Backstepping — methods of synthesis of nonlinear control

В данной работе описан метод бэкстеппинг (backstepping), который использовался при синтезе систем управления для нелинейных объектов управления первого и второго порядков. Объект первого порядка имеет сложное математическое описание, которое трудно линеаризовать. Объект второго порядка раскрывает весь алгоритм метода бэкстеппинг. В основе этого метода лежит критерий устойчивости по Ляпунову. Суть метода состоит в последовательном обходе каждого интегратора системы, путем добавления отрицательной обратной связи. После обхода всех интеграторов выводится закон управления для исходного объекта. При создании системы управления таким способом перед разработчиком встает задача выбора функции Ляпунова и выбора коэффициентов полученного регулятора. Бэкстеппинг дает ощутимое преимущество по времени при синтезе управления, так как не требует линеаризации объекта. Проведено математическое моделирование полученных систем управления и доказана работоспособность метода.This article describes the method bekstepping, which was used to synthesis of control systems for nonlinear control objects first and second order. The object of the first order has a complex mathematical description, which is difficult to be linearized. The object of the second order reveals the whole algorithm method bekstepping. The basis of this method is the Lyapunov stability criterion. The method consists in the sequential approach of each system integrator, by adding negative feedback. After it we will get control law for the original object. When you create a control system in such a way before the developer gets the task of choosing the Lyapunov function and choice of the coefficients obtained regulator. Bakstepping gives a significant advantage in the synthesis of control, because it does not require linearization. The mathematical modeling of control systems was obtained and proven performance of the method

Wärmeleitung durch Schlackenschichten

The study demonstrates the systematic investigation of thermophysical properties of synthetic slags and commercial mold fluxes in a wide temperature range. Focal points of the work are (i) the development and the construction of the transient hot-wire method for the thermal conductivity measurement of solid and molten slags and (ii) the investigation of the thermal conductivity of all layers of casting powders being in the mold. The work includes viscosity, density and surface tension measurements as well as the investigation of characteristic temperatures. The crystallization behavior of mold fluxes was characterized using a SHTT/DHTT (single hot and double hot thermocouple technique). The study discusses the temperature dependence, the influence of the basicity and the non-bridging oxygen per tetrahedra (NBO/T) on the slag properties. The novelty of the work is the systematic characterization of properties of two commercial mold fluxes and the thermal conductivity measurement in the glass transition temperature range

Hyperbolic metamaterial lens with hydrodynamic nonlocal response

We investigate the effects of hydrodynamic nonlocal response in hyperbolic metamaterials (HMMs), focusing on the experimentally realizable parameter regime where unit cells are much smaller than an optical wavelength but much larger than the wavelengths of the longitudinal pressure waves of the free-electron plasma in the metal constituents. We derive the nonlocal corrections to the effective material parameters analytically, and illustrate the noticeable nonlocal effects on the dispersion curves numerically. As an application, we find that the focusing characteristics of a HMM lens in the local-response approximation and in the hydrodynamic Drude model can differ considerably. Interestingly, sometimes the nonlocal theory predicts significantly better focusing. Thus, to detect whether nonlocal response is at work in a hyperbolic metamaterial, we propose to measure the near-field distribution of a hyperbolic metamaterial lens.Comment: 10 pages, 5 figure

