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
Algorithmic differences of complete and partial algebraic synthesis of a finite state machine with datapath of transitions
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Babakov, R. M.; Barkalov, A. A.; Titarenko, L. A.; Voitenko, M. O.; Бабаков, Р. М.; Баркалов, О. О.; Тітаренко, Л. О.; Войтенко, М.О.
EN: Context. The problem of algorithmization the search for formal solutions of the problem of algebraic synthesis of a finite state ma-chine with datapath of transitions is considered. The concept of complete and partial solutions of this problem is proposed. The object of research is the automated synthesis of the finite state machine in the part of the function of transitions without taking into account the function of outputs. The basis of the algebraic implementation of the transition function is the author's approach to the transformation of state codes using a set of arithmetic and logical operations. The search for formal solutions to the problem of algebraic synthesis is a complex process that requires the use of appropriate methods and algorithms aimed at special coding of states and mapping of operations of transitions to individual state machine transitions. The use of partial solutions of the problem of algebraic synthesis can contribute to reducing the executing time of such algorithms and reducing the overall design time of digital control devices based on a finite state machine with an datapath of transitions.
Objective. Development and research of algorithms for finding complete and partial solutions to the problem of algebraic synthesis of a finite state machine with datapath of transitions.
Method. The research is based on the structure of a finite state machine with datapath of transitions. The synthesis of the circuit of the state machine involves the preliminary solution of the problem of algebraic synthesis. The result is the so-called formal solution of this problem, which contains two components. The first component is defined state codes, the second component is arithmetic and logic operations mapped to separate state machine transitions. Finite state machine can be synthesized in that case if transformation of given state codes in the process of making transitions is possible using a given set of operations. Verification of this possibility is carried out using the known matrix approach. It involves the formation and element-by-element mapping of two matrices – the matrix of transitions and the combined matrix of operations. As a result, a coverage matrix is formed, which reflects the possibility of implementing (covering) of state machine transitions by specified arithmetic and logic operations. Changing the way of encoding states or the set of operations can give different solutions to the problem of algebraic synthesis with a greater or lesser number of covered state machine transitions.
Results. Using the example of an abstract graph-scheme of the control algorithm, it is demonstrated that the solution of the problem of algebraic synthesis of a finite state machine with datapath of transitions can be considered a situation when one or more state machine transitions cannot be implemented using a given set of operations. It is proposed to call such situation as a partial solution of the problem of algebraic synthesis. The implementation of all transitions by specified operations gives a complete solution of this problem, but the number of complete solutions is always much smaller than the number of partial solutions. Therefore, in the general case, the search for complete solutions takes much more time and, moreover, is not always possible.
Conclusions. The design of a logical circuit of a finite state machine with datapath of transitions is possible in the case of a complete or partial solution of the problem of algebraic synthesis. In the case of a partial solution, those transitions that cannot be implemented by any of the available operations are implemented in a canonical way using a system of Boolean equations. The search for complete solutions generally takes more time than the search for partial solutions. This makes actual the development of algorithms and methods of synthesis of this class of finite state machine, based on the search for partial solutions of the problem of algebraic synthesis.
UK: Актуальність. Розглянуто задачу алгоритмізації пошуку формальних розв’язків задачі алгебраїчного синтезу мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів. Запропоновано поняття повного та часткового розв’язків цієї задачі. Об’єктом дослідження є автоматизований синтез автомата в частині функції переходів без урахування функції виходів. В основі алгебраїчної реалізації функції переходів знаходиться авторський підхід до перетворення кодів станів за допомогою множини арифметико-логічних операцій. Пошук формальних розв’язків задачі алгебраїчного синтезу є складним процесом, що потребує використання відповідних методів і алгоритмів, спрямованих на спеціальне кодування станів та зіставлення операцій переходів окремим автоматним переходам. Використання часткових розв’язків задачі алгебраїчного синтезу може сприяти зменшенню часу роботи таких алгоритмів та зменшенню загального часу проектування цифрових пристроїв керування на базі мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів.
