Инженерные технологии и системы, 2019, том 29, № 2

Научный журнал
Основан в январе 1990 г.
Выходит один раз в квартал

ISSN 2658-4123 (Print), 2658-6525 (Online)  

Vol. 29, no. 2. 2019

ИНЖЕНЕРНЫЕ

ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ

ENGINEERING 

TECHNOLOGIES AND SYSTEMS

DOI: 10.15507/2658-4123

Зарегистрирован в Федеральной службе по надзору в сфере связи,  

информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзоре), 

свидетельство ПИ № ФС77-74640 от 24.12.2018 г.

Подписной индекс в каталогах агентств «Роспечать» и «МК-Периодика» – 70539

Founder and Publisher ‒ 

Federal State 

Budgetary Educational 

Institution  

of Higher Education 
“National Research  
Ogarev Mordovia 
State University”

The previous name until beginning of 2019: 

Mordovia University Bulletin

Founder, Publisher and Editorial House address: 

68/1 Bolshevistskaya St., Saransk 430005, 

Republic of Mordovia, Russia

Tel/Fax: +7 8342 481424 

Индексируется и архивируется в Web of Science Core Collection (ESCI),  

Российском индексе научного цитирования (РИНЦ),  

а также EBSCO, SHERPA/RoMEO и ResearchBib 

Является членом Directory of Open Access Journals (DOAJ),  

Комитета по этике научных публикаций,  

Ассоциации научных редакторов и издателей (АНРИ) и CrossRef

Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть  

опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени  

кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (Перечень ВАК)

Адрес учредителя, издателя и редакции:

430005, Россия, Республика Мордовия, 
г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68/1

Тел./факс: +7 (8342) 48-14-24

Учредитель и издатель –  

федеральное государственное  
бюджетное образовательное  

учреждение высшего  

образования «Национальный  

исследовательский Мордовский  
государственный университет  

им. Н. П. Огарёва»

Предыдущее название (до 2019 года):  
Вестник Мордовского университета  

E-mail: vestnik_mrsu@mail.ru; http://vestnik.mrsu.ru

Scientific journal

Founded in January 1990

Issued quarterly

DOI: 10.15507/2658-4123.029.201902  

Том 29, № 2. 2019

© ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», 2019

16+

 Том 29, № 2. 2019
ИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ

Научный журнал «Инженерные технологии и системы» 

публикует оригинальные научные исследования, способствующие развитию науки 
в области инженерных систем и технологий. 

Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых 

должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, по 
научным специальностям и соответствующим им отраслям науки:

01.04.01 Приборы и методы экспериментальной физики
01.04.05 Оптика
01.04.13 Электрофизика, электрофизические установки
05.20.01 Технологии и средства механизации сельского хозяйства
05.20.02 Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве
05.20.03 Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве
Редакция журнала осуществляет научное рецензирование (двустороннее 

слепое) всех поступающих в редакцию статей с целью экспертной оценки. Все 
рецензенты являются признанными специалистами по тематике рецензируемых 
материалов. Рецензии хранятся в издательстве и редакции в течение 5 лет. Редакция журнала направляет копии рецензий авторам представленных материалов 
и в Министерство образования и науки Российской Федерации при поступлении 
соответствующего запроса.

Журнал индексируется и архивируется в базах данных:

Web of Science Core Collection (ESCI)

Российском индексе научного цитирования (РИНЦ)

EBSCO

ResearchBib

SHERPA/RoMEO

Журнал является членом Open Access Scholarly Publishers Association (OASPA), 

Directory of Open Access Journals (DOAJ), Комитета по этике научных 

публикаций, Ассоциации научных редакторов и издателей (АНРИ), CrossRef 

и международного сообщества рецензентов Publons 

Материалы журнала доступны по лицензии Creative Commons «Attribution»  

(«Атрибуция») 4.0 Всемирная

Vol. 29, no. 2. 2019
ENGINEERING TECHNOLOGIES AND SYSTEMS

“Engineering Technologies and Systems” Journal 

accepts unpublished earlier original research results promoting the development of 
science in the field of engineering system and technologies.

The journal is included in the List of the leading peer-reviewed scientific 

journals and publications, where basic scientific results of dissertations for the 
degree of Doctor and Candidate of sciences should be published for scientific 
specialties and branches of science:

Instruments and Methods of Experimental Physics
Optics
Electrophysics, Electrophysical Installations
Technologies and Means of Agricultural Mechanization
Electrotechnologies and Electrical Equipment in Agriculture
Technologies and Means of Maintenance in Agriculture
To provide complex expert evaluation, all manuscripts undergo “double
blind” review. All reviewers are acknowledged experts in the areas they are responsible for. Reviews are stored in the publishing house and publishing office 
during five years. 

