Н. А. Назарбаева народу Казахстана
жүктеу/скачать 35,33 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Адам ағзасына дәрілірдін асергетиуның иммундік жүйесі үшін басқару заңдарың және сапаның өлшемі тандауын дәлелдеу Аңдатпа.
- Justification of the choice of the quality criterion and the control law for the immune system influence medicines on the human Summfry.
- Alidad Amirfazli
- W. Norde
- Секция 5 Инновационные космические технологи: отечественный и мировой опыт.
- РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА СОЛНЕЧНОГО ДАТЧИКА ДЛЯ МИКРОСПУТНИКА Аннотация.
Постановка задачи. Требуется найти такой элемент ) ( , (.) (.,.), 0 0 0 * * * 0
p t u p d D , чтобы выполнялось равенство ) ( , * 0 0 0 0 0 min ) ( x p t d d J D . Процессы влияния лекарственных препаратов на организм, описываемые биологическими системами, протекают оптимально, если выполняются условия: – количество лекарственных препаратов достаточное для подавления инфекции минимально; – количество зараженных клеток минимально; – затраты ресурсов организма на развитие процессов влияния лекарственных препаратов и подавление инфекции должны быть минимальны. Оптимальным иммунный ответ будет при минимальных площадях, ограниченных кривыми P(t), C(t), L(t):
min ) ( ) ( ) ( ) ( 0 0 0 0 T t T t T t T t dt t u dt t P dt t C dt t L M t J . Однако для получения значений параметров, при которых имеет место минимум функционала, удобнее воспользоваться функцией с квадратичным экстремумом
min ) ( ) ( ) ( ) ( 0 2 2 2 2 T t dt t u t P t C t L M t J . (4) Ограничения на траекторию. Так как ресурсы организма ограничены, то траектория L(t) не может принадлежать всем частям пространства R n . Указанное обстоятельство находит отражение среди ограничений вида:
) ( ), ( ) ( ) ( , 0 ) ( , 0 , 0 ) ( , 0 ) ( , 0 ) ( 0 . В соответствии с выбранным критерием качества и определенными ограничениями постановка задачи формулируется следующим образом: необходимо определить параметры системы иммунного
Основным методом построения управления стохастическими системами является метод динамического программирования [5,6]. С его помощью синтез оптимального управления * ( , ) n u n x U определяется решением уравнения Беллмана для дискретных стохастических систем:
n U u R x N n u x n W u x n f n B M n J x n B , 1 ,..., 1 , 0 , , ) ) ( , , , , 1 ( ) ( min
, ) ( , (5) где
) , ( x n B Тогда, в соответствии с (5), оптимальное управление имеет вид n n U u R x N n u x n W u x n f n B M n J x n u , 1 ,..., 1 , 0 , , ) ) ( , , , , 1 ( ) ( min
arg , ) ( * , при этом минимальное значение функционала (4) ) , 0 ( ) ( min 0
B M n J , где
n J в матричной форме имеет вид
525 min ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 0 N n T T n u n R n u n x n Q n x n J . Утверждение. Оптимальное управление определяется соотношением 1 ,...,
1 , 0 , ) ( ) , ( *
n x n K x n u , (6) где
1 ,..,
1 , 0 ), ( ) 1 ( ) ( ) ( ) 1 ( ) ( ) ( ) ( 1
n n A n P n B n B n P n B n R n K T T , (7) ( )
– определяется уравнением:
0 , 1 ,...,
1 , ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (
n n L n B n A n P n L n B n A n L n R n L n Q n P T T . (8) Минимальная величина функционала определяется по формуле
N k x T R x n R n P tr D P tr x P x I , 1 ) 0 ( ) 0 ( min 1 0 1 0 0 0 . (9) На основе реализации данного алгоритма можно получить результаты, позволяющие выработать оптимальное количество лекарственного препарата, с учетом побочных влияний на организм и инфекцию в соответствии с вышеприведенными условиями.
