EIRNUZP – Електронний інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка»
Інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка» – це електронний архів, що накопичує, систематизує, зберігає та забезпечує довготривалий відкритий доступ до електронних публікацій та електронних версій документів наукового та навчально-методичного призначення, авторами яких є співробітники, аспіранти, докторанти та студенти Національного університету «Запорізька політехніка».
Communities in DSpace
Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
Face recognition using the ten-variate prediction ellipsoid for normalized data based on the Box-Cox transformation
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Prykhodko, S. B.; Trukhov, A. S.; Приходько, С. Б.; Трухов, А. С.
UK: Context. Face recognition, which is one of the tasks of pattern recognition, plays an important role in the modern information world and is widely used in various fields, including security systems, access control, etc. This makes it an important tool for security and personalization. However, the low probability of identifying a person by face can have negative consequences, so there is a need for the development and improvement of face recognition methods. The object of research is the face recognition process. The subject of the research is a mathematical model for face recognition.
One of the frequently used methods of pattern recognition is the construction of decision rules based on the prediction ellipsoid. An important limitation of its application is the need to fulfill the assumption of a multivariate normal distribution of data. However, in many cases, the multivariate distribution of real data may deviate from normal, which leads to a decrease in the probability of recognition. Therefore, there is a need to improve mathematical models that would take into account the specified deviation.
The objective of the work is to increase the probability of face recognition by constructing a ten-variate prediction ellipsoid for data normalized by the Box-Cox transformation.
Method. Application of the Mardia test to test the deviation of a multivariate distribution of data from normality. Building decision rules for face recognition using a ten-variate prediction ellipsoid for data normalized based on the Box-Cox transformation. Obtaining estimates of the parameters of the univariate and ten-variate Box-Cox transformations using the maximum likelihood method.
Results. A comparison of the results of face recognition using decision rules, which were built using a ten-variate ellipsoid of prediction for data normalized by various transformations, was carried out. In comparison with the use of univariate normalizing transformations (decimal logarithm and Box-Cox) and the absence of normalization, the use of the ten-variate Box-Cox transformation leads to an increase in the probability of face recognition.
Conclusions. For face recognition, a mathematical model in the form of a ten-variate prediction ellipsoid for data normalized using the multivariate Box-Cox transformation has been improved, which allows to increase in the probability of recognition in comparison with the use of corresponding models that are built either without normalization or with the use of univariate normalizing transformations. It was found that a mathematical model built for normalized data using a multivariate Box-Cox transformation has a higher probability of recognition since univariate transformations neglect the correlation between geometric features of the face.
UK: Актуальність. Розпізнавання обличчя, яке є одним із завдань розпізнавання образів, відіграє важливу роль у сучасному інформаційному світі та знаходить широке застосування в різних галузях, включаючи системи безпеки, управління доступом та ін. Це робить його важливим інструментом для забезпечення безпеки та персоналізації. Однак низька ймовірність ідентифікації особи за обличчям може мати негативні наслідки, тому існує потреба в розробці та вдосконаленні методів розпізнавання обличчя. Об’єктом дослідження є процес розпізнавання обличчя. Предметом дослідження є математична модель для розпізнавання обличчя.
Один з часто використовуваних методів розпізнавання образів полягає в побудові правил прийняття рішень на основі еліпсоїда прогнозування. Важливим обмеженням його застосування є необхідність виконання припущення про багатовимірний нормальний розподіл даних. Однак у багатьох випадках багатовимірний розподіл реальних даних може відхилятися від нормального, що призводить до зниження ймовірності розпізнавання. Тому виникає необхідність удосконалення математичних моделей, які враховували б зазначене відхилення.
Мета роботи полягає у підвищенні ймовірності розпізнавання обличчя шляхом побудови десятивимірного еліпсоїду прогнозування для нормалізованих за допомогою перетворення Бокса-Кокса даних.
Метод. Застосування тесту Мардіа для перевірки відхилення багатовимірного розподілу даних від нормального. Побудова правил прийняття рішень для розпізнавання обличчя за допомогою десятивимірного еліпсоїду прогнозування для нормалізованих на основі перетворення Бокса-Кокса даних. Отримання оцінок параметрів одновимірного та десятививимірного перетворень Бокса-Кокса за допомогою методу максимальної правдоподібності.