Автоматизация мониторинга дорожного движения с помощью компьютерного зрения

The objective of the article is to describe application of computer vision and artificial intelligence technologies for solving the problems of road infrastructure design.The article evaluates the traditional methods of quantitative and qualitative analysis of traffic flows in terms of labour intensity and accuracy using the method of comparative analysis, the advantages and disadvantages of the considered methods are indicated. A new method of traffic flow analysis using unmanned aerial vehicles and computer vision technology based on convolutional neural networks is proposed. The considered method makes it possible to fully automate collection and analysis of data on traffic flows. The article describes the first application of the proposed method when performing transport and economic surveys within the framework of the design of «Northern bypass of the city of Perm». The advantages of the applied method in relation to the traditional ones are described. To implement this project, software was developed for analysing traffic flows using video materials.Further, traffic monitoring is considered, its goals and objectives are described, the necessary functionality of the road traffic monitoring automation system is indicated, the traffic parameters that it should determine are listed. The methodology for implementation of an automated traffic monitoring system based on video materials on a section of the road is considered.A presented project of a traffic monitoring system makes it possible to extend the previously considered approach to the entire road network. Technologies are described that make it possible to implement this system based on video analytics of materials from CCTV cameras. A method for vehicle re-identification is proposed, and the implementation of this method is demonstrated. The method allows building a correspondence matrix of vehicles recorded by CCTV cameras located on different segments of the road network, as well as determining all traffic parameters for the entire street and road network.The conclusions outline the prospects for development of the developed software in terms of application in intelligent transport systems.Целью статьи является описание практического применения технологий компьютерного зрения и искусственного интеллекта для решения задач проектирования дорожной инфраструктуры.В статье методом сравнительного анализа оцениваются традиционные способы количественного и качественного анализа транспортных потоков по показателям трудоёмкости и точности, указаны преимущества и недостатки рассмотренных способов. Предложен новый метод анализа транспортного потока, основанный на применении беспилотных летательных аппаратов и технологии компьютерного зрения на базе свёрточных нейронных сетей. Рассмотренный метод позволяет полностью автоматизировать сбор и анализ данных о транспортных потоках. В статье описывается первое применение предложенного метода при выполнении транспортно-экономических изысканий в рамках проектирования объекта «Северный обход г. Перми». Описаны преимущества применённого метода по отношению к традиционным.Для реализации данного проекта было разработано программное обеспечение для анализа транспортных потоков по видеоматериалам. В статье рассматривается мониторинг дорожного движения, описаны его цели, задачи, указан необходимый функционал системы автоматизации мониторинга дорожного движения, перечислены параметры дорожного движения, которые она должна определять. Рассматривается методология реализации автоматизированной системы мониторинга дорожного движения по видеоматериалам на одном участке дороги.Представлен проект системы мониторинга дорожного движения, позволяющий расширить рассмотренный ранее подход на всю улично-дорожную сеть. Описаны технологии, позволяющие реализовать данную систему на основе видеоаналитики материалов с камер видеонаблюдения. Предложен метод реидентификации автомобиля, продемонстрирована реализация данного метода. Метод позволяет строить матрицу корреспонденции автомобилей, зафиксированных на камерах видеонаблюдения, расположенных на разных участках дорожной сети, а также определять все параметры дорожного движения для всей УДС.В выводах обозначаются перспективы развития разработанного программного обеспечения с точки зрения применения в интеллектуальных транспортных системах