ЛИТЕРАТУРА 1 Коваленко С.Ю., Братусь А.С. Оценки критерия оптимальности в задаче моделирования терапии глиом // Математическая биология и биоинформатика. – 2014. – Т. 9. – №1. – С. 20–32. 2 Братусь А.С., Чумерина Е.С. Cинтез оптимального управления в задаче выбора лекарственного воздействия на растущую опухоль. Журнал вычислительной математики и математической физики. 2008. Т. 48.№6. С. 946–966. 3 Murray D. Spatial Models and Biomedical Applications // – Mathematical Biology. – Vol. 2: – Springer, 2003. 4 Ширяева О.И. Разработка иммунной математической модели различных сценариев воздействия лекарственных препаратов // Вестник КБТУ, №2, 2013. – С.91–95с. 5 Пантелеев А.В., Бортаковский А.С. Теория управления. – М.: Высшая школа, 2003. 6 Аввакумов С.Н. Киселев Ю.Н. Некоторые алгоритмы оптимального управления. Труды Института математики и механики УрО РАН. – 2006. – Т.12. – № 2. – C.3–17.
Ширяева О.И. Адам ағзасына дәрілірдін асергетиуның иммундік жүйесі үшін басқару заңдарың және сапаның өлшемі тандауын дәлелдеу Аңдатпа. Берілген мақала - дәрілік препараттарға ағзаның реакциясы иммунды моделінің оптималды құрылымын жасауға арналған. Инфекциялану процесінде дәрілік препараттарға ағзаның жауабын сипаттайтын адекватты модел жасалған. Ол–анықталған бастапқы шарттар мен дәрілік мөлшерге байланысты, зақымдалған және емделген жасушалар санының оптималды динамикаларын зерттеу үшін пайдаланылады. Tүйін сөздер: жасанды иммунды жүйе, оптималды құрылым, ағзаның инфекциялы ауырға шалдығуы, ағзаның арнайы реакциясын моделдеу, математикалық модель.
Ширяева О.И. Justification of the choice of the quality criterion and the control law for the immune system influence medicines on the human Summfry. This article focuses on the development of an optimal structure of the immune reaction model organism to drugs based on the methods of artificial immune systems. Developed adequate mathematical model describing the body's response to medicinse in the infection process used to develop the optimal speaker number of infected and cured cells depending on certain conditions and appropriate initial dosage units. Key words: artificial immune system, the optimal structure, infectious disease organism, modeling specific reactions, mathematical model.
526 Alidad Amirfazli Department of Mechanical Engineering, York University, Toronto, Canada
A class of fluids composed of colloidal particles of ferroferric oxide dispersed in water or oil have found many applications in high-technology printing, or as sealing materials, or for active damping systems. They are more commonly known as ferrofluids (or magnetic fluids). In printing applications, it is important to understand the morphological aspects of drop impact when a magnetic field is present. In this talk the dynamics of morphology of a ferrofluid drop in free fall will be discussed by discussing the experimental as well as analytical/simulation results. Experimentally, a ferrofluid was released and fell through the air; as it travelled through a coil a magnetic pulse (4-65 mT for 4 ms) was given. The colloidal drop either deformed or split into a multitude of smaller particles depending on the duration and strength of the magnetic field. For pulse amplitudes less than 9 mT the drop sequentially deformed to oblate and prolate ellipsoids; the dynamics of drop deformation in this case was modeled using a harmonic damped oscillatory function. Higher magnetic field pulse amplitudes resulted in drop taking the form of a cylindrical ligament; depending on the field strength various numbers of drops were ejected from ends of the ligament. The size of ejected drops decreased with increasing magnetic field strength. Ejected drops travelled with higher velocities as magnetic field strength was increased in a linear fashion. At field strengths of 65mT up to six drops were ejected from the ligament. Ejected drops where all spherical, and the ejection process was over in 22 ms. The cylindrical ligament eventually recovered to a spherical shape due to surface tension forces in 210 ms. Other interesting observations such as momentary interactions without coalescence between consecutive drops due to the wake effect will be discussed. Theoretically, the dynamics of the oscillating colloidal drop was modelled using a damped vibration model. The model result predicted the experimentally observed morphological changes very well.