The Editorial staff sends copies of reviews to the authors of the accepted 

materials and to the Ministry of Science and Higher Education of the Russian 
Federation when requested. 

The journal is indexed and archived by databases:

Web of Science Core Collection (ESCI)

Russian Index of Sienctific Citations

EBSCO

ResearchBib

SHERPA/RoMEO

The journal is a member of Open Access Scholarly Publishers Association (OASPA), 

Directory of Open Access Journals (DOAJ), Committee on Publication Ethics, 

Association of Scientific Editors and Publishers (ASEP), CrossRef  

and the international community of reviewers Publons

All the materials of the “Engineering Technologies and Systems” journal are available 

under Creative Commons “Attribution” 4.0 license

 Том 29, № 2. 2019
ИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ

Вдовин Сергей Михайлович – главный редактор, ректор, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», 

кандидат экономических наук, доцент, ORCID: 0000-0001-7363-1389, rector@mrsu.ru (Саранск, Россия)
Сенин Петр Васильевич – заместитель главного редактора, проректор по научной работе,  

ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», доктор технических наук, профессор,  
ORCID: 0000-0003-3400-7780, vice-rector-innov@adm.mrsu.ru (Саранск, Россия)

Гордина Светлана Викторовна – ответственный секретарь, член Европейской ассоциации 

научных редакторов (EASE), кандидат педагогических наук, ORCID: 0000-0003-2265-418X,  

vestnik_mrsu@mail.ru (Саранск, Россия)

Аллахвердиев Сурхай Рагим оглы – академик Российской Академии Естествознания, профессор 

кафедры лесной индустрии, Бартынский государственный университет, профессор кафедры 
экологии и природопользования, ФГБОУ ВО «Московский педагогический государственный 

университет», доктор биологических наук, профессор (Бартын, Турция)

Булгаков Алексей Григорьевич – профессор Института строительного дела, Дрезденский  

технический университет, доктор технических наук, профессор (Дрезден, Германия) 
Димитров Валерий Петрович – декан факультета приборостроения и технического 

регулирования, ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет», доктор 

технических наук, профессор, ORCID: 0000-0003-1439-1674 (Ростов-на-Дону, Россия)

Ерофеев Владимир Трофимович – академик Российской академии архитектуры  
и строительных наук, декан архитектурно-строительного факультета, ФГБОУ ВО  
«МГУ им. Н. П. Огарёва», доктор технических наук, профессор (Саранск, Россия)

Железникова Ольга Евгеньевна – директор Института электроники и светотехники,  

ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», кандидат технических наук, доцент (Саранск, Россия)

Игумнов Леонид Александрович – директор Научно-исследовательского института механики, 

заведующий кафедрой теоретической, компьютерной и экспериментальной механики,  

ФГАОУ ВО «Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского», доктор 

физико-математических наук, профессор (Нижний Новгород, Россия)

Кечемайкин Владимир Николаевич – директор Рузаевского института машиностроения,  

ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», кандидат экономических наук (Саранск, Россия)
Котин Александр Владимирович – заведующий кафедрой механизации переработки 

сельскохозяйственной продукции, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»,  

доктор технических наук, профессор, ORCID: 0000-0003-0078-1866 (Саранск, Россия)

Кусмарцев Федор Васильевич – декан физического факультета, Университет Лафборо,  

кандидат физико-математических наук (Лафборо, Великобритания)

Маргулис Виктор Александрович – заведующий кафедрой теоретической физики, ФГБОУ ВО  

«МГУ им. Н. П. Огарёва», доктор физико-математических наук, профессор,  

ORCID: 0000-0001-6281-9714, margulisva@mrsu.ru (Саранск, Россия)

Микаева Светлана Анатольевна – профессор кафедры ПР-4 «Электротехника и электроника», ФГБОУ ВО 
«Московский технологический университет», доктор технических наук, профессор (Москва, Россия)

Нищев Константин Николаевич – директор Института физики и химии, ФГБОУ ВО  

«МГУ им. Н. П. Огарёва», кандидат физико-математических наук, доцент,  

ORCID: 0000-0001-7905-3700 (Саранск, Россия)

Прытков Юрий Николаевич – директор Аграрного института, ФГБОУ ВО «МГУ  
им. Н. П. Огарёва», доктор сельскохозяйственных наук, профессор (Саранск, Россия)

Рябочкина Полина Анатольевна – главный научный сотрудник лаборатории оптической 
спектроскопии лазерных материалов, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», доктор физико
математических наук, доцент, ORCID: 0000-0001-8503-8486 (Саранск, Россия)

Салем Абдель-Бадех Мохамед ‒ руководитель Исследовательских лабораторий в области 