Психолінгвістичні механізми емоційної регуляції навчальної діяльності

The purpose of the research is aimedat revealing the leading psycholinguistic mechanismscharacterising the relationship between thinkingand speaking actions and motivational and emotionalmanifestations in the process of emotion regulationof an individual’s educational activity. The researchobjects are psycholinguistic features of thinkingand speaking actions and motivational manifestationsin the cognitive activity of an individual. Theresearch subjects are psycholinguistic mechanismsof the interaction between thinking and speakingactions and motivational and emotional manifestationsin the conception of emotion regulation of educationalactivity. Results. It was revealed that motivationaland goal-oriented components as well as emotional experiences that accompany and regulate thisprocess play an important role in the manifestationof psycholinguistic mechanisms of thinking and speakingactions of an individual in various types of cognitiveactivity. Certain features of their interaction werefound, taking into account different phases of cognitiveactivity. The characteristics of psycholinguisticmechanisms in cognitive activity, which served asthe basis for the analysis of emotion regulationof educational activity at the levels of searching forgeneralized thinking and speaking actions alongsidesolving educational tasks aimed at the developmentof students’ theoretical thinking, were described.A complex of emotional and communicative methodsand tasks that ensure emotion regulation were given.Discussion and conclusions. A list of simple emotionsand complex cognitive emotional-sensory experienceswhich accompany speaking and thinking actionsand perform various functions taking into accountthe development of the process targeted to solvingan educational task (surprise, curiosity, inquisitiveness,joy, satisfaction, guesswork, interest, disappointment,indifference, etc.) was compiled. It was shown thatsurprise and curiosity are important at the first stage;curiosity and inquisitiveness – at the second stage;interest and joy – at the third stage. The leading emotionprovokingsituations (emotional triggers) and effectswhich can be most favourable at each of the stageswere given (“brightness” and “unexpectedness”to create the effect of “novelty” – at the first stage;“dramatization” to create the “empathy” effect –at the second stage; “complications”, “encouragement”and other ones to create the “inspiration”effect – at the third stage). A conceptual modelof psycholinguistic mechanisms of the interactionof motives, experiences and intellectual-speech actionsof emotion regulation of educational activity was built,taking into account the stages of its deployment whensolving an educational task.Мета дослідження спрямована на розкриття провідних психолінгвістичних механізмів, що характеризують взаємозв’язок мисленнєво-мовленнєвих та мотиваційно-почуттєвих проявів у процесіемоційної регуляції навчальної діяльності особистості. Об’єктом дослідження є психолінгвістичні особливості мисленнєво-мовленнєвих дійта мотиваційних проявів у пізнавальній діяльностіособистості. Предмет дослідження – психолінгвістичні механізми взаємодії мисленнєво-мовленнєвих дій та мотиваційно-почуттєвих проявів у концепції емоційної регуляції навчальної діяльності.Результати. Розкрито, що в прояві психолінгвістичних механізмів мисленнєво-мовленнєвих дій особистості в різних видах пізнавальної діяльності важливу роль відіграє мотиваційно-цільовий компонент, а також емоційні переживання,що супроводжують та регулюють цей процес.Виокремлено особливості взаємодії з урахуванням різних фаз пізнавальної діяльності. Описанахарактеристика психолінгвістичних механізміву пізнавальній діяльності, що виступила основоюдля аналізування емоційної регуляції навчальноїдіяльності на рівні пошуку узагальнених мисленнєвомовленнєвих дій, вирішення учбової задачідля формування теоретичного мислення в учнів.Представлено комплекс емоційно-комунікативних методів та вправ, що забезпечують емоційнурегуляцію. Дискусія і висновки. Виділено перелік простих емоцій і складних пізнавальних емоційно-почуттєвих переживань, що супроводжують мовленнєво-мисленнєві дії та виконуютьрізні функції з урахуванням розгортання процесурішення учбової задачі (здивування, цікавість,допитливість, радість, задоволення, здогадка, інтерес, розчарування, байдужість та ін.). Показано,що на першому етапі важливими є – здивування,цікавість; на другому – цікавість, допитливість; натретьому – інтерес, радість. Представлені провідніемоціогенні ситуації та ефекти, що можуть бутинайбільш сприятливі на кожному з них (“яскравість” та “несподіваність” для створення ефекту“новизни” – на першому етапі; “драматизації” длястворення ефекту “співпереживання” – на другомуетапі; “ускладнень”, “заохочень” та інших для створення ефекту “наснаги” – на третьому етапі). Побудовано концептуальну модель психолінгвістичнихмеханізмів взаємодії мотивів, переживань та інтелектуально-мовленнєвих дій емоційної регуляціїнавчальної діяльності з урахуванням етапів її розгортання при вирішенні учбової задачі

Multi-Objective Population Based Training

Population Based Training (PBT) is an efficient hyperparameter optimization algorithm. PBT is a single-objective algorithm, but many real-world hyperparameter optimization problems involve two or more conflicting objectives. In this work, we therefore introduce a multi-objective version of PBT, MO-PBT. Our experiments on diverse multi-objective hyperparameter optimization problems (Precision/Recall, Accuracy/Fairness, Accuracy/Adversarial Robustness) show that MO-PBT outperforms random search, single-objective PBT, and the state-of-the-art multi-objective hyperparameter optimization algorithm MO-ASHA

