Радіоелектроніка, інформатика, управління - 2017, №4 (43)

Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/28226

Browse

Now showing 1 - 20 of 23

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.
Модель верификации систем с ограниченными ресурсами
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Табунщик, Галина Владимировна; Каплиенко, Татьяна Игоревна; Шитикова, Елена Викторовна; Табунщик, Галина Володимирівна; Каплієнко, Тетяна Ігорівна; Шитікова, Олена Вікторівна; Tabunshchyk, G. V.; Kapliienko, T. I.; Shytikova, O. V.
RU: Актуальность. Рассмотрена задача верификации систем с ограниченными ресурсами. Ключевым моментом в разработке миникомпьютерных систем является их ограниченность в системных ресурсах, что приводит к ужесточению требований к конечным продуктам на их основе. Соответственно это ограничивает область их применения в критичных системах реального времени таких как оборонная промышленность или медицинские приложения. Поэтому разработка средств верификации миникомпьютерных систем для подтверждения их стабильного функционирования является актуальной задачей. Объектом исследования являлся процесс моделирования функционирования работы реконфигурируемых систем с ограниченными ресурсами. Цель работы – повышение надежности функционирования систем с ограниченными ресурсами с реконфигурируемыми компонентами за счет обеспечения целостности данных и автоматизации процесса верификации. Метод. Получена модель верификации систем с ограниченными ресурсами, основанная на модели верификации веб-ориентированных систем, которая позволяет описать компоненты верифицируемых объектов и способ обмена данными на основе динамической модели передачи данных. Модифицировано понятие «функциональная единица» за счет добавления не только программных, но и аппаратных блоков, что даёт возможность автоматизации тестирования данных элементов. Особенность данной модели заключается в том, что она учитывает результаты верификации устройств, подключенных к миникомпьютеры системам, и описывает оптимальный период считывания архивных файлов, что позволяет обеспечить актуальность и целостность результатов испытаний систем с ограниченными ресурсами. В качестве экспериментального образца была рассмотрена архитектура миникомпьютерной системы на основе Raspberry Pi. Результаты. Предложенная модель апробирована для удаленной лаборатории изучения надежности встроенных систем (ISRT). Выводы. В работе предложена модифицированная модель верификации систем с ограниченными ресурсами, которая в отличие от модели верификации веб-ориентированных систем, описывает адаптивную архитектуру встроенных систем и содержит период передачи результатов верификации во внешнее хранилище, что позволяет применять данную модель для различных конфигураций аппаратного обеспечения. UK: Актуальність. Розглянуто задачу верифікації систем з обмеженими ресурсами. Ключовим моментом в розробці мінікомпьютерних систем є їх обмеженість в системних ресурсах, що призводить до посилення вимог до кінцевих продуктів на їх основі. Відповідно це обмежує область їх застосування в критичних системах реального часу таких як оборонна промисловість або медичні програми. Тому розробка засобів верифікації мінікомпьютерних систем для підтвердження їх стабільного функціонування є актуальним завданням. Об’єктом дослідження був процес моделювання функціонування роботи реконфігурованих систем з обмеженими ресурсами. Мета роботи – підвищення надійності функціонування систем з обмеженими ресурсами з компонентами, що реконфігуруються, за рахунок забезпечення цілісності даних і автоматизації процесу верифікації. Метод. Отримано модель верифікації систем з обмеженими ресурсами, заснована на моделі верифікації веб-орієнтованих систем, яка дозволяє описати компоненти об’єктів верифікації і спосіб обміну даними на основі динамічної моделі передання даних. Модифіковано поняття «функціональна одиниця» за рахунок додавання не тільки програмних, але і апаратних блоків, що дозволяє автоматизації тестування даних елементів. Особливість даної моделі полягає в тому, що вона враховує результати верифікації пристроїв, підключених до мінікомп’ютерних систем, і описує оптимальний період зчитування архівних файлів, що дозволяє забезпечити актуальність і цілісність результатів випробувань систем з обмеженими ресурсами. В якості експериментального зразка була розглянута архітектура мінікомпьютерной системи на основі Raspberry Pi. Результати. Запропонована модель апробована для віддаленої лабораторії вивчення надійності вбудованих систем (ISRT). Висновки. В роботі запропонована модифікована модель верифікації систем з обмеженими ресурсами, яка на відміну від моделі верифікації веб-орієнтованих систем, описує адаптивну архітектуру вбудованих систем і містить період передачі результатів верифікації у зовнішнє сховище, що дозволяє застосовувати дану модель для різних конфігурацій апаратного забезпечення. EN: Context. In the article the task of systems with limited resources verification is considered. One of the challenges for implementation of concurrent minicomputer systems for implementations its in real products is high requirements to the limited hardware. As a result it course additional requirements for them and limited the sphere of their implementation especially in critical real-time systems in medicine or defense industry. That’s why development verification tools for minicomputer systems is actual task. The object of the research – the process of modelling of reconfiguring systems with limited resources functionality. Objective – to improve reliability of systems with limited resources by ensuring of data integrity and automating of the verification process. Method. The model of systems with limited resources verification based on the verification model of web-oriented systems is obtained, which describes the verified components of objects and the way of data exchange based on the dynamic model of data transmission. The concept of “functional unit” has been modified by adding hardware blocks, which makes it possible to automate the testing of these elements. The advantage of this model is that it collect results of verification of the devices connected to the minicomputers systems and describes the optimal period for reading archive files, which improve the relevance and integrity of test results for systems with limited resources. As a case study, the architecture of a minicomputer system based on Raspberry Pi was considered by the authors. Results. Developed model was applied for the verification of the remote laboratory for reliability tasks (ISRT). Conclusions. In the article the modified model for system with limited resources verification is suggested, which in contrast to web-oriented verification model describes adaptive architecture of the embedded systems and use model for data transition into the external storage, which make possible to implement this model for variety of hardware configurations.