Результати. Здійснено порівняння результатів розпізнавання облич за допомогою правил прийняття рішень, які побудовані за допомогою десятивимірного еліпсоїду прогнозування для нормалізованих за різними перетвореннями даних. У порівнянні із застосуванням одновимірних нормалізуючих перетворень (десяткового логарифму та Бокса-Кокса) та у випадку відсутності нормалізації використання десятивимірного перетворення Бокса-Кокса призводить до збільшення ймовірності розпізнавання облич.
Висновки. Для розпізнавання обличчя удосконалено математичну модель у вигляді десятивимірного еліпсоїду прогнозування для нормалізованих за допомогою багатовимірного перетворення Бокса-Кокса даних, що дозволяє підвищити ймовірність розпізнавання у порівнянні із застосуванням відповідних моделей, які побудовані або без нормалізації, або із використанням одновимірних нормалізуючих перетворень. Досліджено, що математична модель, побудована для нормалізованих даних за допомогою багатовимірного перетворення Бокса-Кокса, має більшу ймовірність розпізнавання за рахунок того, що одновимірні перетворення нехтують кореляцією між геометричними ознаками обличчя.
Оптимізація параметрів пі-регулятора струму дуги засобами компьютерного моделювання
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Верещаго, Є. М.; Костюченко, В. І.; Джангиров, М. В.; Єременко, А. П.; Стогнієнко, Є .В; Vereshchago, Y. M.; Kostiuchenko, V. I.; Dzhanhyrov, M. V.; Yeremenko, A. P.; Stohniienko, Y. V.
UK: Мета роботи. Сформувати комп'ютерну модель перетворювача, що працює на плазмову дугу, та визначити оптимальні значення коефіцієнтів ПІ-регулятора струму, що забезпечує оптимальне перемикання між режимами його роботи та високу якість процесів керування. При цьому використовувати програмні засоби MATLAB / Simulink.
Методи дослідження. Метод комп'ютерного моделювання, метод поділу – оптимальної фільтрації та оптимального детермінованого керування та методи налаштування регуляторів.
Отримані результати. Сформовано багаторівневу модель, визначено значення параметрів налаштування ПІ-регулятора струму, при якому в перетворювачі постійного струму спостерігається оптимальне перемикання між режимами його роботи та висока якість процесів керування. Аналітичні методи визначення параметрів PI-регулятора не дозволяють отримати оптимальні налаштування, оскільки базуються на сильно спрощених моделях, але їх застосування є необхідним для отримання попередніх налаштувань, без яких точне налаштування може зайняти багато часу. Встановлено, що оптимальний регулятор надає оптимальну протидію збуренням на вході та виході об'єкта та компенсує зміни параметрів аналогічним чином. Система має задовільний перехідний процес при ненульових початкових умовах у відповідь на заданий еталонний вплив і на зміну заданої точки, має хороші характеристики стійкості та мало чутлива до збурень та змін параметрів об'єкта.
Наукова новизна. Запропоновано підхід до визначення безперервної лінійної моделі силового перетворювача електричної енергії та наведено оптимальний вибір параметрів налаштування регулятора його системи керування, що становлять основу побудови будь-якої системи електроживлення плазмотрона, при яких забезпечується задана точність регулювання та швидкодії.
Практична цінність. Запропонований принцип вирішення задачі визначення коефіцієнтів ПІ-регуляторів може бути застосований для різних динамічних об'єктів, опис яких допустимо за допомогою лінійних та диференціальних рівнянь. Представлені в роботі результати можуть бути використані для проектування імпульсних джерел живлення для електротехнологій.
EN: Purpose. To create a computer model of a plasma arc converter and determine the optimal values of the coefficients of the PI current regulator, which ensures optimal switching between its operating modes and high quality of control processes. In this case, use MATLAB / Simulink software tools Methodology. Computer simulation method, separation method – optimal filtering and optimal deterministic control and methods for adjusting regulators.
Findings. A multilevel model was formed, the values of the PI current regulator tuning parameters were determined, at which the DC-DC converter observes optimal switching between its operating modes and high quality of control processes. Analytical methods for determining the PI regulator parameters do not allow obtaining optimal settings, since they are based on highly simplified models, but their use is necessary to obtain preliminary settings, without which accurate tuning can take a long time. It was established that the optimal regulator provides optimal resistance to disturbances at the input and output of the object and compensates for changes in parameters in a similar way. The system has a satisfactory transient process under non-zero initial conditions in response to a given reference influence and to a change in the set point, has good stability characteristics and is not very sensitive to disturbances and changes in the parameters of the object.