Мета. Розробка і дослідження алгоритмів пошуку повного і часткового розв’язків задачі алгебраїчного синтезу мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів.
Метод. В основу дослідження покладено структуру мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів. Синтез схеми автомата передбачає попереднє розв’язання задачі алгебраїчного синтезу. Результатом є так званий формальний розв’язок цієї задачі, який містить в собі дві складових. Першою складовою є визначені коди станів, другою складовою – арифметико-логічні операції, зіставлені окремим автоматним переходам. Автомат може бути синтезований в тому випадку, якщо при заданих кодах станів їх перетворення в процесі виконання переходів можливе за допомогою заданої множини операцій. Перевірка цієї можливості здійснюється за допомогою відомого матричного підходу. Від передбачає формування і поелементне зіставлення двох матриць – матриці переходів і об’єднаної матриці операцій. В результаті формується матриця покриття, яка відображає можливість реалізації (покриття) автоматних переходів за допомогою заданих арифметико-логічних операцій. Зміна способу кодування станів або набір операцій може давати інші розв’язки задачі алгебраїчного синтезу з більшою чи меншою кількістю покритих автоматних переходів.
Результати. На прикладі абстрактної граф-схеми алгоритму керування продемонстровано, що розв’язком задачі алгебраїчного синтезу мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів може вважатись ситуація, коли один або більше автоматних переходів не можуть бути реалізовані за допомогою заданого набору операцій. Таку ситуацію запропоновано називати частковим розв’язком задачі алгебраїчного синтезу. Реалізація усіх без винятку переходів за допомогою заданих операцій дає повний розв’зок цієї задачі, однак кількість повних розв’язків завжди є значно меншою за кількість часткових розв’язків. Отже, в загальному випадку пошук повних розв’язків займає набагато більше часу і до того ж є не завжди можливим.
Висновки. Проєктування логічної схеми мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів можливе у випадку наявності повного або часткового розв’язку задачі алгебраїчного синтезу. У випадку часткового розв’язку ті переходи, які не можуть бути реалізовані жодною з наявних операцій, реалізуються в канонічний спосіб за допомогою системи булевих рівнянь. Пошук повних розв’язків в загальному випадку потребує більше часу, ніж пошук часткових розв’язків. Це робить актуальним розробку алгоритмів і методів синтезу даного класу автоматів, основаних на пошуку часткових розв’язків задачі алгебраїчного синтезу.
Поновлення регресійної моделі для унормування питомих витрат енергії
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Дрешпак, Н. С.; Dreshpak, N. S.
UK: Мета роботи. Розробити спосіб поновлення регресійної моделі для унормування питомих витрат енергії при наявності частих і суттєвих змін енергоефективності виробничого процесу.
Методи дослідження. Аналіз існуючих способів поновлення регресійних моделей, співставлення їх можливостей, синтез способу поновлення моделі в умовах частих і суттєвих змін енергоефективності виробничого процесу.
Отримані результати. Встановлено, що при наявності значної кількості можливих варіантів структурних і режимних змін в енергоспоживанні об'єкту контролю уведення в регресійну модель супутніх змінних є проблематичним, так як потребує збільшення кількості експериментальних даних в умовах їх очікуваної неоднорідності. Розкрито недолік відомої регресійної моделі для унормування електроспоживання об'єкта контролю, який полягає у тому, що модель не враховує значень останніх в послідовності їх появи експериментальних даних, отриманих у процесі контролю енергоефективності. Це знижує точність прогнозованих значень енергоспоживання. Запропоновано здійснювати поновлення регресійної моделі щоразу після виконання контролю енергоефективності і здійснення коригування вибірки. Коригування реалізують шляхом перевірки однорідності отриманих експериментальних даних з наступним приєднанням їх до елементів існуючої вибірки та вилученням (у разі необхідності) із вибірки застарілих даних. Визначена послідовність коригування вихідних даних дозволяє своєчасно здійснювати поновлення моделі і виконання прогнозу питомого енергоспоживання, вводячи дані, що відображають останні зміни, які відбулися в енергозабезпеченні об'єкта. Запропонований спосіб поновлення моделі реалізує наближення в часі моменту контролю енергоефективності до моментів отримання експериментальних даних для побудови регресійної залежності для унормування значень енергоспоживання.