Структурна оптимізація системи оптико-електронного спостереження
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Рачок, Р. В.; Боровик, О. В.; Боровик, Л. В.; Rachok, R. V.; Borovik, O. V.; Borovik, L. V.
UK: Актуальність. В охороні кордону використовується система оптико-електронного спостереження, яка представлена сукупністю веж, на яких встановлені радіолокаційні, тепловізійні та відео засоби спостереження. Ефективність виявлення порушників кордону з використанням даної системи суттєво залежить від її функціональної і структурної будови. Функціональна будова системи оптико-електронного спостереження визначається підбором технічних засобів спостереження з урахуванням їх функціональних можливостей. Структурна будова системи залежить від вибору місць розташування веж спостереження з урахуванням фізико-географічних умов місцевості та характеристик технічних засобів спостереження. Недосконалість науково-методичного апарату в галузі структурної оптимізації побудови системи оптико-електронного спостереження обумовила актуальність дослідження. Мета. Метою роботи є розробка методу структурної оптимізації розміщення веж системи оптико-електронного спостереження. Метод. У роботі поставлена задача оптимізації розміщення веж системи оптико-електронного спостереження та запропоновано метод її вирішення, який передбачає максимізацію показника ефективності функціонування системи. Особливістю даного методу є: використання геомоделі з метою зменшення кількості варіантів розміщення веж системи, застосування авторських підходу до вибору кроку дискретизації просторових даних і швидкодіючого алгоритму обчислення показника ефективності функціонування системи оптико-електронного спостереження. Результати. У роботі показані переваги пропонованого методу в порівнянні з раніше запропонованими підходами щодо вибору раціонального розміщення веж на основі кластерного аналізу. Запропоновано програмно-алгоритмічну реалізацію методу структурної оптимізації системи оптико-електронного спостереження. Наведений опис алгоритмічної і програмної реалізації цього методу. З використанням розробленого програмного забезпечення проведена оптимізація розміщення веж системи оптико-електронного спостереження, визначені рекомендації щодо її структурної будови. Висновки. Використання запропонованого методу дозволяє провести структурну оптимізацію побудови системи оптико-електронного спостереження за рахунок розстановки веж спостереження з максимізацією показника ефективності функціонування цієї системи. Можливим напрямом удосконалення методу є уточнення результатів з використанням більшої роздільної здатності геомоделі. EN: Context. In border security uses a system of optical-electronic observation, which presents a set of towers that have radar, thermal imaging and video surveillance. The efficiency of detecting trespassers with the use of this system significantly depends on its functional and structural construction. The functional structure of system of optical-electronic observation is determined by the selection of technical means of surveillance (TCS) based on their functionality. Structure of the system depends on the choice of the locations of observation towers with the physical and geographical conditions of the terrain and technical characteristics of the TCS. The imperfection of the scientific methodological apparatus in the field of structural optimization of building of system of optical-electronic observation was determined by the relevance of the study. Objective. The aim of this work is to develop a method of structural optimization of the placement of the system of optical-electronic observation towers. Method. In work the task of optimizing the placement of the towers of system of optical-electronic observation and the proposed method of its solution, which involves the maximization of efficiency of functioning of the system. The peculiarity of this method is the use of geomodel to reduce the number of accommodation of the towers of the system, the use of the author’s approach to sampling of spatial data and high-speed algorithm for calculation of efficiency of functioning of system of optical-electronic observation. Results. The paper shows the advantages of the proposed method compared to previously proposed approaches for the choice of rational placement of towers on the basis of cluster analysis. In this work the proposed software-algorithmic implementation of the method to structural optimization of the system of optical-electronic observation. The authors describe the description of algorithmic and software implementation of this method. Using the developed software optimized placement of the towers of the system of optical-electronic observation, certain recommendations regarding the structure of this system. Conclusions. Using the proposed method allows to carry out structural optimization of building of system of optical-electronic observation due to the placement of observation towers with the maximization of efficiency of functioning of this system. A possible direction of improvement of the method is a refinement of the results using a higher resolution geomodel.