Originality. An approach to determining a continuous linear model of a power converter of electrical energy is proposed and the optimal choice of parameters for setting the regulator of its control system is given, which form the basis for constructing any plasma torch power supply system, which ensures the specified accuracy of regulation and speed of operation.
Practical value. The proposed principle of solving the problem of determining the coefficients of PI regulators can be applied to various dynamic objects, the description of which is permissible using linear and differential equations.
The results presented in the work can be used for the design of pulsed power supplies for electrical technologies.
Using modular neural networks and machine learning with reinforcement learning to solve classification problems
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Leoshchenko, S. D.; Oliinyk, A. O.; Subbotin, S. A.; Kolpakova, T. O.; Леощенко, Сергій Дмитрович; Олійник, Андрій Олександрович; Субботін, Сергій Олександрович; Колпакова, ТетянаОлексіївна
EN: Context. The solution of the classification problem (including graphical data) based on the use of modular neural networks and modified machine learning methods with reinforcement for the synthesis of neuromodels that are characterized by a high level of accuracy is considered. The object of research is the process of synthesizing modular neural networks based on machine learning methods with reinforcement.
Objective is to develop a method for synthesizing modular neural networks based on machine learning methods with reinforcement, for constructing high-precision neuromodels for solving classification problems.
Method. A method for synthesizing modular neural networks based on a reinforcement machine learning approach is proposed. At the beginning, after initializing a system of modular neural networks built on the bottom-up principle, input data is provided – a training set of data from the sample and a hyperparameter to select the size of each module. The result of this method is a trained system of modular neural networks. The process starts with a single supergroup that contains all the categories of the data set. Then the network size is selected. The output matrix is softmax, similar to the trained network. After that, the average probability of softmax is used as a similarity indicator for group categories. If new child supergroups are formed, the module learns to classify between new supergroups. The training cycle of modular neural network modules is repeated until the training modules of all supergroups are completed. This method allows you to improve the accuracy of the resulting model.
Results. The developed method is implemented and investigated on the example of neuromodel synthesis based on a modular neural network for image classification, which can later be used as a model for technical diagnostics. Using the developed method significantly reduces the resource intensity of setting up hyperparameters.
Conclusions. The conducted experiments confirmed the operability of the proposed method of neuromodel synthesis for image classification and allow us to recommend it for use in practice in the synthesis of modular neural networks as a basis for classification models for further automation of tasks of technical diagnostics and image recognition using big data. Prospects for further research may lie in using the parallel capacities of GPU-based computing systems to organize directly modular neural networks based on them.
EN: Актуальність. Розглянуто вирішення задачі класифікації (в тому числі графічних даних) на основі використання модулярних нейронних мереж та модифікованих методів машинного навчання з підкріпленням для синтезу нейромоделей, які відрізняються високим рівнем точності роботи. Об’єктом дослідження є процес синтезу модулярних нейронних мереж на основі методів машинного навчання з підкріпленням.
Мета роботи полягає у розробці методу синтезу модулярних нейронних мереж на основі методів машинного навчання з підкріпленням, для побудови нейромоделей високої точності для розв’язання задач класифікації.
Метод. Запропоновано метод синтезу імпульсних нейронних мереж на основі еволюційного підходу. На початку, після ініціалізації системи модулярних нейронних мереж, що побудована за принципом знизу вгору, подаються вхідні дані – навчальний набір даних з вибірки і гіперпараметр, для вибору розміру кожного модуля. Результатом роботи методу є навчена система модулярних нейронних мереж. Процес починають з однієї супергрупи, яка містить усі категорії набору даних. Потім обирається розмір мережі. Вихідна матриця softmax, подібна для навченої мережі. Після чого середня ймовірність softmax використовується як показник подібності для групових категорій. Якщо формуються нові дочірні супергрупи, модуль навчається класифікації між новими супергрупами. Цикл навчання модулів модулярних нейронних мереж повторюється до тих пір, поки не будуть навчені модулі всіх супергруп. Метод дозволяє підвищити точність результуючої моделі.
Результати. Розроблений метод реалізовано та досліджено на прикладі синтезу нейромоделі на основі модулярної нейронної мережі для класифікації зображень, яка в подальшому зможе використовуватися у якості моделі для технічного діагностування. Використання розробленого методу значно знижує ресурсоємність налаштування гіперпараметрів.
Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого методу синтезу нейромоделі для класифікації зображень та дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при синтезі модулярних нейронних мереж у якості основи класифікаційних моделей для подальшої автоматизації задач технічного діагностування та розпізнавання образів з використанням великих даних. Перспективи подальших досліджень можуть полягати у використанні паралельних потужностей обчислювальних систем на базі GPU для організації на їх базі безпосередньо модульних нейромереж.
Дослідження характеру аварійних перехідних процесів у системах електропостачання підприємств
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Папаїка, Ю. А.; Лисенко, О. Г.; Малишко, М. М.; Буртний, Д. І.; Удовик, О. В.; Papaika, Yu. A.; Lysenko, O. G.; Malyshko, M. M.; Burtnyi, D. I.; Udovyk, O. V.
UK: Мета роботи. Дослідити характер аварійних перехідних процесів у системах електропостачання підприємств з метою виявлення основних причин виникнення аварійних ситуацій, виявити особливості протікання процесів, оцінити їх вплив на надійність систем електропостачання. Стаття ставить перед собою мету дослідження впливу режимів нейтралі на безпеку людини та дослідження методів контролю ізоляції мереж напругою 6 – 10 кВ для підвищення безпеки експлуатації електричних мереж підприємств.
Методи дослідження. Дослідження характеру аварійних перехідних процесів виконано шляхом статистичного аналізу з обробки даних про виникнення аварійних ситуацій на діючих підприємствах України та аналізу існуючих методів розрахунку, які наведено у науково – технічній літературі. Визначення основних причин та закономірностей розвитку процесів виконано шляхом аналізу аварійних процесів які виникають у мережах з ізольованою нейтраллю при однофазному "металевому" замиканні на землю на початкових стадіях аварійного режиму та в післяаварійному режимі.
Отримані результати. Результатом проведеного аналізу основних закономірностей перебігу аварійних перехідних процесів в системах електропостачання підприємств є визначення початкового характеру процесів у мережах з ізольованою нейтраллю під час однофазного замикання на землю та характеру процесів у післяаварійному режимі роботи. Також у статті виведено формули з розрахунку впливу режиму нейтралі на електробезпеку людини під час експлуатації розподільчих мереж. З метою підвищення надійності систем електропостачання та зниження ймовірності виникнення аварійних ситуацій у статті запропоновано метод контролю параметрів ізоляції електричних мереж напругою 6 – 10 кВ.
Наукова новизна. Визначення впливу сучасного обладнання на характер перебігу аварійних перехідних процесів, в тому числі з урахуванням нелінійного навантаження та вищих гармонік. Оцінка взаємозв’язку між параметрами перехідного процесу та надійності електропостачання, вплив аварійних режимів на технологічні процеси підприємства.
Практична цінність. Результат дослідження дає змогу проводити оцінку наслідків аварійних перехідних процесів у системах електропостачання підприємств, що веде до збільшення надійності систем електропостачання та покращенню умов безпеки праці на енергетичних об’єктах. Залежності впливу режиму нейтралі на електробезпеку при експлуатації розподільчих мереж.
EN: Purpose. To investigate the nature of emergency transient processes in power supply systems of enterprises in order to identify the main causes of emergency situations, identify the features of the processes, and assess their impact on the reliability of power supply systems. The article aims to study the impact of neutral modes on human safety and to study methods for controlling the insulation of networks with a voltage of 6–10 kV to improve the safety of operation of electrical networks of enterprises.
Methodology. The study of the nature of emergency transient processes was carried out through statistical analysis of data processing on the occurrence of emergency situations at operating enterprises of Ukraine and analysis of existing calculation methods given in the scientific and technical literature. The main causes and patterns of process development were determined by analyzing emergency processes that occur in networks with an isolated neutral during a single-phase "metal" ground fault at the initial stages of the emergency mode and in the post-emergency mode. Findings. The result of the analysis of the main patterns of the course of emergency transient processes in the power supply systems of enterprises is the determination of the initial nature of the processes in networks with an isolated neutral during a single-phase ground fault and the nature of the processes in the post-emergency operating mode. The article also derives formulas for calculating the neutral mode impact on human electrical safety during the operation of distribution networks. In order to increase the reliability of power supply systems and reduce the likelihood of emergency situations, the article proposes a method for controlling the insulation parameters of electrical networks with a voltage of 6 - 10 kV.
Originality. Determination of the modern equipment impact on the nature of emergency transients, including nonlinear load and higher harmonics. Evaluation of the relationship between the transient process parameters and the power supply reliability, the impact of emergency modes on the technological processes of the enterprise.
Practical value. The result of the study makes it possible to assess the consequences of emergency transients in the power supply systems of enterprises, which leads to an increase in the reliability of power supply systems and improvement of labor safety conditions at energy facilities. Study of the influence of the neutral mode on electrical safety during the operation of distribution networks.
Дослідження потокорозподілу в мікромережі з розосередженими джерелами електричної енергії
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Олійніченко, М. Ю.; Бялобржеський, О.В.; Постіл, А. О.; Oliynichenko, M. Y.; Bialobrzheskyi, O. V.; Postil, A. O.
UK: Мета роботи. Оцінка потокорозподілу мікромережі з автономними джерелами для виявлення впливу рівнів потужності на рівень частоти та напруги.
Методи дослідження. Проведений аналіз існуючих досліджень в галузі електроенергетики в частині задач керування потоками потужності мікромереж з автономними генеруючими установками малої та середньої потужності. В результаті аналізу встановлено що актуальним завданням є контроль та керування потоками активної та реактивної потужності в мікромережах для підтримки частоти та діючого значення напруги мікромережі на заданому рівні. Відзначено, що зазначене питання має певну складність зважаючи на нестабільність потоків первинної енергії альтернативних джерел, який може призвести як до дефіциту так і до надлишку енергії. На підставі теоретичних основ електротехніки, з використанням методів та прийомів використовуваних в розрахунках систем електропостачання на підставі структури системи електропостачання невеликого аграрного підприємства створено імітаційну модель з альтернативними джерелами електричної енергії.
Отримані результати. В пакеті візуального програмування Simulink/Matlab побудовано імітаційну модельяка дозволяє провести дослідження розподілу активної та реактивної потужності у вузлах мережі та контролювати зміни частоти та діючого значення напруги в них. В ході дослідженні поставлено декілька експериментів з певним розподілом активної та реактивної потужності між споживачами та генеруючими установками в мікромережі за умов паралельної та автономної роботи. В результаті проведення експерименту з відмиканням зовнішньої мережі, змінами рівня навантаження, відзначені більші коливання напруги та перерозподіл реактивної потужності між споживачами і генеруючими установками. Це явище викликано зокрема формування активної та реактивної потужностей у блоці динамічного навантаження, розрахунок в якому пов'язаний з базовим рівнем напруги та частоти.
Наукова новизна. В результаті узагальнення отриманих часових діаграм виявлено, що розрахунок активної та реактивної потужностей, як навантажень так і генеруючих установок необхідно виконувати з урахуванням поточного значення частоти та рівня напруги у вузлі спостереження відносно базових.
Практична цінність. Отримані результати слід приймати до уваги в ході реалізації систем керування автономними джерелами електричної енергії, а саме методів розрахунку поточних контрольованих значень активної та реактивної потужностей.
EN: Purpose. Assessment of power flow distribution in a microgrid with autonomous sources to identify the impact of power levels on frequency and voltage levels.
Methodology. The analysis of existing research in the field of electric power engineering has been conducted, focusing on the management of power flows in microgrids with autonomous small- and medium-capacity generating units. As a result of the analysis, it has been established that a relevant challenge is the control and management of active and reactive power flows in microgrids to maintain the frequency and effective voltage level at a predefined value. It has been noted that this issue presents certain complexities due to the instability of primary energy flows from alternative sources, which can lead to both energy shortages and surpluses. Based on the theoretical foundations of electrical engineering and utilizing methods and techniques commonly applied in power supply system calculations, a simulation model with alternative energy sources has been developed, taking into account the power supply system structure of a small agricultural enterprise.
Findings. In the Simulink/Matlab visual programming environment, a simulation model has been developed that enables the study of active and reactive power distribution at network nodes and the monitoring of frequency and voltage magnitude variations. During the research, several experiments were conducted with specific distributions of active and reactive power between consumers and generating units in the microgrid under both parallel and autonomous operating conditions. As a result of the experiment involving disconnection from the external grid and changes in load levels, greater voltage fluctuations and a redistribution of reactive power between consumers and generating units were observed. This phenomenon is primarily caused by the formation of active and reactive power in the dynamic load block, where calculations are linked to the baseline voltage and frequency levels.
Originality. As a result of summarizing the obtained time diagrams, it was found that the calculation of active and reactive power, both for loads and generating units, must be performed considering the current frequency and voltage level at the observation node relative to the baseline values
Practical value. The obtained results should be taken into account in the implementation of control systems for autonomous power sources, specifically in the methods for calculating the current controlled values of active and reactive power