W. Norde Laboratory of Physical Chemistry and Colloid Science Wageningen University, The Netherlands willem.norde@wur.nl (BIO)NANOTECHNOLOGY: APPLICATIONS, IMPLICATIONS AND PERSPECTIVES Over recent decades nanotechnology has entered the realm of life-related applications, such as food, medicine, environment, and so on. This enabling technology has proven to have great potential, but at the same time it may involve uncertainties and hazards. As is often the case with the rise of a new technology, distinguishing facts from fiction, possibilities from impossibilities, let alone what is desirable from what is undesirable, is not unambiguous. Thus, the use of (bio)nanotechnology may be controversial and cooperation between scientists, industrialists, policy-makers and non-governmental organizations is required to inform and engage the public in an early stage. The public discussion on (bio)nanotechnology often tends to concentrate on revolutionary applications, such as self-reproducing robots and -when nanotechnology is combined with molecular biology and cognitive sciences- producing new intelligent organisms. However, this is highly speculative science fiction. It is, for the time being, more meaningful to focus the discussion on applications that are already in use and those that are foreseeable in the not too far future. In this paper I present and discuss a few examples from the domains environment, food and health, where beneficial as well as questionable aspects will be considered.
527
Секция 5 Инновационные космические технологи: отечественный и мировой опыт. УДК 629.78
ДТОО "Институт космической техники и технологий" г. Алматы, Республика Казахстан anna.sukhenko@gmail.com
используется в основном для обеспечения ориентации микроспутника на Солнце, расчета текущей ориентации микроспутника, а также для проведения других пространственных маневров. На данный момент на рынке космической техники наблюдается большой выбор типов солнечных датчиков, различающихся по составу и принципу работы. В основном это разновидности оптических и щелевых солнечных датчиков. Щелевые солнечные датчики обладают меньшей массой и габаритами в сравнении с оптическими солнечными датчиками, более простой конструкцией и возможностью миниатюризации, что делает их применение на микроспутниках более предпочтительным. В данной статье речь пойдет о разработке экспериментального образца щелевого солнечного датчика, разрабатываемого на базе кремниевых фотоэлектрических преобразователей, который будет обеспечивать необходимую точность для определения текущего углового положения микроспутника.
фотоэлектрические преобразователи
Современные микроспутники позволяют использовать на борту весь спектр приборов системы управления движением и навигации: магнитные датчики, постоянные магниты и магнитные гистерезисные стержни (спутник Delfi-C3 [1]), звездные датчики, маховики, магнитные исполнительные органы (спутники BIRD [2], PROBA-1, PROBA-2 [3]), однако солнечные датчики (СД) остаются одними из основных приборов микроспутника, которые используются для проведения оценки его текущего углового положения (ориентации). Солнечные датчики дают в качестве выходных параметров вектор направления на Солнце или угловые координаты Солнца. На данный момент появилось множество типов солнечных датчиков, различающихся по составу и принципу работы. В основном это разновидности оптических и щелевых СД: солнечный датчик ОСД, разработанный в ИКИ РАН [4], двухосный щелевой солнечный датчик на базе линейных CMOS - детекторов [5], солнечный датчик, разработанный для микроспутника DTUSat [6]. Щелевые СД обладают меньшей массой и габаритами в сравнении с оптическими СД, более простой конструкцией и возможностью миниатюризации, что делает их применение на микроспутниках более предпочтительным. Наиболее приемлемым для микроспутников является использование двухосных щелевых СД, так как для определения вектора направления на Солнце относительно микроспутника достаточно разместить на корпусе микроспутника несколько таких СД (обычно от 4-х до 6-ти), в сравнении с одноосными СД, которых потребуется большее количество. В данной статье речь пойдет об экспериментальном образце (ЭО) двухосного щелевого солнечного датчика, который в данный момент разрабатывается в Институте космической техники и технологий. Разрабатываемый экспериментальный образец солнечного датчика дает в качестве выходных параметров угловые координаты Солнца. Его общая схема приведена на рисунке 1.