Особливості формування та аналізу контенту інтернет-газети музичних новин
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Коробчинський, М. В.; Чирун, Л. Б.; Висоцька, В. А.; Кондратьєв, Є. О.; Korobchynskyi, M. V.; Chyrun, L. B.; Vysotska, V. A.; Kondratiev, E. O.
UK: Актуальність. Негативні чинники у формуванні контенту ускладнюють процес пошуку необхідних даних при скануванні різних джерел інформації. Збільшення фізичного обсягу та зміна актуальності/динаміки контентних потоків (систематичне та нерегулярне оновлення) призводить до виникнення дублювання, інформаційного шуму та надмірності результатів пошуку контенту. Охоплення та узагальнення великих динамічних потоків контенту, які безперервно генерують в Інтернет-джерелах, вимагає якісно нових методів/підходів пошуку як контент-моніторинг. Мета. Метою виконання роботи є розроблення методу формування та анлізу контенту Інтернет-газети музичних новин для активного залучення постійних користувачів інформаційного ресурсу новин та збільшення цільової аудиторїі. Завданням є розроблення системи для розповсюдження музичних новин з використанням методу контент-моніторингу для формування та анлізу текстового контенту інформаційного ресурсу Інтернет-газети. Метод. Вхідною інформацією для контент-моніторингу є текст на природній мові як послідовність символів, вихідна інформація – це таблиці розділів, речень і лексем аналізованого тексту. Контент-моніторинг є програмним засобом автоматизації знаходження важливих складових в потоках контенту. Це змістовний аналіз потоків контенту з метою постійного отримання необхідних якісних/кількісних зрізів на протязі не визначеного наперед проміжку часу. Складовою контент-моніторингу є контентний пошук та контент-аналіз тексту. Контент-аналіз призначений для пошуку контенту в масиві даних за змістовими лінгвістичними одиницями. Одиниця рахунку є кількісною мірою одиниці аналізу, що дозволяє реєструвати частоту (регулярність) появи ознаки категорії аналізу в тексті (кількість певних слів або їх поєднань, рядків, друкованих знаків, сторінок, абзаців, авторських аркушів, площа тексту тощо). Результати. Розв’язано актуальну задачу дослідження і розроблення методів та засобів опрацювання інформаційних ресурсів інтелектуальної інформаційної систем формування контенту із використання розробленої класифікації, математичного та програмного забезпечення та узагальненої архітектури системи. Обґрунтовано необхідність розроблення методів і засобів опрацювання інформаційних ресурсів в інтелектуальних інформаційних систем формування контенту шляхом удосконалення архітектури системи з метою автоматизації процесів формування, управління та реалізації контенту. Висновки. Використання контент-аналізу в моніторингу джерел даних в Інтернет автоматизує процес пошуку найбільш важливих компонент в потоці змісту, у виборі даних з цих джерел. Це усуває дублікати контенту, інформаційний шум, паразитні результати резервування контенту та багато іншого. Цей метод використовується на наступних етапах аналізу змісту для більш точних результатів для створення унікального контенту, який користується попитом. EN: Context. Negative factors in shaping the content complicate necessary data finding process when scanning various sources. Increased volume and variable Relevance / content flow dynamics (regular and non regular updates) leads to duplication and excessive information noise content in search results. Coverage and synthesis of large dynamic flow of content are continuously generating Internet media requires qualitatively new methods / approaches of search as a content monitoring. Objective. The work purpose is to develop content forming and anlizing method in online newspaper for the active involvement of regular users of news and information resource increase audytoryii target. The objective is to develop a system to distribute music news using content monitoring method for creation and content anlizing in information resource of online newspaper. Method. Input information for content-monitoring is a natural language into a sequence of symbols, background information – a partition table, sentences and tokens analyzed text. Content monitoring is a software tool for automation of the important components in the flow of content. This is meaningful analysis of streams of content for the purpose of obtaining the necessary permanent qualitative / quantitative sections within pre-defined period of time not. Content monitoring component is content search and content analysis of the text. Content analysis designed to search for content in an array of data for linguistic semantic units. The unit of account is a quantitative measure of the unit of analysis that allows you to record the frequency (regularity) symbol appears in the text analysis category (number of certain words or combinations of lines, characters, pages, paragraphs, copyright sheets of text area, etc.). Results. The problem of current research and development of methods and means of processing information resources information systems intellectual formation content with the use of the classification, mathematical and software and the generalized system architecture are solved. The necessity of methods and means development of information resources processing in intelligent information systems forming content by improving the system architecture to automate processes of formation, management and implementation of content. Conclusions. The content analysis use in monitoring Internet data sources automates the finding process of the most important components in content flow in data selection from these sources. This eliminates duplicate content information noise, parasitic content redundancy results and more. This method is used in subsequent stages of content for more accurate relevant results – create a unique content that is in demand.