искусственного интеллекта и знаний, профессор факультета компьютерных и информационных 

наук, университет «Ain Shams», доктор наук в области компьютерных технологий,  

заслуженный профессор (Каир, Египет)

Скрябин Владимир Александрович – профессор кафедры технологии машиностроения, 

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», доктор технических наук,  

ORCID: 0000-0001-7156-9198 (Пенза, Россия)

Чучаев Иван Иванович – декан факультета математики и информационных технологий, ФГБОУ ВО  

«МГУ им. Н. П. Огарёва», кандидат физико-математических наук, доцент (Саранск, Россия)

Шишелова Тамара Ильинична ‒ профессор кафедры физики, ФГБОУ ВО «Иркутский 
национальный исследовательский технический университет», доктор технических наук, 

профессор (Иркутск, Россия)

Ямашкин Анатолий Александрович – заведующий кафедрой землеустройства и ландшафтного 
планирования, ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», доктор географических наук, профессор (Саранск, Россия)

Vol. 29, no. 2. 2019
ENGINEERING TECHNOLOGIES AND SYSTEMS

EDITORIAL BOARD

Sergey M. Vdovin – Editor in Chief, Rector National Research Mordovia State University,  

Ph.D. (Economics), Associate Professor, ORCID: 0000-0001-7363-1389, rector@mrsu.ru (Saransk, Russia)
Petr V. Senin – Deputy Editor in Chief, Vice Rector for Science and Research, National Research 

Mordovia State University, D.Sc. (Engineering), Professor, ORCID: 0000-0003-3400-7780,  

vice-rector-innov@adm.mrsu.ru (Saransk, Russia)

Svetlana V. Gordina – Executive Editor, Member of European Association of Science Editors (EASE), 

Ph.D. (Pedagogy), ORCID: 0000-0003-2265-418X, vestnik_mrsu@mail.ru (Saransk, Russia)

Surhay Allahverdi – Academician of the Russian Academy of Natural Sciences, Head of Forest 

Industry Chair, Bartin University, Professor of Ecology and Nature Management Chair,  

Moscow Pedagogical State University, D.Sc. (Biology), Professor (Bartin, Turkey)

Aleksey G. Bulgakov – Professor of Faculty of Architecture, Dresden University of Technology,  

D.Sc. (Engineering), Professor (Dresden, Germany) 

Ivan I. Chuchayev – Dean of Mathematics and Information Technology Faculty, National Research 

Mordovia State University, Ph.D. (Phys.-Math.), Associate Professor (Saransk, Russia)
Valeriy V. Dimitrov – Dean of Device Manufacturing and Technical Regulation Faculty,  

Don State Technical University, D.Sc. (Engineering), Professor,  

ORCID: 0000-0003-1439-1674 (Russia, Rostov-on-Don)

Leonid A. Igumnov – Director of Research Institute of Mechanics, Head of Numerical Simulation  

of Theoretical, Computer and Experimental Mechanics Chair, Lobachevsky State University of Nizhniy 

Novgorod, D.Sc. (Phys.-Math.), Professor (Nizhniy Novgorod, Russia)

Vladimir N. Kechemaykin – Director of Ruzaevka Campus, National Research Mordovia State 

University, Ph.D. (Economics) (Saransk, Russia)

Aleksandr V. Kotin – Director of Institute of Mechanics and Energy, National Research Mordovia State 

University, D.Sc. (Engineering), Professor, ORCID: 0000-0003-0078-1866 (Saransk, Russia)

Fedor V. Kusmartsev – Dean of Institute of Physics, Loughborough University,  

Ph.D. (Phys.-Math.) (Loughborough, Great Britain)

Viktor A. Margulis – Head of Theoretical Physics Chair, National Research Mordovia State University, 

D.Sc. (Phys.-Math.), Professor, ORCID: 0000-0001-6281-9714,  

margulisva@mrsu.ru (Saransk, Russia)

Svetlana A. Mikayeva – Professor of Electrotechnics and Еlectronics Chair, Moscow Engineering 

University, D.Sc. (Engineering), Professor (Moscow, Russia)

Konstantin N. Nishchev – Director of Institute of Physics and Chemistry, National Research Mordovia State 

University, Ph.D. (Phys.-Math.), Associate Professor, ORCID: 0000-0001-7905-3700 (Saransk, Russia)

Yuriy N. Prytkov – Director of Institute of Agriculture, National Research Mordovia State University, 

D.Sc. (Agriculture), Professor (Saransk, Russia)

Polina A. Ryabochkina – Professor of Chair of General Physics, National Research Mordovia State 