Це сприяє підвищенню точності прогнозу унормованих значень. Суттєва зміна умов виробництва продукції з порушенням однорідності даних супроводжується переходом в перехідний режим коригування, де пропонується зменшувати кількість елементів існуючої вибірки, забезпечуючи послідовне вилучення найбільш віддале-
них від наступного моменту контролю елементів. Вилучення продовжують до досягнення однорідності даних.
При щоденному контролі ефективності споживання електричної енергії зміна значень коефіцієнтів регресійної моделі в процесі її поновлення відображає зміни в електроспоживанні об'єкта, які відбулися за останню добу. Це дозволяє відокремити їх вплив від впливу змін, що сталися раніше та оцінити рівень цього впливу.
Наукова новизна. Вперше визначені недоліки існуючих способів поновлення регресійних моделей в умовах частих і суттєвих змін енергоефективності виробничого процесу. Розроблено спосіб поновлення моделі в цих умовах, що передбачає коригування вибірки експериментальних даних шляхом зміни кількості її елементів, перевірку однорідності даних.
Практична цінність полягає у визначенні послідовності дій при реалізації розробленого способу поновлення регресійної моделі, що дозволяє підвищити точність розрахунку унормованих значень питомого енергоспоживання.
EN: Purpose. To develop a method of updating the regression model for the normalization of specific energy consumption in the presence of frequent and significant changes in the energy efficiency of the production process.
Methodology. Analysis of existing methods of updating regression models, comparison of their possibilities, and synthesis of the method of updating the model in conditions of frequent and significant changes in the energy efficiency of the production process.
Findings. It was established that in the presence of a significant number of possible variants of structural and mode changes in the energy consumption of the control object, the introduction of associated variables into the regression model is problematic, as it requires an increase in the number of experimental data in conditions of their expected heterogeneity. The flaw of the well-known regression model for normalizing the power consumption of the object of control is revealed, which consists of the fact that the model does not take into account the last values in the sequence of their appearance of experimental data obtained in the process of energy efficiency control. This reduces the accuracy of predicted energy consumption values. It is proposed to update the regression model every time after performing the energy efficiency control and sample adjustment. Adjustments are implemented by checking the homogeneity of the obtained experimental data, followed by their addition to the elements of the existing sample and removal (if necessary) from the sample of outdated data. The defined sequence of adjustment of the initial data allows timely updating of the model and implementation of the forecast of specific energy consumption, entering data reflecting the latest changes that occurred in the facility's energy supply. The proposed method of updating the model implements the approximation in time of the moment of energy efficiency control to the moment of obtaining experimental data for building a regression dependence for normalizing energy consumption values. This helps to increase the accuracy of the forecast of normalized values. A significant change in the conditions of production of products with a violation of the homogeneity of data is accompanied by a transition to the transitional mode of adjustment, where it is proposed to reduce the number of elements of the existing sample, ensuring the sequential removal of the elements furthest from the next moment of control. Extraction continues until data homogeneity is achieved. During the daily control of the efficiency of electricity consumption, the change in the values of the regression model coefficients in the process of its renewal reflects the changes in the object's electricity consumption that occurred over the last day. This allows you to separate their impact from the impact of changes that occurred earlier and to assess the level of this impact.
Originality. For the first time, the shortcomings of the existing methods of updating regression models in the conditions of frequent and significant changes in the energy efficiency of the production process were identified. A method of updating the model under these conditions has been developed, which involves adjusting the sample of experimental data by changing the number of its elements and checking the homogeneity of the data.
