теория управления движением М.: Наука, 1968, -476 с.

33. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. - М.: Машиностроение, 1983. - 216 с.

34. Куприянов Н.В. Рождение путеизмерителя. / Журнал «Путь и путевое хозяйство» - 2004. №5 // www.rzd.ru.

35. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Радио и связь. 1989 - 455с.

36. Ли Р. Оптимальные оценки, определение характеристик и управление - М.: Наука, 1966, - 176с.

37. Лурье А.И. Аналитическая механика. М.: Физматгиз. 1961. - 824

с.

38. Лысенко Л.Н. Наведение и навигация баллистических ракет. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 672 с.

39. Лысюк В.С. Сазонов В.Н. Башканова Л.В. Прочный и надежный железнодорожный путь. - М.: ИКЦ « Академкнига» 2003 - 589с.

40. Межирицкий Е.Л., Денисов М.М.,. Малыхин Л.И, Мишина В.К.,. Никифоров В.М. Автоматизированные системы сбора и обработки информации для управления и целеуказания. М.: Литкон, 2009. - 352 с.

41. Милютин А.А ., Дмитрук А.В., Осмоловский Н.П. Принци максимума в оптимальном управлении М.: Издательство ЦПИ при механико-математическом факультете МГУ, 2004 - 168 с.

42. Миронова К.В., Кузнецов А.В. Математические методы исследования оптимального управления на классе кусочно-непрерывных управлений. Учебное пособие, Горячая линия - Телеком, 2015, -142с.

43. Мочалов А.В. Инерциальные методы и средства динамических измерений параметров движения и деформации объектов [Текст]: дис.. докт. техн. наук 05.11.03/ Мочалов Андрей Владимирович - СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002 - 298с.

44. Назаров Б. И., Черников С.А., Хлебников Г.А., Верхов Г.В. Командно-измерительные приборы. - М.: МО СССР, 1987. - 640 с.

45. Ногин В.Д. Введение в оптимальное управление. Учебно-методическое пособие. СПб.: ЮТАС, 2008. - 92 с.

46. Онищенко С. М. Применение гиперкомплексных чисел в теории инерциальной навигации. Автономные системы. Киев: Наукова думка, 1983.

- 208 с.

47. Основы теории оптимального управления под ред. В.Ф. Кротова М.: Высшая школа, 1990, - 429 с.

48. Перов А.И. Статистическая теория радиотехнических систем. Учебное пособие для вузов. - М.: Радиотехника, 2003, - 400с.

49. Плотников П. К., Челноков Ю.Н. Сравнительный анализ точностных алгоритмов определения ориентации объекта в параметрах Родрига-Гамильтона и в направляющих косинусах // Космические исследования. - 1979. Т.17, №3. - С.371-377.

50. Погорелое В. А. Теоретические основы синтеза автономных помехоустойчивых мультиструктурных навигационных систем: Монография

- Ростов-на-Дону: МО РФ, 2006. С.192.

51. Погорелое В.А. О применении параметров Кейли-Клейна для синтеза стохастического вектора состояния бескарданной навигационной системы автономного летательного аппарата // Автоматика и телемеханика. -2008, №8. С. 48-55.

52. Погорелое В.А. Соколов С.В. Решение задачи совместного оценивания нестационарной модели дрейфа ГСП и вектора состояния навигационной системы // Космические исследования 2013, т. 51 №3 с. 240.

53. Подиновский В.В. Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многкритериальных задач М.: Наука, 1982, - 256 с.

54. Полак Э. Численные методы оптимизации. Единый подход М.: Мир 1974,- 374с.

55. Полевиченко А.Г. Деформация земляного полотна. Меры предупреждения и способы ликвидации конспект лекций. - Хабаровск ДВГУПС, 1998, 29с.

56. Понтрягин Л.С. Обыкновенные дифференциальные уравнения М.: «Наука» 1974, с. 231.

57. Понтрягин Л.С., Болтнянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов М.: Наука, 1983, - 392 с.

58. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации.- http://rail-info.ru/osnovnye-dokumenty/58-pte-2012/

59. Пугачев В.С. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического управления - М.: Физматлит., 1960, - 884 с.

60. Пугачев В. С., Синицын И. Н. Теория стохастических систем. -М.: Логос, 2004, - 1000 с.

61. Пугачев В.С. Теория вероятностей и математическая статистика. -2-е изд. испр. и доп. М.: Физматлит, 2002, - 496с.

62. Пупков К.А., Неусыпин К.А. Вопросы теории и реализации систем управления и навигации. - М.: Биоинформ, 1997. - 364 с.

63. Путеизмеритель системы ЦНИИ-2. Техническое описание инструкция по эксплуатации 0982.00.000 ТО-М., 1983.

64. Путеизмерительный вагон-лаборатория ЕМ 250 / Железные дороги мира.- 2005 №8 www.css-mps.ru.

65. Путеизмерительные системы на железных дорогах Северной Америки / Железные дороги мира.- 2005 №9 www.css-mps.ru.

66. Разоренов Г.Н., Бахрамов Э.А., Титов Ю.Ф. Системы управления летательными аппаратами. - М.: Машиностроение. 2003. - 582 с.

67. Ригли У., Денхард У., Холлистер У. Теория, проектирование и испытание гироскопов. - М.: Мир, 1972.- 416 с.

68. Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление. - М.: «Наука», Главная редакция Физ-мат лит.1971, 396 с.

69. Сейдж Э. Мелс Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении - М.: Связь, 1976, - 493с.

70. Силаев Л.Д. Никифорова О.Н. Комаров Е.Ф. Математическая

модель погрешностей гиростабилизированной платформы и использование

модели с целью выявления компенсации инструментальных погрешностей //

152

Труды ФГУП "НПЦАП". Системы и приборы управления. —2008. —№ 3, с. 39-47.

71. Синицын И.Н. Фильтры Калмана и Пугачева - М.: Логос, 2006. -640 с.

72. Соколов С.В. О решении проблемы синтеза стохастического оптимального управления на основе нелинейных вероятностных критериев // Прикладная математика и механика. - 1996. - Т.60, №4. - С. 564-569.

73. Соколов С.В. Кучеренко П.А. Критерий минимума вероятности ошибки оценивания в задаче нелинейной параметрической идентификации // Радиоэлектроника, 2008, №11, - с.28-32.

74. Соколов С.В. Погорелов В.А. Основы синтеза многоструктурных бесплатформенных навигационных систем М.: Физматлит, 2009, 184 с.

75. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А. А. Красовского. - М.: Наука, 1987. - 712 с.

76. Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. - СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ "Электроприбор", 2003. - 369 с.

77. Стратонович Р.Л. Условные Марковские процессы и их применение к теории оптимального управления. - М.: МГУ, 1966.- 319 с.

78. Теория автоматического управления под ред. А.В. Нетушила. Учебник для вузов. - М: «Высшая школа» 1976, 400 с.

79. Тертычный В. Ю. Адаптивные интегро-дифференциальные алгоритмы стохастической оптимизации динамических систем // Диф. Ур-ния. - 1993. - Т.29, № 4. - С. 610-616.

80. Тихонов В. И., Миронов М. А. Марковские процессы. - М.: Сов. радио, 1977. - 408 с.

81. Тихонов В. И., Харисов В. Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. - М.: Радио и связь, 1991. - 608 с.

82. Тихонов В.И., Шахтарин Б.И., Сизых В.В Случайные процессы. Примеры и задачи. Том 3. Оптимальная фильтрация, экстраполяция и моделирование / Под ред. В.В. Сизых - М.: Радио и связь, 2004, - 404 с.

83. Троицкий В.А. Вариационное исчисление и оптимальное управление СПб.: Политехнический университет 2006 - 202 с

84. Федорченко В.А. Теория многомерных распределений. М.: Русь, 2003. - 576 с.

85. Филипеня Н. С. Разработка инерциальных методов и средств измерения параметров рельсового пути [Текст] 05.11.16 / Филипеня Наталья Сергеевна СПбГТУ «ЛЭТИ», 2007, 141с.

86. Флеминг У. Ришел Р. Оптимальное управление детерминированными и стохастическими системами. - М.: Мир, 1978, 316 с.

87. Фришман М.А., Хохлов И.Н., Титов В.П. Земляное полотно железных дорог: Учебник для вузов ж.-д. транспорта. - 2-е изд. перераб и доп. - М.: Транспорт 1972 - 288 с.

88. Хуторцев В.В., Соколов С.В., Шевчук П.С. Современные принципы управления и фильтрации в стохастических системах. - М.: Радио и связь, 2001. - 808 с.

89. Челноков Ю. Н. Об определении ориентации объекта в параметрах Родрига-Гамильтона. // Изв. АН СССР. Механика твердого тела.-1977. - №3. - С. 11-20.

90. Челноков Ю.Н. Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твердого тела и их приложения М.: Изд-во Физматлит -2006, 512с.

91. Чуб Е.Г, Погорелов В.А., Соколов С.В., Клодина Т.В., Яковлев К.Ю. Использование некорректируемой платформы в решении задачи начальной ориентации инерциальной навигационной системы // Мехатроника. Автоматизация. Управление. - 2007. - № 3. - С. 50-55.

92. Чуб Е.Г., Погорелое В.А., Клодина Т.В. Применение вектора конечного поворота для синтеза моделей дрейфа гиростабилизированной платформы // Датчики и системы. - 2007. - №3. - С. 9-11.

93. Чуб Е.Г., Погорелое В.А., Яковлев К.Ю. Модель движения некорректируемой гиростабилизированной платформы в параметрах Родрига-Гамильтона // Известия вузов. Авиационная техника 2012, №3. С.69-72.

94. Чуб Е.Г Аналитические модели прецессионного движения гиростабилизированной платформы, расположенной на неподвижном основании // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения № 1 2011 с.72-75.

95. Чуб Е.Г., Погорелое В.А. Об использовании уравнения Риккати для построения модели дрейфа гиростабилизированной платформы // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения № 1 2011 с.110-116.

96. Чуб Е.Г., Погорелое В.А. О применении распределения Пирсона для синтеза плотности вероятности марковского вектора состояния динамической системы // Труды XXVIII Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред», т 1, Санкт-Петербург 2013, с. 143-149.

97. Чуб Е.Г., Погорелое В.А. Марковская модель движения некорректируемой гиростабилизированной платформ // Труды ФГУП "НПЦАП". Системы и приборы управления. —2012. —№ 1, с. 59-69.

98. Чуб Е.Г., Клодина Т.В., Погорелое В.А., Якоелее К.Ю. Аналитические модели прецессионного движения гиростабилизированной платформы в форме уравнения Абеля // Труды Всероссийской научной конференции «Транспорт 2011» ч. 1 с.25-28 .

99. Чуб Е.Г Соколое С.В. Погорелое В.А.,. Синтез субоптимального стохастического управления пространственной ориентацией ГСП //XXI

Санкт- Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам 2014 с. 206-209.

100. Чуб Е.Г., Клодина Т.В., Погорелое В.А., Яковлев К.Ю. Стохастическая модель движения инерциальной навигационной системы в параметрах Родрига-Гамильтона // Труды Всероссийской научной конференции «Транспорт 2011» ч. 1 с.32-35.

101. Чуб Е.Г., Яковлев К.Ю Аналитическая модель прецессионного движения гиростабилизированной платформы // VIII Конференция молодых ученых «Навигация и управление движением» Санкт-Петербург 2006 с.

102. Чуб Е.Г., Яковлев К.Ю Решение задачи совместной идентификации коэффициентов модели дрейфа гиростабилизированной платформы и оценивания параметров вектора состояния подвижного объекта // VIII Конференция молодых ученых «Навигация и управление движением» Санкт-Петербург 2006 с.

103. Чуб Е.Г. Использование методов оптимального стохастического управления для решения задачи начальной ориентации инерциальной навигационной системы при диагностике транспортно- эксплуатационного состояния дорог// «Инжененрный вестник Дона» электронный журнал №4 2013, http://www.ivdon. ги/ги/шаеа2те/агсЫуе/п4у2013/2082.

104. Чуб Е.Г. Погорелов В.А. Митъкин А.С. Использование распределений Пирсона при синтезе субоптимального алгоритма фильтрации многомерного марковского процесса// « Общие вопросы радиоэлектроники», вып №1 2014 с.149-156.

105. Чуб Е.Г, Митъкин А.С., Погорелов В.А. Использование распределения Пирсона для синтеза субоптимальных алгоритмов фильтрации многомерных марковских процессов // Известия вузов Радиофизика 2015 т.58, с.244-253.

106. Чуб Е.Г. Клодина Т.В., Погорелов В.А. Инерциальные информационно-измерительные комплексы. Некорректируемая

гиростабилизируемая платформа - Berlin. Изд-во LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012, 116 с.

107. Чуб Е.Г Митъкин А.С., Соколов С.В., Погорелое В.А Синтез субоптимального стохастического управления пространственной ориентацией гиростабилизированной платформы // Оборонная техника 2015, № 11-12, с. 42-48.

108. Чуб Е.Г. Клодина Т.В. Использование методов оптимального стохастического управления для решения задачи начальной ориентации инерциальной навигационной системы путеизмерительного вагона // Международная научно-практическая конференция «Транспорт-2015»

109. Чуб Е.Г Стохастическая модель инерциальной навигационной системы в форме «объект - наблюдатель» // Современные методы и проблемы теории операторов и гармонического анализа и их приложения VI Материалы конференции г. Ростов-на-Дону, 2016 с. 143.

110. Чуб Е.Г Митъкин А.С, Погорелое В.А.,. Использование распределения Пирсона для синтеза субоптимальных алгоритмов фильтрации многомерного марковского процесса // Сборник научных трудов II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем» «Радиоинфоком - 2015» часть 1, Москва 2015, с.196-200.

111. Чуб Е.Г Уравнения оценивания инерциальной навигационной системы железнодорожного навигационного комплекса // Современные методы и проблемы теории операторов и гармонического анализа и их приложения VII, Материалы конференции г. Ростов-на-Дону, 2017 с. 144.

112. Чуб Е.Г Стохастическая модель системы высокоточного позиционирования // Современные методы и проблемы теории операторов и гармонического анализа и их приложения VIII, Материалы конференции г. Ростов-на-Дону, 2018 с. 131.

113 Чуб Е.Г. Синтез стохастического управляемого информационно-измерительного комплекса // Теория вероятностей и ее применения, 2019. -Т.64.- Вып. 1.

114. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь: Учебник для вузов ж.-д. транспорта. - 3-е изд. перераб и доп. - М.: Транспорт 1987 - 479 с.

115. Щербань И. В., Толмачев С.А., Красников С.О. Универсальная стохастическая модель произвольного движения наземного транспортного средства // «Инжененрный вестник Дона» электронный журнал №3 2013, http: //www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1812

116. Эльясберг П.Е. Определение движения по результатам измерений. М.: Наука 1976. - 416с.

117. Ярлыков М.С., Миронов М.А. Марковская теория оценивания случайных процессов. - М.: Радио и связь, 1993. - 354 с.

118. Anderson B.D.O. and Moore J. B. Linear Optimal Control. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1971.

119. Barbour N.M., Elwell J.M., Setterlund R.H., Schmidt G.T. Inertial Instruments: Where To Now // I Saint Petersburg Inter. Conf. on Gyroscopic Technology. - СПб: ЦНИИ «Электроприбор».- 1994. - Р. 13-24.