University, D.Sc. (Phys.-Math.), Associate Professor, ORCID: 0000-0001-8503-8486 (Saransk, Russia)
Abdel-Badeeh M. Salem ‒ Head of Artificial Intelligence and Knowledge Engineering Research Labs, 

Professor of Faculty of Computer and Information Sciences, Ain Shams University,  

D.Sc. (Computer Science), Emeritus Professor (Cairo, Egypt)

Tamara I. Shishelova ‒ Professor of Physics Chair, Irkutsk National Research Technical University 

D.Sc. (Engineering), Scopus ID: 6507978465 (Irkutsk, Russia)

Vladimir A. Skryabin – Professor of Machine Engineering Technology Chair, Penza State University,  

D.Sc. (Engineering), ORCID: 0000-0001-7156-9198 (Penza, Russia)

Anatoliy A. Yamashkin – Head of Land Utilization and Landscape Design Chair, National Research 

Mordovia State University, D.Sc. (Geography), Professor (Saransk, Russia)

Vladimir T. Yerofeyev – Academician of the Russian Academy of Architecture and Construction 
Sciences, Dean of Architectural and Civil Engineering Faculty, National Research Mordovia State 

University, D.Sc. (Engineering), Professor (Saransk, Russia)

Olga Ye. Zheleznikova – Director of Institute of Electronics and Light Engineering, National Research 

Mordovia State University, Ph.D. (Engineering), Associate Professor (Saransk, Russia)

 Том 29, № 2. 2019
ИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ

СОДЕРЖАНИЕ

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Тарасов Е. М., Железнов Д. В., Васин Н. Н., Тарасова А. Е. Обеспечение  

инвариантности к возмущающим воздействиям в рельсовых линиях.............................................152

Чугунов М. В., Полунина И. Н., Попков М. А. Проектирование квадрокоптера на базе 

интегрированной модельной среды...................................................................................................169

Коржавина А. С., Князьков В. С. Метод умножения с масштабированием результата  

для высокоточных модулярно-позиционных интервально-логарифмических вычислений.............187

Волчихин В. И., Иванов А. И., Безяев А. В., Куприянов Е. Н. Нейросетевой анализ 

нормальности малых выборок биометрических данных с использованием хи-квадрат 
критерия и критериев Андерсона ‒ Дарлинга..................................................................................205

ФИЗИКА

Власенко В. Д., Иванов В. И., Аулов В. Ф., Коневцов Л. А., Мартынова Е. Г., Хасан И. Х. 

Моделирование температурного поля поверхности при электроискровом легировании металлов.....218

Юденков А. В., Володченков А. М., Юденкова М. А. Согласованные движения  

электронов на поверхности графена.................................................................................................234

ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ 

СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Сысуев В. А., Саитов В. Е., Фарафонов В. Г., Саитов А. В. Исследование параметров 

движения зерна в жидкости устройства для удаления спорыньи.....................................................248

Ашитко А. А., Гавриш Е. А., Несмиян А. Ю., Колесник Р. Ю. Технологические  

свойства растений редиса..................................................................................................................265

Белов М. И. Методика расчета длины резки растений кормоуборочными комбайнами: 

роторным и двойного измельчения...................................................................................................279

ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА ТЕХНИЧЕСКОГО 
ОБСЛУЖИВАНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Бышов Н. В., Успенский И. А., Алексеев В. В., Фадеев И. В. Изменение  

контактных углов смачивания при добавлении в моющие растворы  
поверхностно-активных веществ..........................................................................................................295

Беляков М. В. Фотолюминесцентный контроль спелости семян зерновых в процессе 

созревания...........................................................................................................................................306

Информация для авторов и читателей (на рус. яз.).............................................................320
Информация для авторов и читателей (на англ. яз.).........................................................322

http://vestnik.mrsu.ru
DOI: 10.15507/2658-4123.029.201902

ISSN Print 2658-4123

ISSN Online 2658-6525 

Vol. 29, no. 2. 2019
ENGINEERING TECHNOLOGIES AND SYSTEMS

http://vestnik.mrsu.ru
DOI: 10.15507/2658-4123.029.201902

CONTENTS

INFORMATION SYSTEMS

Tarasov Е. М., Zheleznov D. V., Vasin N. N., Tarasova А. Е. Providing Invariance  

to Disturbing Effects in Rail Lines...........................................................................................................152

Chugunov M. V., Polunina I. N., Popkov M. A. The Quadcopter Design Based  

on Integrated Model Environment........................................................................................................169

Korzhavina A. S., Knyazkov V. S. The Multiplication Method with Scaling the Result  

for High-Precision Residue Positional Interval Logarithmic Computations...........................................187

Volchikhin V. I., Ivanov A. I., Bezyaev A. V., Kupriyanov E. N. The Neural Network  