Practical value is that the sequence of actions during the implementation of the developed method of updating the regression model is defined, which allows for an increase in the accuracy of calculating the normalized values of specific energy consumption.
Використання критеріїв для оптимізації процесу маршрутизації елеваторного комплексу
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Кунденко, М. П.; Мардзявко, В. А.; Руденко, А. Ю.; Kundenko, M. P.; Mardziavko, V. A.; Rudenko, A. Y.
UK: Мета роботи. Метою даної роботи є описання критеріїв оптимальності для визначення напрямку вирішення задачі оптимізації транспортно-технологічних маршрутів зернової продукції на елеваторному комплексі.
Методи дослідження. Був застосований аналітичний метод дослідження, для визначення технологічних харакетиристик лінії елеваторного комплексу та залежності якості транспортуючої продукції від побудованого маршруту транспортування. Застосовано математичний метод для опису складових елементів критеріїв оптимізації.
Отримані результати. Був визначений один із напрямків підвищення й покращення технологічного процесу на елеваторі, шляхом удосконалення алгоритмів керування в напрямку оптимізації технологічних процесів елеватора за багатьма критеріями. За критерії оптимізації, для забезпечення оптимальних умов транспорту-
вання повинні використовуватися мінімум втрат, мінімум часу на транспортування, мінімум енергозатрат та мінімальна довжина прокладеного шляху транспортування, тому був виконаний опис основних критеріїв які в першу чергу можуть вплинути на ефективність роботи елеваторного комплексу.
Наукова новина. Визначений напрямок вирішення задачі оптимізації транспортно-технологічних маршрутів. Аналітичне виведення критерію мінімум енергозатрат та критерію мінімум бою зерна.
Практична цінність. Оптимізація елеваторного комплексу для забезпечення варіативного транспортування зернових мас, що вплине на підвищення продуктивності і якості технологічного процесу елеваторного комплексу.
EN: The goal of the work. The purpose of this work is to describe the optimality criteria for determining the direction of solving the problem of optimizing transport and technological routes of grain products at the elevator complex.
Research methods. An analytical research method was applied to determine the technological characteristics of the elevator complex line and the dependence of the quality of transported products on the constructed transportation route. A mathematical method is applied to describe the constituent elements of the optimization criteria.
Obtained results. One of the directions for increasing and improving the technological process at the elevator was determined, by improving the control algorithms in the direction of optimizing the technological processes of the elevator by many criteria. According to optimization criteria, to ensure optimal transportation conditions, minimum losses, minimum transportation time, minimum energy consumption, and minimum length of the laid transportation path should be used, therefore, a description of the main criteria that can primarily affect the efficiency of the elevator complex was performed.
Scientific news. The direction of solving the problem of optimising transport and technological routes is determined. The analytical derivation of the criterion of minimum energy consumption and the criterion of minimum grain breakage.
Practical value.Optimisation of the elevator complex to ensure variable transportation of grain masses, which will improve the productivity and quality of the technological process of the elevator complex.
Зелена енергетика як ключовий елемент впровадження концепції розподіленої генерації
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Данильченко, Д. О.; Федорчук, С. О.; Потривай, А. Е.; Мінакова, К. О.; Петров, С. О.; Петрова, Ю. В.; Danylchenko, D. O.; Fedorchuk, S. O.; Potryvay, A. E.; Minakova. K. O.; Petrov, S. O.; Petrova. Y. V.
UK: Мета роботи. Метою цієї статті є вивчення ролі "Зеленої енергетики" у концепції розподіленої генерації, аналіз внеску відновлюваних джерел у стабільність енергетики. Основні завдання включають удосконалення моделей фотоелектричних панелей і вітрогенераторів для досягнення екологічної та економічної ефективності.