Інформаційно-аналітична система методів з комплексної оцінки стану складних об’єктів
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Козуля, Т. В.; Білова, М. О.; Kozulia, T. V.; Bilova, M. O.
UK: Актуальність. Формування інформаційно-методичного і алгоритмічно-програмного забезпечення з оцінки рівня сталого розвитку еколого-соціально-економічних систем різного рівня складності потребує становлення комплексного системного підходу щодо вирішення проблемних науково-практичних задач. Мета. Формування методичного та інформаційно-програмного забезпечення оцінки відповідності стану і функціональності системного об’єкта вимогам екологічної якості з позицій сталого розвитку, що становить його безпечність для навколишнього природного середовища. Методи з оцінки якості системних об’єктів різного рівня складності сформовані в комплексну аналітичну систему для послідовного розв’язання задач обробки та оцінки моніторингових даних: головних компонент, компараторної ідентифікації та когнітивного моделювання. Результати. Надано аналіз системних методів з формування комплексного інформаційно-методичного забезпечення оцінки стану еколого-соціально-економічних систем для автоматизації управління їх безпекою. Обґрунтовано доцільність створення алгоритмічно-програмного комплексу оцінки якості системних утворень, що складаються з об’єкта дослідження і його навколишнього середовища, для визначення об’єктивно зваженого управлінського рішення. Сформовано аналітичну систему методів, послідовне використання яких забезпечує оцінювання рівня безпеки системного об’єкта за результатами дослідження «(система – навколишнє середовище) – процес – рівноважний стан системи». Алгоритмічне забезпечення оцінки якості системних об’єктів і створений для цього програмний продукт на практиці апробовано при вирішенні завдань екологічної безпеки районів і підприємств Харківської області. Визначено перспективи управлінської діяльності за результатами оцінки стану підприємств Харківської області. Висновки. Наукова новизна полягає у формуванні комплексної методичної інформаційно-програмної підтримки оцінки екологічності та безпеки системних об’єктів еколого-соціально-економічного змісту, введення в методичну основу системного аналізу об’єктів послідовності оцінювання «стан (система – навколишнє середовище) – процес (взаємодія, внутрішнє регулювання, самоорганізація) – стан системи». Практична значущість полягає у розробці інформаційно-методичного та алгоритмічного забезпечення з комплексної оцінки рівня екологічної безпеки складних еколого-соціально-економічних об’єктів; інформаційно-програмного комплексу розв’язання задач оцінки стану рівня безпеки складних об’єктів, невідповідності аналізованих параметрів вимогам збалансованого сталого розвитку систем різного рівня дослідження. EN: Context. Formation of information-methodical, algorithmic and software sustainable development evaluation of ecological-socio-economic different complexity systems requires the formation of an integrated system approach to solving scientific problems. Objective. Formation of methodological and information software for the evaluation of compliance state and functionality of the system object with the requirements of environmental quality from the standpoint of sustainable development, which makes it safe for the environment. Methods for evaluation the quality of the system objects with different levels of difficulty are formed into an integrated analytical system for sequential processing solutions of tasks and evaluation of monitoring data: principal component analysis, comparator identification method and cognitive modelling. Results. The analysis of common approaches to the formation of complex methodical support assessment of ecological and socio-economic systems state for the security management automation is given. The expediency of creating a methodical support system of system units quality estimation in accordance with the principles of sustainable development for decision making is grounded. Mathematical methods that provide system object security level analysis and evaluation of the research results “environment – the process – the equilibrium state of the system” are defined. Algorithmic support of system objects quality estimation and designed software are tested for solution of environmental safety problems at the level of regions and enterprises of Kharkov region. The prospects regarding the state of analyzed Kharkiv region enterprises management are identified. