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
Алгоритмічні процедури синтезу систем змінної структури для керування морськими рухомими об’єктами
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Тимченко, В. Л.; Лебедєв, Д. О.; Timchenko, V. L.; Lebedev, D. O.
UK: Актуальність. Для розв’язання задач підвищення рівня автоматизації процесів керування морськими рухомими об’єктами при маневруванні і динамічному позиціонуванні запропоновані алгоритмічні процедури синтезу оптимальних за швидкодією систем зі змінною структурою зворотних зв’язків для заданої розмірності моделі об’єкту, необхідного виду траєкторій стабілізації та обмежень на керуючі впливи. Об’єктом дослідження є динамічні процеси стабілізації морських рухомих об’єктів в умовах неповної інформативності їх моделей і навколишнього середовища. Предметом дослідження є автоматизовані алгоритмічні процедури синтезу оптимальних за швидкодією систем керування зі змінною структурою зворотних зв’язків.
Мета роботи – підвищення рівня автоматизації та показників якості процесів керування морськими рухомими об’єктами на основі створення автоматизованих процедур синтезу робастно-оптимальних систем.
Метод. Для оптимізації процесів керування формуються оптимальні траєкторії стабілізації, визначаються необхідні моменти перемикання і вигляд керуючих функцій в ланцюгах зворотних зв’язків. Розглядаються нелінійні моделі морських рухомих об’єктів з урахуванням неповної інформативності параметрів моделі та зовнішніх збурень. Запропоновано використання робастного корегувального контуру керування, який забезпечує компенсацію відхилення поточної траєкторії фізичного об’єкта від оптимальної траєкторії, що виникає внаслідок розузгодження параметрів моделі та фізичного об’єкта і впливу неконтрольованих збурень. Таким чином, досягається інваріантність системи керування до неповної інформативності моделей та мінімальні значення похибок керування.
Результати. Розроблені алгоритмічні процедури синтезу робастно-оптимальних систем змінної структури програмно реалізовані та досліджені при імітаційному моделюванні процесу стабілізації морського рухомого об’єкту на заданій траєкторії, результати якого підтвердили коректність і ефективність запропонованого підходу.
Висновки. На основі систем зі змінною структурою зворотних зв’язків для критерію оптимальності по максимальній швидкодії розроблені алгоритмічні процедури автоматизованого синтезу керуючих функцій для багатовимірних нелінійних систем, що описують динаміку морських рухомих об’єктів. Створені програмні засоби автоматизації процесу синтезу і схемні рішення систем керування можуть бути практично застосовні для широкого класу рухомих об’єктів різного технічного призначення.
EN: Context. Algorithmic procedures for synthesizing optimal speed systems with variable feedback structure and a given dimension of the vehicle model, required type of stabilization trajectories and constraints on control actions are proposed for solving the tasks of increasing level of automatization control processes of marine vehicles at maneuvering and dynamic positioning. The study object are dynamic processes which stabilize marine mobile objects in conditions of incomplete informative nature of their models and the environment. The subject of the research is automated algorithmic procedures for synthesis of optimal control systems with variable feedback structure.
Objective – to increase the level of automation and quality indicators for the control processes of marine mobile objects on the basis of creating automated procedures for the synthesis of robust-optimal systems.
Method. To optimize control processes, optimal stabilization trajectories are formed, also the necessary switching moments and the type of control functions are determined for the feed-backs of optimizing control processes. Nonlinear models of marine vehicles with incomplete informativeness of model parameters and external disturbances are considered. The robust correcting control circuit providing compensation of the errors of the actual trajectory of physical object from the optimal trajectories, which arise from a mismatch between the parameters of the model and the physical object and from the effect of uncontrolled disturbances, is proposed. Thus, the control system is invariant for incomplete informativeness of models and minimal values errors of control can be achieved.
Results. The algorithmic procedures for synthesizing robust optimal systems of variable structure have been implemented and studied in the simulation of the stabilizing process of a mobile marine object on a given trajectory, the results of which confirmed the correctness and effectiveness of the proposed approach.