Методи дослідження. Математичне моделювання фотоелектричних панелей та вітрогенераторів, аналіз впливу уточнюючого коефіцієнта та коефіцієнта корисної дії інвертору на електрогенерацію. Використовується порівняльний аналіз отриманих результатів з реальними даними для валідації моделей. Досліджуються аеродинамічні характеристики вітрогенератора та вплив на вихідну потужність. Розробляється оптимізована модель для прогнозування ефективності гібридних систем з використанням зелених технологій.
Отримані результати. Отримані результати дослідження розкривають ключовий внесок "Зеленої енергетики" у концепцію розподіленої генерації. Методи математичного моделювання фотоелектричних панелей та вітрогенераторів, разом із застосуванням уточнюючого коефіцієнта та врахуванням ККД інвертору, дозволили покращити точність прогнозування електрогенерації. Розроблена модель враховує аеродинамічні характеристики вітрогенератора, підкреслюючи реалізовану можливість перевищення номінальної потужності відповідно до реальної характеристики. Отримані результати порівнюються з реальними даними для валідації та підтвердження ефективності систем.
Наукова новизна. Полягає в удосконаленні моделі комбінованої генерації фотоелектричних панелей та вітрогенератору, шляхом уточненого врахування роботи інвертору. Також було отримано дані по потенціалу застосування гібридної станції в обраному регіоні та доведено її переваги над застосуванням окремо СЕС та ВЕС.
Практична цінність. Полягає в оптимізації прогнозування електрогенерації в гібридних системах, що визначено підвищенням точності та адаптованістю до реальних умов. Дослідження виявляє потенціал для розвитку "Зеленої енергетики" в громадах з великою площею та середньою потужністю.
EN: Purpose. The purpose of this article is to study the role of "Green energy" in the concept of the distributed generation, to analyze the contribution of renewable sources to the energy stability. The main tasks include improving models of photovoltaic panels and wind generators to achieve environmental and economic efficiency.
Methodology. Mathematical modeling of photovoltaic panels and wind generators, analysis of the influence of the refining factor and the efficiency factor of the inverter on power generation A comparative analysis of the obtained results with real data is used to validate the models. The aerodynamic characteristics of the wind generator and its impact on the output power are studied. An optimised model is being developed to predict the efficiency of hybrid systems using green technologies
Findings. The obtained research results reveal the key contribution of "Green Energy" to the concept of distributed generation. Methods of mathematical modelling of photovoltaic panels and wind turbines, together with the use of a correction factor and consideration of inverter efficiency, have improved the accuracy of power generation. The developed model takes into account the aerodynamic characteristics of the wind generator, emphasizing the realized possibility of exceeding the nominal power in accordance with the real characteristics. The obtained results are compared with real data for validation and confirmation of the effectiveness of the system.
Originality. It consists in improving the model of combined generation of photovoltaic panels and a wind generator, by taking into account the operation of the inverter. Data were also obtained on the potential of using a hybrid station in the selected region and its advantages over the use of separate SES and wind turbines were proven.
Practical value. It consists in optimizing the forecasting of electricity generation in hybrid systems, which is determined by increasing accuracy and adaptability to real conditions. The study reveals the potential for the development of "Green Energy" in communities with a large area and medium capacity.
До питання побудови зварювальних інверторних джерел з підвищеним коефіцієнтом потужності
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2023) Савенко, О. С.; Savenko, O. S.
UK: Мета роботи. Розробка зварювального інвертора з корекцією коефіцієнта потужності, з невеликою собівартістю і низькими втратами енергії.
Методи дослідження. Запропоновано використати принцип прямого перетворення і розробити "гібридну" схему, що містить основний канал з безпосереднім перетворенням і допоміжний, який має перетворювач з проміжною ланкою постійного струму з невеликим запасом енергії. Оскільки навантаженням для зварювального джерела живлення є зварювальна дуга, миттєві коливання її потужності протягом періоду напруги мережі практично не впливають на процес зварювання через термічну постійну розплавленого металу зварювальної ванни. Ефективне використання особливостей навантаження джерел – зварювальної дуги – дозволяє оптимізувати силову частину, знизити запас енергії в реактивних елементах схеми і поліпшити економічні і масогабаритні параметри джерел.