Analysis of Normality of Small Samples of Biometric Data through Using the Chi-Square Test  
and Anderson–Darling Criteria.............................................................................................................205

PHYSICS

Vlasenko V. D., Ivanov V. I., Aulov V. F., Konevtsov L. A., Martynova E. G.,  

Hasan I. H. Modelling the Temperature Field of a Surface in Using Electrospark Alloying of Metals......218

Yudenkov A. V., Volodchenkov A. M., Iudenkova M. A. Cooperative Motion  

of Electrons on the Graphene Surface..................................................................................................234

TECHNOLOGIES AND MEANS OF AGRICULTURAL 

MECHANIZATION

Sysuev V. A., Saitov V. E., Farafonov V. G., Saitov A. V. Investigation of Grain Movement 

Parameters in the Liquid of the Device for Removing Ergot..................................................................248

Ashitko A. A., Gavrish E. A., Nesmiyan A. Yu., Kolesnik R. Yu. Technological  

Properties of Radish............................................................................................................................265

Belov M. I. The Method of Calculating Cut Length for Flail and Double Chop  

Forage Harvesters................................................................................................................................279

TECHNOLOGIES AND MEANS OF MAINTENANCE 

IN AGRICULTURE

Byshov N. V., Uspensky I. A., Alekseev V. V., Fadeev I. V. Changing the Contact  

Wetting Angles when Adding Surface-Active Substances to Washing Solutions...................................295

Belyakov M. V. Photoluminescence Monitoring the Ripeness of Cereal Seeds  

during Ripening...................................................................................................................................306

Information for Authors and Readers of the Journal (in Russian)............................................320
Information for Authors and Readers of the Journal (in English)..............................................322

ISSN Print 2658-4123

ISSN Online 2658-6525

ИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ
 Том 29, № 2. 2019

Обеспечение инвариантности к возмущающим 
воздействиям в рельсовых линиях

Е. М. Тарасов1*, Д. В. Железнов1, Н. Н. Васин2,  
А. Е. Тарасова1

1ФГБОУ ВО «Самарский государственный университет 
путей сообщения» (г. Самара, Россия)
2ФГБОУ ВО «Поволжский государственный университет 
телекоммуникаций и информатики» (г. Самара, Россия)

*tarasov53em@yandex.ru

Введение. Системы интервального регулирования движения поездов эксплуатируются в условиях воздействия значительных индустриальных помех, помех от 
электротока тягового подвижного состава и изменений климатических условий 
в широких пределах, приводящих к колебаниям параметров элементов схем, что 
становится причиной появления внутренних возмущений. Колебания в широком диапазоне проводимости изоляции рельсовых линий относятся к основным внешним 
возмущениям, приводящим к изменению в большом диапазоне информативного 
параметра – напряжения на выходе рельсовых линий. В настоящее время известно множество способов и методов подавления возмущений, позволяющих, не ухудшая качество классификации, корректировать колебания информативного сигнала. 
В статье решается задача обеспечения нечувствительности выходного информативного сигнала к воздействию возмущения принципами координатной компенсации 
с корректирующим звеном.
Материалы и методы. Для решения поставленной задачи в статье рассмотрены различные методологии компенсации возмущений; в качестве основного принят метод 
координатной компенсации возмущений на входе четырехполюсника рельсовых 
линий. Для этого определено уравнение передаточной функции корректирующего 
звена, предполагающее косвенное измерение входного сопротивления рельсовых 
линий, являющегося функцией проводимости изоляции.
Результаты исследования. В статье приведены результаты исследования инвариантных возможностей, которыми обладает предложенный принцип компенсации 
возмущений. Показано, что при компенсации возмущений корректирующим звеном, включенным на входе четырехполюсника рельсовых линий, возможно существенное уменьшение диапазона изменения выходного информативного сигнала 
в каждом из классов, т. е. классы становятся более компактными, а качество классификации оказывается в 5 раз выше, чем при отсутствии компенсации возмущений.
Обсуждение и заключение. Результаты, полученные в ходе исследования, подтверждают эффективность предложенного способа координатной компенсации возмущений в рельсовых линиях с разомкнутой схемой замещения в условиях отсутствия 

УДК 656.259.12
DOI: 10.15507/2658-4123.029.201902.152-168

http://vestnik.mrsu.ru
ISSN Print 2658-4123

ISSN Online 2658-6525 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ /

INFORMATION SYSTEMS

© Тарасов Е. М., Железнов Д. В., Васин Н. Н., Тарасова А. Е., 2019 

 Контент доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License.
 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

Information systems

ENGINEERING TECHNOLOGIES AND SYSTEMS
Vol. 29, no. 2. 2019

возможности организации обратной связи, переменной схемы замещения в каждом 
из классов состояний и невозможности создания дополнительного физического канала передачи возмущения. Использование предложенного метода при построении 
современных классификаторов позволит существенно повысить устойчивость функционирования систем управления движением поездов, а также исключить ошибки 
первого рода, приводящие к непроизводительным простоям поездом, и ошибки второго рода, приводящие к авариям и крушениям.