Conclusions. On the basis of systems with variable feedback structure for the criterion of optimality for the maximum operating speed, algorithmic procedures for the automated synthesis of control functions for multidimensional nonlinear systems describing the dynamics of mobile marine objects have been developed. The software tools for automating the synthesis process and schematic solutions of control systems are practically applicable for a wide class of mobile objects of various technical purposes.
Інноваційне управління процесом нагрівання металу у печі з використанням просторового електричного поля
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Качан, Юрій Григорович; Єрофєєва, А. А.; Kachan, Y. G.; Yerofieieva, A. A.
UK: Актуальність. У роботі вирішено актуальну задачу розробки інноваційної системи управління процесом нагрівання металу у камерній печі.
Мета – розробка алгоритму управління процесом нагрівання металу з додатковим використанням у якості керуючого впливу просторового електричного поля у камері печі.
Метод. За загальновідомими методиками планування експерименту одержано регресійну модель реальної камерної печі з врахуванням величини напруги між пальником і садкою металу, яка і покладена в основу алгоритму.
Результати. Розроблено систему управління камерною піччю, у якій за створеним алгоритмом визначаються оптимальні значення керуючих впливів на кожному кроці циклу нагрівання. Запропонована система управління є універсальною, оскільки після прорахунків видає динаміку, за якою потрібно змінювати величину постійної напруги та подачу газу з кроком у часі для виконання будь-якого заданого режиму термічної обробки металу. Проведені експериментальні дослідження на реальній камерній печі з викатним подом на ТОВ «Запорізький титано-магнієвий комбінат» це підтвердили. Аналіз отриманих графіків зміни температури відпалу металу показав, що при реалізації оптимальних значень керуючих впливів, одержаних за допомогою розробленого алгоритму, спостерігається висока рівномірність й забезпечується краща якість нагрівання металу. Динаміка споживання газу камерною піччю за цикл нагрівання у базовому режимі, без подачі напруги, та за умови її використання у відповідності до виконаної оптимізації засвідчують можливість суттєвого підвищення енергоефективності розглядуваних печей.
Висновки. Вперше доказано можливість і ефективність використання у якості керуючого впливу просторового електричного поля в камері печі, що підтверджує наукову новизну отриманих результатів. Практичне значення досліджень полягає у тому, що розроблений алгоритм управління є універсальним з точки зору режимів термічної обробки металу та може застосовуватись у камерних печах будь-якого промислового підприємства, при цьому за один цикл нагрівання зменшується споживання природного газу більш ніж на 10%.
EN: Context. The actual task of developing an innovative control system for the process of metal heating up in the chamber furnace has been solved in the work.
Objective is a creation of an algorithm for the controlling of the heating up of the metal with additional use as the controlling influence of a spatial electric field in the furnace chamber.
Method. A regression model of a real chamber furnace was obtained using well-known experimental design techniques. The model is the basis of the algorithm and takes into account the magnitude of the voltage between the burner and the metal cage.
Results. A control system for the chamber furnace has been developed, in which the optimal values of control actions at each step of the heating cycle are determined according to the created algorithm. The proposed control system is universal, it gives the dynamics of the change in the constant voltage and the gas supply in steps in time j to perform any given mode of heat treatment of the metal. The carried out experiments on a real chamber furnace with a withdrawable hearth at OOO «Zaporizhzhya titanium and magnesium plant» have confirmed this. Analysis of the obtained graphs of the annealing temperature of the metal. There is a high uniformity and a better quality of metal heating when implementing the optimal values of control actions obtained with the help of the algorithm. The dynamics of gas consumption by the chamber furnace during the heating cycle is shown in accordance with the optimization performed without the supply of voltage and with the supply of voltage. The obtained data testify to the possibility of a significant increase in the energy efficiency of the furnaces in question.