Отримані результати. Проведений аналіз підходів до побудови інверторних зварювальних джерел з підвищеним коефіцієнтом потужності. Запропоновано нову топологію прямоходового інверторного зварювального джерела живлення з корекцією коефіцієнта потужності. На відміну від "класичних" схем з подвійним перетворенням енергії в розробленій схемі передбачена можливість живлення навантаження як безпосередньо від мережі, так і від накопичувача енергії, що є в джерелі. Наведений алгоритм розрахунку частоти перемикання силових ключів джерела, обчислення виконується в реальному часі за умови стабілізації амплітуди потокозчеплення первинної обмотки трансформатора. Розглянута можливість використання інверторних джерел, виконаних за представленою топологією і працюючих з описаним алгоритмом керування, у трифазній мережі живлення. Для підтвердження адекватності розроблених положень створений експериментальний зразок джерела живлення. Отримані осцилограми напруги мережі та споживаного струму джерела при потужності в навантаженні близько 1 кВт та осцилограми в режимі обмеження вихідного струму. Проведені експерименти показали, що джерело має коефіцієнт потужності більше 0,94 у широкому діапазоні потужностей.
Наукова новизна. Розроблене джерело не містить додаткових силових компонентів індуктивного типу, має знижену ємність накопичувального конденсатора у ланці постійного струму та спрощену схему обмеження зарядного струму конденсатора. Напруга холостого ходу джерела має підвищене значення, що не залежить від напруги мережі, це дозволяє забезпечити легкий підпал дуги при ручному дуговому зварюванні.
Практична цінність. За рахунок підвищеного коефіцієнта потужності середньоквадратичний струм, що споживається від мережі, на 30 – 45 % нижче, ніж у "класичних" інверторних джерелах без коректора коефіцієнта потужності. Це дозволяє забезпечити роботу більшої кількості таких джерел при тому ж струмовому навантаженні мережі та/або забезпечити стабільну роботу в умовах "слабкої" мережі.
EN: Purpose. Design a power-factor-corrected, energy- and cost-efficient switchmode power supply for welding.
Methodology. It is proposed to use the principle of direct conversion and to develop the "hybrid" power circuit consisting of a main power path using direct conversion and an auxiliary power path having a converter with an intermediate DC link with relatively low stored energy. Since a load to the welding power supply is the welding arc, its instantaneous power fluctuations during the mains voltage period essentially do not influence the welding process due to the thermal constant of the weld pool molten metal. Effective use of this features of the welding arc allows to optimize the power processing, reduce the amount of energy stored in the reactive elements of the circuit and improve the economical, mass and dimensional parameters of the supplies.
Findings. A new power factor corrected switchmode power supply topology is proposed utilizing beforementioned principles of power processing. The algorithm for calculating the switching frequency of supply power switches is given. To confirm the adequacy of the developed provisions, an experimental sample of the power supply was created.
Oscillograms of mains voltage and source current consumption and oscillograms in output current limitation mode are obtained. The results of experiments showed that the supply has a power factor > 0.94 in a wide range of powers.
Originality. A distinctive feature of the supply is the absence of additional inductive components in the power path, a lower capacitance of the DC-link bulk capacitor and a simplified scheme for limiting its inrush current during initial charging. The supply has an increased open circuit voltage, independent of the mains voltage, which allows for easy arc ignition during manual arc welding.
Practical value. Due to the increased power factor, the current drawn from the mains is 30 % to 45 % lower than that of widespread inverter supplies without a power factor corrector. These features allow to simultaneously use more power supply units with the same mains current load, and/or to provide stable welding in conditions of a "weak" mains.