Ключевые слова: инвариантность, рельсовая линия, корректирующее звено, моделирование, обратная связь, компенсация возмущений

Для цитирования: Обеспечение инвариантности к возмущающим воздействиям 
в рельсовых линиях / Е. М. Тарасов [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2019. 
Т. 29, № 2. С. 152–168. DOI: https://doi.org/10.15507/2658-4123.029.201902.152-168

Providing Invariance to Disturbing Effects  
in Rail Lines

Е. М. Tarasov1*, D. V. Zheleznov1, N. N. Vasin2,  
А. Е. Tarasova1

1Samara State Transport University (Samara, Russia)
2Povolzhskiy State University of Telecommunications 
and Informatics (Samara, Russia)

*tarasov53em@yandex.ru

Introduction. The time interval systems for controlling train movement operated under 
the influence of significant industrial disturbances, interference from the electric current 
of traction rolling stocks, and significant climate changes that result in fluctuations of parameters of circuit elements. These factors lead to the appearance of internal disturbances. 
The fluctuations in a wide range of the conductivity of rail lines insulation are the main 
external disturbances leading to considerable changes of the informative parameter, the 
voltage at the output end of the rail line. At present, there are many methods for suppressing disturbances, which allow correcting fluctuations in the informative signal without 
deteriorating the quality of classification. The article deals with the problem of providing 
insensitivity of the output informative signal to the influence of disturbance by principles 
of coordinate compensation with a correcting link.
Materials and Methods. To solve the problem, various methodologies of compensation 
for disturbances are considered in the paper; the method of coordinate compensation for 
disturbances at the input of a quadripole of rail lines is adopted as the main one. The 
equation of the transfer function of the correcting link is determined, assuming an indirect 
measurement of the input resistance of the rail line, which is a function of the conductivity 
of the insulation.
Results. The article presents the results of the research of the invariant capabilities of 
the disturbance compensation principle. It is shown that disturbances compensation with 
a corrective link included at the input of a quadripole allows one to significantly reduce the 
dynamic range of the output informative signal change in each of the classes, i.e. classes 
have become more compact, and the quality of classification has become 5 times higher 
than in the absence of compensation of disturbances.
Discussion and Conclusion. The results confirm the effectiveness of the proposed method 
for the coordinate compensation of disturbances in rail lines with an open circuit in the 
absence of the possibility for organizing feedback, a variable circuit in each of the classes 
of states, and the impossibility of creating a physical additional channel for the transmission 
of the disturbance. Using the proposed method in the construction of modern classifiers 
will significantly improve the stability of the functioning of train control systems; eliminate 
errors of the first kind, leading to unproductive idle train, and errors of the second kind, 
leading to accidents and crashes.

ИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ
 Том 29, № 2. 2019

Информационные системы

Keywords: invariance, rail line, correcting link, simulation, feedback, compensation of 
disturbances

For citation: Tarasov Е.М., Zheleznov D.V., Vasin N.N., Tarasova А.Е. Providing Invariance to Disturbing Effects in Rail Lines. Inzhenernyye tekhnologii i sistemy = Engineering 
Technologies and Systems. 2019; 29(2):152-168. DOI: https://doi.org/10.15507/26584123.029.201902.152-168

Введение
Информационной основой систем 

интервального регулирования движения 
поездов являются электрические рельсовые цепи (РЦ), входящие в состав 
классификаторов состояний рельсовых 
линий (РЛ). РЦ, являясь первичным датчиком информации о свободном, занятом 
и неисправном состояниях РЛ, создают 
информационную основу классификаторов. Поскольку РЦ функционируют 
в тяжелых индустриальных условиях, 
на них воздействуют значительные возмущения. По своему функциональному 
назначению классификаторы состояний 
при автоматизированном управлении 
движением поездов выполняют ответственную функцию: обеспечение безопасности движения поездов. Следовательно, к ним предъявляются высокие 
требования по безотказности и относительной устойчивости к внутренним 
и внешним воздействиям1.

В подавляющем большинстве прак- 

тических случаев построение систем 
автоматического управления не может 
быть осуществлено без учета влияния 
внешних воздействий2.