120. BeardR. W. "State estimation for micro air vehicles," in Innovations in Intelligent Machines J, J. S. Chahl, L. C. Jain; A. Mizutani, and M. Sato-Ilic, eds., pp. 173-199, Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 2007

121. Britting, K. R. Inertial Navigation System Analysis. - John Wiley and Sons, New York, - 1971.

122. Brown R. G. Introduction to Random Signal Analysis and Kalman Filtering. New York: JohnWiley & Sons, Inc., 1983.

123. Bryson A. E. and Ho Y. C. Applied Optimal Control. Waltham, MA: Blaisdell Publishing Company, 1969.

124. Chao Huang, Guoxing Yi, Qingshuang Zen, Ziyang Qi, Mingyang Yang. Methods of Evaluation of Navigation Errors in Platform Inertial Navigation

Systems based on PSVR, 2016 28th Chinese Control and Decision Conference (CCDC), pp. 2710-2716.

125. Chen Z. Bayesian filtering: From Kalman filters to particle filters, and beynd// Statistics, 2003 №1 p. 1-9.

126. Choset H., Lynch K. M., Hutchinson S., G; Kantor, W. B. and Lydia E. Kavraki, and S. Thrun, Principles of Robot Motion: Theory, Algorithms, and Implementation. Cambridge, MA: MIT Press, 2005.

127. Cormen T. H., Leiserson C. E. and Rivest R. L. Introduction to Algorithms. New York: McGraw-Hill, 2002.

128. Donald E. Kirk Optimal Control Theory: an Introduction Dover Publication, Inc, Mineola, NewYprk, 1998-95 p.

129. Eldredge A. M. "Improved state estimation for miniature air vehicles," Master's thesis, Brigham Young University, 2006.

130. Figliola R. and Beasley D. Theory and Design for Mechanical Measurements. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2006.

131. Franklin G.F., Powell J. D. and Emami-Naeini A. Feedback Control of Dynamic Systems. Menlo Park, CA: AddisonWesley, 4th ed., 2002.

132. Gelb A. ed. Applied Optimal Estimation. Cambridge, MA: MIT Press, 1974.

133. Grewel M.S., Henderson V.D., Miysako R.S. Application of Kalman Filtering to the Calibration and Alignment of Inertial Navigation Systems //IEEE trans. Aerospace and Electronic Syst. - 1993. - V.AES-29, №3. - P.786-797.

134. Groves P.D. Navigation Using Inertial Sensors; IEEE A&E Systems Magazine February 2015 Part II of II pp. 43-69.

135. Guan Dongxue., Cheng Jianhua., Zhao Lin., Fei Zeihui. Inertial-frame-based Coarse Initial Alignment for Marine Strapdown Inertial Navigation System Using Wavelet De-noising, Proceedings of the 35th Chinese Control Conference July 27-29, 2016, Chengdu, China, pp. 5596-5600.

136. Guelman M., Idan M. and. Golan 0. M. "Three-dimensional minimum energy guidance," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 31, pp. 835-841, April 1995.

137. Hamed Mohammadkarimi, Hadi Nobahari, Alireza Sharifi A New Approximative Method of Attitude Correction in Inertial Navigation Systems; 2016 7th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering pp. 394-399.

138. Haug A.J. Bayesian Estimation and Tracting. Practical guide Hobeken: John Wiley & Sons, 2012

139. Lange K. Optimization, Springer, 2004 -262 p.

140. Lawrence, A. Modern Inertial Technology - Navigation, Guidance and Control, Springer-Verlag, Second Edition. - 1998.

141. Lee J. G., Han H. S. and Kim Y. J. "Guidance performance analysis of bank-to-:turn (BTT) missiles," in Proceedings of the IEEE International Conference on Control Applications, (Kohala, HI), pp. 991-996, August 1999.

142. Lewis F. L., Optimal Estimation: With an Introduction to Stochastic Control Theory. New York: JohnWiley & Sons, 1986.