Shrink-Perturb Improves Architecture Mixing during Population Based Training for Neural Architecture Search

In this work, we show that simultaneously training and mixing neural networks is a promising way to conduct Neural Architecture Search (NAS). For hyperparameter optimization, reusing the partially trained weights allows for efficient search, as was previously demonstrated by the Population Based Training (PBT) algorithm. We propose PBT-NAS, an adaptation of PBT to NAS where architectures are improved during training by replacing poorly-performing networks in a population with the result of mixing well-performing ones and inheriting the weights using the shrink-perturb technique. After PBT-NAS terminates, the created networks can be directly used without retraining. PBT-NAS is highly parallelizable and effective: on challenging tasks (image generation and reinforcement learning) PBT-NAS achieves superior performance compared to baselines (random search and mutation-based PBT).Comment: 10 pages, 7 figures. Accepted at ECAI 202

Methodology for Development of a 600-Year Tree-Ring Multi-Element Record for Larch from the Taymir Peninsula, Russia

We developed a long (600-year) dataset for the concentrations of 26 elements in tree rings of larch from the Taymir Peninsula, the northernmost region in the world (ca. 72°N) where trees grow. Tree rings corresponding to the time period from 1300 to 1900 A.D. were studied. Eleven wood strips, each from a different larch tree, were cut into ca. 100 mg samples usually consisting of ten consecutive tree rings (but occasionally five). Between 19 and 40 consecutive samples resulted from each tree, yielding a total of 277 samples. The replication of each time interval ranged from three (for periods 1300-1400 A.D. and 1600-1700 A.D.) to six (for 1450-1600 A.D.). Wood samples were digested with concentrated HNO 3 for measurement of Li, B, Na, Mg, Al, Si, P, Cl, K, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, I, Ba, La, Ce, Nd, W, Au, Pb, Bi, Th, and U using solution Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICPMS). Fourteen elements (V, Co, As, Y, Nb, Mo, Sb, La, Ce, Nd, W, Au, Th, and U) with extremely low concentrations were eliminated from consideration as unreliable. Here we report our sample preparation and measurement procedure, as well as the observed concentrations in tree rings, emphasizing considerations for developing representative and reliable denrodochemical datasets.Нами был получен длительный массив данных (600 лет) концентраций 26 элементов в годичных кольцах лиственницы с полуострова Таймыр, самого северного региона в мире (около 72° с.ш.), где возможен рост деревьев. Изучались годичные кольца, соответствующие промежутку времени с 1300 по 1900 год н.э. Одиннадцать древесных выпилов, по одному для каждой лиственницы, нарезались на образцы массой около 100 мг, которые, как правило, состояли из десяти годичных колец (но в некоторых случаях из пяти). Из каждого дерева было получено от 19 до 40 последовательных образцов, что дало в общей сложности 277 образцов. Повторность для каждого временного интервала варьировала от трех (для периодов 1300-1400 г.н.э. и 1600-1700 г.н.э.) до шести (для периода 1450-1600 г.н.э.). Древесные образцы растворяли в концентрированной HNO 3 для последующего измерения Li, B, Na, Mg, Al, Si, P, Cl, K, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, I, Ba, La, Ce, Nd, W, Au, Pb, Bi, Th и U при помощи масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) для растворов. Четырнадцать элементов (V, Co, As, Y, Nb, Mo, Sb, La, Ce, Nd, W, Au, Th и U) с очень низкими концентрациями были исключены из рассмотрения как недостоверные. В данной статье, основной целью которой являлась отработка методики получения репрезентативных и достоверных дендрохимических данных, приводится использованная нами процедура пробоподготовки и измерений, а также полученные концентрации в годичных кольцах