Conclusions. For the first time, the possibility and efficiency of using a spatial electric field in the furnace chamber as a control action has been proved, which confirms the scientific novelty of the results obtained. The developed control algorithm is universal from the viewpoint of thermal treatment of metal and can be used in chamber furnaces of any industrial enterprise. During one heating cycle, natural gas consumption is reduced by more than 10%, which confirms the practical importance of research.
Синтез цифрових регуляторів пониженого порядку для замкнутих систем управління неперервними об’єктами
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Зімчук, І. В.; Zimchuk, I. V.
UK: Актуальність. Складність цифрового регулятора замкнутих систем управління неперервними об’єктами визначається розмірністю математичної моделі об’єкта управляння, яка подається у вигляді передаточної функції. На практиці перевага надається простим регуляторам, розмірність яких менша за розмірність об’єкта. Саме тому задача синтезу систем управління з використанням лінійних регуляторів низького порядку є предметом уваги багатьох дослідників.
Мета. Виклад результатів розробки методики синтезу цифрових регуляторів пониженого порядку з гарантованою якістю управління на основі редукованої передаточної функції об’єкта управління.
Метод. Спрощення регуляторів досягається за рахунок використання при синтезі редукованої передаточної функції об’єкта управління. Синтез пропонується виконувати в два етапи. На першому етапі здійснюється редукція передаточної функції об’єкта управління. Критерієм якості редукції є відповідність значень інтегральних оцінок якості перехідного процесу вихідної та спрощеної моделей об’єктів управління, замкнутих одиничним негативним зворотнім зв’язком системи автоматичного управління. Виконання критерію досягається забезпеченням відповідності непрямих показників якості перехідного процесу вихідної та редукованої моделей. На другому етапі реалізується безпосередній синтез цифрового регулятора. В роботі показано використання метода синтезу компенсаційних регуляторів.
Результати. Застосування викладеного підходу показано на прикладі синтезу цифрового регулятора для системи частотного автопідстроювання. Наводяться результати цифрового моделювання.
Висновки. На відміну від відомих підходів, відповідності між початковою та спрощеною передаточними функціями досягається шляхом привласнення редукованій моделі значень непрямих показників якості перехідного процесу вихідної моделі, які визначаються за частотними характеристиками. Практична значущість роботи полягає у створенні методики синтезу простих лінійних цифрових регуляторів для замкнених систем управління неперервними об’єктами.
EN: Context. Complication of digital regulator of the closed control systems by the continuous objects is determined by the dimension of mathematical model of control object, which given as a transmission function. In practice more preferable are simple regulators a dimension of which is a less dimension of object. For this reason a task of synthesis the control system with use the linear regulators of subzero order is the article attention of many researchers.
Objective. Exposition the results of development methodology by synthesis of digital regulators the lowered order with the assured control quality on the basis of reduction transmission function of control object.
Method. Simplification of regulators is arrived at by using for the synthesis the reduction transmission function of control object. A synthesis it is suggested to execute in two stages. On the first stage reduction of transmission function of management object comes true. The criterion quality of reduction is accordance the values of integral estimations quality of transient initial and simplified models the management objects reserved by the single negative feed-back of the automatic control system. The quality criterion is arrived at by providing the accordance of indirect indexes quality of transient initial and reduction models. On the second stage the direct synthesis of digital regulator will be realized. The use of synthesis method of compensative regulators is in-process shown.
Results. Application of the expounded approach is shown on the example of synthesis the digital regulator for FLL system. Work example and simulation results are presented.
Conclusions. Unlike the known approaches, accordance between initial and simplified transmission functions arrived at by the appropriation to reduction model the values of indirect indexes quality of initial model transient, which are determined on frequency descriptions. Practical meaningfulness of work consists in creation the methodology synthesis of simple linear digital regulators for reserved control system continuous objects.
Метрики процесів управління та контролю вимог у проектах
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Гусєва, Ю. Ю.; Мартиненко, О. С.; Кадикова, І. М.; Чумаченко, І. В.; Husieva, Yu. Yu.; Martynenko, O. S.; Kadykova, I. M.; Chumachenko, I. V.