К внешним (по отношению к вну
треннему контуру системы автоматического управления) воздействиям относятся:

1) сигналы задания х(t) (задающие 

воздействия, сигналы опроса РЛ), определяющие желаемый характер изменения регулируемых переменных;

2) сигналы возмущения [1] ξ(t) (возму
щающие воздействия, внешние возмущения), характеризующие влияние на объ
ект управления внешней среды и, как 
правило, препятствующие достижению 
заданной цели управления. Сигналы задания и сигналы возмущения принципиально различны по их доступности 
прямым измерениям. На практике, как 
правило, внешние возмущения недоступны прямым измерениям и, кроме 
того, заранее известны только с точностью до определенной степени воздействия по статистическим характеристикам. Входные сигналы не только  
доступны прямым измерениям, но и часто генерируются специальными источниками питания.

К датчикам первичной информации 

о состоянии РЛ как нижнего уровня автоматического управления предъявляются высокие требования по обеспечению безошибочной классификации 
состояний: необходима достоверная 
классификация класса нормального 
режима при свободном и исправном 
состоянии РЛ, т. е. уровень напряжения на входе классификатора должен 
быть больше некоторого заранее определенного порога. В классе шунтового режима, при занятии поездом РЛ 
и исправном их состоянии, значение 
напряжения должно быть ниже заранее определенного порога (меньшего, 
чем в классе нормального режима). 
В классе контрольного режима, при 
свободных РЛ, но лопнувшем рельсе, 
напряжение должно быть также ниже 
порогового значения напряжения нормального режима.

Возмущающие воздействия оказы
вают большое влияние на выходной 

1 Скороходов Д. А. Безопасность и риски железнодорожного транспорта // Безопасность дви
жения поездов : тр. XII науч.-практ. конф. М. : МИИТ, 2011. 

2 Бобцов А. А., Никифоров В. О., Пыркин А. А. Адаптивное управление возмущенными 

системами : учеб. пособ. СПб. : Университет ИТМО, 2015. 126 с. URL: https://books.ifmo.ru/file/
pdf/1801.pdf

Information systems

ENGINEERING TECHNOLOGIES AND SYSTEMS
Vol. 29, no. 2. 2019

сигнал опроса РЛ [2] и приводят к пересечению классов состояний, поэтому 
с целью исключения влияния возмущений и повышения достоверности классификации 
необходимо 
разработать 

новый способ их компенсации принципами инвариантности в рельсовых линиях. Это усложняет выбор структуры 
устройства инвариантного контроля состояний РЛ, на которую влияют физические пределы и особенности3:

– достоверное распознавание состо
яний всех классов;

– необходимость раздельного распо- 

знавания трех основных классов состояний: свободного, занятого и контроля обрыва РЛ при воздействии значительных 
возмущений;

– невозможность создания физиче
ской обратной связи между концами РЛ 
участка контроля;

– индивидуальная схема замещения 

в каждом из режимов; 

– использование РЛ как единствен
ного канала телемеханической передачи информации от начала к концу РЛ;

– невозможность создания другого 

канала для компенсации возмущений.

С учетом ограничений к возму
щающим воздействиям инвариантное 
устройство, позволяющее раздельно 
классифицировать классы свободного, 
занятого и неисправного состояний, 
представляет 
собой 
классификатор, 

реализованный на основе существу- 
ющей РЦ. Она используется в качестве 
первичного датчика и дополнительных 
устройств, косвенно измеряющих воздействующие на РЛ возмущения и формирующих алгоритм функционирования.

Обзор литературы
Вопросу компенсации возмуща
ющих внешних воздействий и обеспечению инвариантности выходного 
сигнала посвящено множество исследований. Основоположниками теории 
инвариантности в России являются 
Г. В. Щипанов, Н. Н. Лузин, П. И. Кузнецов, Б. Н. Петров, В. С. Кулебакин, 
А. Ю. Ишлинский и другие ученые.

Проблемы достижения инвариант
ности рассматриваются детализировано в различных предметных областях. 
При этом обособленно рассматриваются пути достижения инвариантности 
к влиянию возмущающих факторов; 
методы изучения характеристик многопараметрических систем с распределенными параметрами (пример РЛ) или 
сосредоточенными параметрами [3]; 
способы отстройки от различных погрешностей и неточностей, препятствующих достижению желаемой характеристики выходного сигнала [4]. Также 
раздельно рассматриваются методики 
достижения квазиинвариантности до 
ε, при которой достигается локальный 
максимум инвариантности.