143. Lichtberger B. Die neue Generation von Multifunctionsmessfahrzeugen / EI - Eisenbahningenieur - 2003 №3 s. 26-32.

144. Kalman R. E., "A new approach to linear filtering and prediction problems," Transactions of the ASME, Journal of Basic Engineering, vaL 82, pp. 35-45, 1960.

145. Moon T. K. and Stirling W. C. Mathematical Methods and Algorithms. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 2000

146. Neittaanmàki P. Tiba D. Optimal control of nonlinear parabolic sustems, marcel Dekker, Inc New Jork-Basel-Hong Kong, 1994-399 p.

147. Rechel M., Schmeister J., Mochalov A.V., Boronachin A.M.. Integrated System for Navigation on Railway Tracks / Proceedings on Symposium Gyro Technology, Stuttgart, Germany, pp. 19 - 20 Sept. 2001.

148. Shuster M. D., "A survey of attitude representations," The Journal of the Astronautical Sciences, vol. 41, pp. 439-517, October-December 1993.

149. Tiechun Li., Jia Wang, Zhixin Chen Research of indoor localization based on inertial navigation technology, 2016 28th Chinese Control and Decision Conference (CCDC), pp. 2860-2864.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Коэффициенты аналитической зависимости угловой скорости гиростабилизатора от параметров ориентации в ИСК

т11 =их/з +и1/2 +(кТТ ~кхх)/1/3 ^ху/г/з кут/1/2 + кхх (/ 2 Я); т12 =иу/з ~и2/1 (кУУ кXX )/2/3 ~2кУхЛ/з + ку1 ^ -^ )+ ^ЛЛ;

т13=~иу/2~их/1 +(куу - кхх )(/22 - А2 )+ 2(кух + кху )/\/2 +кут/г/з + кхгА/з ; т21 = -их/3-иТ/2 +(кхх - кУУ )/1/3 + 2кХУ/2/3 +к XI О^ - /з ^^.ЛЛ ; т22 =-иУА3 +и1/1 - (кХХ-куу )/2/3 + -кХ1/1/2 + кУ1 (/^ - /? ^

т2з+иу/2 +(кхх - куу )(/22 - /12 2кУхА/2 + кхг/1./з + ^/2/3

т31 =их/2~иу/3 -(кхх- ктт ^)/1/2-2кХ1/2/3 + кХУ (/3 -/2 )-к1У А1А3 ' т32=-их/1 -ит/3 +(кхх- ктт )(/12 - /32 )+ ^¿Л +

+2ктх/1/3 + кхУ/1/2 + к1У/2/3 ;

т33 =и 1А2 +иУА1 +(кХХ-к11 )/2/3 -2кТХ/1/2 - кХУ/1/3-к1У (/2 -)

= ^-иу/1 +иX А2-и1/3 +(кУУ - кХХХ )/1/2 + -

- kXУ/2 + кУ1/1/3 -kXI/2/3 ;

И2 = Яу ^У А2 +иУА1 +и1/3 +(kXX куу }/1/2 + kXУ/2

- kУX/1 -kXI/2/3 + куТА1А3 ;

и3 = ^ XА3 +и1/1 -иу/2 +(kхх-ктт )/1/3 + kXI/3 -

- kIX/1 + kXУ/2/3 - к1у/1/2 ;

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Блок-схема моделирования движения гиростабилизатора и сигналов реальных измерителей, входящих в состав измерительного комплекса для углов Эйлера-Крылова

Рисуно к П2.1. Блок-схема моделирования движения ИИК и сигналов реальных измерителей, входящих в состав измерительного комплекса для углов Эйлера-Крылова

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Блок-схема моделирования движения гиростабилизатора и сигналов реальных измерителей, входящих в состав измерительного комплекса для параметров Родрига-Гамильтона

Рисунок П3.1. Блок-схема моделирования движения ИИК и сигналов реальных измерителей, входящих в состав измерительного комплекса для параметров Родрига-Гамиль

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Изменение моделируемых параметров гиростабилизатора во времени для углов Эйлера-Крылова

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Изменение моделируемых параметров гиростабилизатора во времени для параметров Родрига-Гамильтона

1x10 5

5х10~г

0 200 400 600

200 400 600 800 1x103

уъ

1x10

5x10

-5x10 г

- 1x10

200

400

600

800

1x10

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Ошибки оценки параметров Родрига-Гамильтона

о\

Ллг1.