UK: Актуальність. Процеси управління вимогами є одним з ключових чинників успіху або невдачі проекту. Дослідження у галузі проектного менеджменту вказують, що саме ці процеси є недостатньо формалізованими. Отже, є необхідність розробки та формалізації методів управління і контролю вимог, зокрема, для проектів, управління яких здійснюється за традиційними або комбінованими методологіями.
Мета роботи – формалізація метрик процесів управління вимогами у проектах. Об’єктом дослідження є процеси управління та контролю вимог у проектах, предметом дослідження – метрики, які характеризують вимоги у проекті.
Метод. Використано методи аналізу та синтезу, методи нечітких множин та операції над матрицями. Запропоновано використання моделі, яка встановлює зв’язки між окремими характеристиками проекту (ризики, роботи, ресурси, вимоги, стейкхолдери та відповідальні особи проекту) за допомогою ієрархічної структури робіт. Запропоновано формалізацію метрик моделі, що дозволить відстежувати динаміку виконання проекту та ідентифікувати зацікавлені сторони проекту за визначеними напрямами.
Результати. На основі співставлення ієрархічної структури робіт з ієрархічними структурами вимог, ризиків, ресурсів та організаційною структурою проекту розроблено метод формалізації метрик управління вимогами проекту. Запропонований метод дозволяє відстежувати виконання вимог зацікавлених сторін проекту у часі у відповідності до обсягу фактично витрачених ресурсів по аналогії з методом освоєного обсягу. Адаптивність методу до традиційних процесів менеджменту проектів дає змогу використовувати вихідні дані – вже сформовані активи проекту та стандартне програмне забезпечення (зокрема, MS Project, OpenProj) для практичної реалізації методу.
Висновки. Запропонований метод формалізує процеси управління вимогами у проекті, дозволяє визначати ресурсне та ризикове навантаження вимог, що доповнює існуючи моделі класифікації вимог даними метриками. Метод формалізації метрик управління вимогами проекту дозволяє також отримати інструменти для оцінювання ефективності команди проекту та класифікації зацікавлених сторін проекту. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого математичного забезпечення і дозволяють рекомендувати його використання на практиці при прийнятті проектних рішень щодо управління змінами та вимогами стейкхолдерів проекту. Перспективи подальших досліджень можуть полягати у розробці програмного забезпечення, що реалізує запропонований метод.
EN: Context. The processes of requirements management are a key factor in the success or failure of the project. Researches in the field of project management indicate that these processes are not formalized. Thus, there is need to develop and formalize methods of requirements management and control, particularly for projects which are carried out by combined or traditional methodologies.
Objective of the article is formalizing of requirements management processes metrics in projects. The object of the research is management and control requirements processes of projects, the subject of the study – metrics that characterize the requirements of the project.
Method. Methods used are analysis and synthesis, methods of fuzzy sets and operations on matrices. The use of a model that establishes relationships between individual characteristics of the project (risks, resources, requirements, stakeholders and decision-makers of the project) through WBS is proposed. A formalization of model metrics is proposed that will keep track of the project and identify project stakeholders through the defined areas.
Results. Based on the comparison of WBS with a hierarchical structure of requirements, risks, resources and organizational structure of the project method of formalizing metrics requirements management project is developed. The proposed method allow to track the performance of project stakeholders’ requirements according to the actual amount of resources spent by analogy with the method of earned value. Adaptability to the traditional project management processes lets you use the original data – assets of the project and standard software (eg, MS Project, OpenProj) for the practical implementation of the method.
Conclusions. The proposed method formalizes requirement management processes in the project, determines resource and risk load of requirements, supplementing the existing requirements classification models with these metrics. The proposed method can also provide metrics for evaluation the performance of the project team and project stakeholders classification. The conducted experiments have confirmed the efficiency of the proposed mathematical software and allow recommending it for use in practice for making project decisions about change management and requirements management of the project. Prospects for further research may include developing of software that will implement the proposed method.
A soft fuzzy algorithm of the mobile robot control
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Bobyr, M. V.; Milostnaya, N. A.; Бобирь, М. В.; Милостна, Н. А.