528
Рисунок 1 – Схема экспериментального образца солнечного датчика Внутри корпуса ЭО СД размещены модуль чувствительных элементов на базе треугольных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Падающий под определенным углом свет попадает через щелевые отверстия на ФЭПы и способствует изменению значений их тока и напряжения, которые обрабатываются в модуле управления.
1. Параметры экспериментального образца солнечного датчика Основными параметрами солнечного датчика с точки зрения его функциональности являются угол поля зрения и точность определения углового положения Солнца в связанной с солнечным датчиком системе координат. При разработке ЭО СД к нему предъявлялись следующие требования: - поле зрения: > 100°; - точность: ~3°; - частота: > 1Гц; - интерфейс передачи данных: RS232; - питание: 8-24В; - масса: <300 гр; - габариты: не более 100 мм по каждой оси; - потребляемая мощность: < 0.5Вт. Рассмотрим основные соотношения, использованные при проектировании солнечного датчика. Исходя из геометрической модели СД, его поле зрения определено с помощью следующего выражения:
2
) h * 2 ( ФЭП FOV L arctg
,
(1) где
FOV - угол поля зрения, рад, ФЭП
- длина фотоэлектрического преобразователя, мм, h -
высота щелевого отверстия над фотоэлектрическим преобразователем, мм. Соответственно необходимая высота СД при заданных размерах фотоэлектрического преобразователя и требуемом угле поля зрения солнечного датчика определена по формуле:
2 * ) 2 ( h FOV ФЭП tg L .
(2)
Принимая во внимание тот факт, что солнечный свет может падать под углом по второй чувствительной оси солнечного датчика, важно, чтобы при этом длина щелевого отверстия была достаточной для того чтобы при изменении этого угла в пределах поля зрения солнечного датчика ФЭП оставался засвеченным. В связи с этим длина щелевого отверстия должна удовлетворять следующему условию:
h
) 2 ( * 2 W FOV ФЭП
ЩО tg L ,
(3) где
ЩО L - длина щелевого отверстия, мм, ФЭП W
529
Основным фактором, влияющим на точность щелевого солнечного датчика, является погрешность его изготовления, которая тяжело поддается оценке. Если пренебречь погрешностью изготовления и принять, что конструкция солнечного датчика идеальна, то можно оценить его точность, которая будет зависеть от характеристик электронных компонентов, из которых он изготовлен. В частности, основным показателем, влияющим на точность, является величина разрядности аналого-цифрового преобразователя. Данный параметр характеризует разрешающую способность аналого-цифрового преобразователя при измерении электрического сигнала:
n 2 U U ,
(4)
где U - разрешающая способность аналого-цифрового преобразователя, В, U - величина измеряемого сигнала, В, n - разрядность аналого-цифрового преобразователя, бит. Как видно из приведенного выражения, разрешающая способность (и как следствие точность) тем выше, чем большей разрядностью обладает аналого-цифровой преобразователь.
2. Принцип работы экспериментального образца солнечного датчика Работа щелевого солнечного датчика основывается на принципе преобразования солнечного света в электрический ток при помощи фотоэлектрических преобразователей, которые размещены в корпусе датчика таким образом, что солнечный свет, попадающий в корпус через щелевые отверстия, засвечивает соответствующие фотоэлектрические преобразователи. Вследствие определенной формы фотоэлектрических преобразователей (рисунок 1), их засветка происходит неравномерно при различных углах падения солнечного света, в результате чего они вырабатывают различные величины электрического тока, на основе чего возможно определить угол падения солнечного света и соответственно угловое положение Солнца. Рассмотрим более детально принцип работы ФЭПов, для этого приведем их вольт-амперные характеристики (рисунок 2) в зависимости от степени их освещенности.
жүктеу/скачать 35,33 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|