1 1С

5 10

; ю

;оо +ос есо

вес

: 10"

о :ш> 400 ш> зоо : ю3

Рисунок П7.3 Ошибки оценки параметра шг

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Акты внедрения результатов диссертационной

работы

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор кандидат гс1

« '-4»

1ич<.ч;хих ниун^ 1 Р &.В., Яевч'енКов Ц

2018 г. '

—"Иван*»''

АКТ

о внедрении результатов диссертационного исследования на соискание ученой степени кандидата технических наук Чуб Елены Григорьевны в разработках

ООО «ТеКнол»

Исследования информационно-измерительного комплекса (ИИК) путеизмерительного вагона (ГШ), проведенные Чуб Еленой Григорьевной в рамках диссертационной работы, посвяшены актуальным вопросам, связанным с разработкой методик и алгоритмов высокоточной оценки переменных состояния ИИК ГШ в условиях действия помех.

Полученные в диссертации результаты имеют существенное значение для:

- развития аппарата стохастической фильтрации на случай использования моментов распределения для синтеза апостериорной плотности вероятности многомерного вектора состояния ИИК ГШ;

- высокоточного автономного определения пространственного положения ИИК ИВ в условиях действия помех.

Направление исследований и полученные результаты непосредственно связаны с научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами, проводимыми в ООО «ТеКнол».

Марковская модель ИИК ГШ в форме «объект-наблюдатель», полученная без каких-либо условий, влияющих на характер движения измерительного комплекса и распределение шумов измерений, использована при испытаниях навигационной системы «КомпаНав-3» на наземном транспорте.

Алгоритм оценивания переменных вектора состояния ИИК ИВ, основанный на использовании моментов распределения, использован для компенсации погрешностей прибора «КомпаНав-3».

Внедрение полученных результатов позволило повысить точность начального ориентирования опытных измерительных систем на 10% по углам ориентации, при одновременном снижении вычислительных затрат на 20%.

Главный конструктор

Д.Б. Пазычев

Рисунок П8.1 - Акт о внедрении работы в разработках ООО «ТеКнол»

РОСЖЕЛДОР Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВО РГУПС)

пл Ростовсхого Стрелкового Полвд Неродного Ополчения, д 2. г. Ростов на Дому, 344038 Тел [phone], Факс (863) »5-32 83, 245-06-13, €-<па11 ир_й«1®>с!«> геир^ ги 0КГЮ01116006. ОГРН 1026103709499, ИНН/КПП 6165009334/616501001

■V Утверждаю проректор по учебной работе — нача; ьникЗучебно-методическо!х> ¡лЬ -:'а£-/управления

к.фил.н., доцент М.А. Кравченко « /А» 2019 г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС результатов лнссертаинонной работы Чуб Елены Григорьевны на тему «Информационно-измерительный комплекс с управляемым гиростабилизатором для оценки парамет ров железнодорожного пути»

Результаты исследований, выполненных в диссертационной работе аспирантки кафедры «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» Чуб Елены Григорьевны на тему «Информационно-измерительный комплекс с управляемым гиростабилизатором для оценки параметров железнодорожного пути», используются в учебном процессе ФГБОУ ВО РГУПС при проведении лекционных занятий по дисциплинам «Диагностика состояния верхнего строения железнодорожного пути», «Организация, планирование и управление техническим обслуживанием железнодорожного пути» учебного плана специальности 23.05.06 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей.

Заведующий кафедрой «Путь и путевое хозяйство», к.т.н., доцент

V

Г.В. Карпачевский

Рисунок П8.2 - Акт внедрения результатов работы в учебный процесс ФГБОУ ВО РГУПС