EN: Context. The task of a mobile robot control on the base of soft algorithm fuzzy inference has been solved. Objective is the creation of soft algorithm of the fuzzy inference which allows to provide additivity of fuzzy control system.
Method. A soft algorithm of fuzzy inference used to control the mobile robot is suggested. Given algorithm allows to compensate errors inherent to the traditional models of fuzzy inference. Errors include: the curse of dimensionality, the absence of additivity and the fuzzy partition. This soft algorithm of fuzzy inference at the expense of rational allocation of premises and conclusions in a matrix of fuzzy relations, reduces the number of operations of the fuzzy inference. Another distinctive feature of the proposed soft algorithm is that in fuzzy inference to find minima and maxima used soft arithmetic operators. The paper shows that during the work of hard formulas for the implementation of these formulas while controlling the mobile robot the situations will appear when the robot loses control. The article points out that the implementation of the possibility in soft algorithm of fuzzy inference option of changes in parameters of sigmoidal membership functions will minimize the error at fuzzy system output. Dynamics of changing RMSE ratio from the varying parameters of sigmoidal membership functions proves it. The additional simulations presented in the article shows that during varying the parameters of sigmoidal membership function, during in increasing of the parameter a, is being observed decrease in the value of RMSE. The effectiveness of the proposed soft algorithm is confirmed by numerical simulation and experiments in the researching of a mobile robot movement along a line.
Results. The specialized software for microcontroller Arduino Uno is developed and it realizes the proposed soft algorithm which allows to carry out an experimental study of its properties.
Conclusions. The software realizing proposed algorithm has been developed and used in computational experiments investigating the properties of the algorithm. The experiments confirmed the efficiency of the proposed algorithm and software.
UK: Актуальність. Вирішено завдання управління мобільним роботом на основі м’якого алгоритму нечітко-логічного виводу.
Мета роботи – створення м’якого алгоритму нечітко-логічного виводу, що дозволяє забезпечити аддитивність нечіткої системи управління.
Метод. Запропонований м’який алгоритм нечітко-логічного виводу, що використовується для управління мобільним роботом. Даний алгоритм дозволяє компенсувати помилки властиві традиційним моделям нечіткого виводу. До помилок відносяться: проклін розмірності, відсутність аддитивності і умови розбиття одиниці. Даний алгоритм за рахунок раціонального розміщення передумов і висновків в матриці нечітких стосунків, дозволяє скоротити, число операцій необхідних для реалізації нечіткого виводу. Інша відмітна особливість запропонованого м’якого алгоритму полягає в тому, що для знаходження в нечіткому виводі мінімумів і максимумів використовуються м’які арифметичні оператори. У статті показано, що при використанні жорстких формул для реалізації цих же формул в процесі управління мобільним роботом виникатимуть ситуації в яких робот втратить керованість. Також в статті показано, що реалізація можливості в м’якому алгоритмі нечіткого виведення опції зміна параметрів сигмодальних функцій приналежностей, дозволить мінімізувати погрішності на його виході. Про це свідчить динаміка зміни коефіцієнта RMSE від варіювання параметрів сигмодальной функції. Додаткове імітаційне моделювання представлене в статті показує, що при варіюванні коефіцієнтів сигмодальной функції приналежності, зокрема при збільшенні параметра а спостерігається зменшення значення коефіцієнта RMSE. Ефективність запропонованого м’якого алгоритму підтверджують представлене в статті чисельне моделювання і експерименти дослідження переміщення мобільного робота вздовж лінії.
Результати. Розроблено спеціалізоване програмне забезпечення для мікроконтроллера Arduino Uno, що реалізовує запропонований алгоритм, і що дозволяє здійснити експериментальне дослідження його властивостей.
Висновки. Проведені чисельні і експериментальні дослідження підтвердили працездатність запропонованого м’якого алгоритм і реалізованого програмного забезпечення, а також дозволяють рекомендувати їх для вживання на практиці для управління мобільними роботами.