Проблему обеспечения инвариант
ности к возмущениям произвольного 
характера рассмотрел Г. А. Щипанов, 
показавший результативность данного 
подхода [5]. Далее теория инвариантности развита для достижения двухканальной инвариантности как обеспечение нечувствительности и к изменениям 
параметров объекта, и к внешним возмущениям4. В процессе решения задачи 
инвариантности к внешним возмущающим воздействиям возникли новые 
направления, такие как инвариантные 

3 Железнов Д. В., Исайчева А. Г., Тарасов Е. М. Принцип инвариантности в задачах контроля 

сопротивления рельсовых линий // Электрификация, развитие электроэнергетической инфраструктуры и электрического подвижного состава скоростного и высокоскоростного железнодорожного 
транспорта : мат-лы VIII Междунар. симпозиума. СПб. : ПГУПС, 2015. С. 178–184. URL: http://
catalog.viniti.ru/srch_result.aspx?IRL=FETCH+QUERY%3d2440618+OBJ%3d016m9qv6+STYLE%3d
Full1&TYP=FULL1

4 Принципы инвариантности в измерительной технике / Б. Н. Петров [и др.] // М. : Наука, 

1976. 243 с.

ИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ
 Том 29, № 2. 2019

Информационные системы

системы с самонастройкой и инвариантные системы с предельной точностью 
до ε [6; 7]. В основном использование 
принципа инвариантности предполагает 
дополнительное прямое или косвенное 
измерение наиболее сильно влияющего 
возмущающего воздействия, относительно которого достигается качество регулирования. Показано [8], что 
компенсация влияния возмущения на 
регулируемую величину возможна посредством введения в схему вспомогательного корректирующего сигнала 
на вход звена коррекции с выхода компенсирующего устройства соответству- 
ющей структуры.

Если рассматривать задачу компен
сации внешних воздействий мультисинусоидального характера, то она пре- 
вращается в классическую проблему 
современной теории управления5 [9]. 
Здесь основным подходом является 
использование концепции внутренней 
модели системы6 [10], которая в дальнейшем расширена для компенсации неопределенного параметрического возмущающего воздействия7 [11–13]. Однако  
характер изменения и тренд возмуща- 
ющего воздействия – изменения проводимости изоляции РЛ – неизвестен, и это 
является ограничением на применение 
рассмотренных принципов компенсации 
возмущений. 

Еще одним способом компенсации 

возмущений является применение сильной обратной связи8 [14] и управление 
с обратной связью. Для этого формируется структура модели с обратной 
связью, и по ней создается модель с переменными параметрами9. При этом параметры модели непрерывно перестра
иваются в процессе поступления новых 
данных об изменениях объекта. По новой скорректированной модели воздействия определяются и передаются на 
объект управления. Несмотря на при-
влекательность, такие методы затруднительно применять к компенсации 
возмущений в РЛ с распределенными 
параметрами, т. к. невозможно организовать обратную связь из-за значительной протяженности участков контроля, 
достигающих 2,0–2,5 км.

А. А. Пыркиным, А. А. Бобцовым 

и С. А. Колюбиным [15] описан подход, 
использующий способ комбинированного управления с прямыми связями 
по оценке управляющего воздействия, 
но колебание его качества компенсации 
при наличии ограничений на управляющее воздействие является существенным недостатком. А. Р. Гайдук [16] для 
решения задачи полной компенсации 
внешних возмущений на ошибку выходного сигнала системы предложил 
использовать свойство селективной инвариантности и принцип управления по 
выходу и возмущениям. Другие авторы 
[17] предложили три различных варианта компенсации возмущающего внешнего воздействия при условии наличия 
запаздывания по управлению. Сначала 
рассмотрена линейная система компенсации возмущающего внешнего воздействия на состояния объекта управления. 
Далее описаны синтез системы управления для систем с нелинейностью 
особого вида и последняя задача для 
двухканальной системы со связями, 
перекрестными по выходу. Предложенный авторами принцип обобщается 
на случай несогласованности входов 

5 Ведяков А. А., Пыркин А. А., Бобцов А. А. Адаптивные системы стабилизации и слеже
ния для объектов управления с запаздыванием : учеб. пособ. СПб. : Университет ИТМО, 2016. 
129 с. URL: https://books.ifmo.ru/book/1959/adaptivnye_sistemy_stabilizacii_i_slezheniya_dlya_obektov_
upravleniya_s_zapazdyvaniem._uchebnoe_posobie.htm

6 Никифоров В. О. Адаптивное и робастное управление с компенсацией возмущений. СПб. : 

Наука, 2003. 282 с. URL: http://www.ipme.ru/ipme/labs/ccs/abstracts/book03r.html

7 Там же.
8 Там же; Мирошник И. В., Никифоров В. О., Фрадков А. Л. Нелинейное и адаптивное 

управление сложными динамическими системами. СПб. : Наука, 2000. 549 с.

9 Рубан А. И. Адаптивные системы управления с идентификацией. Красноярск : CФУ, 2015. 140 с.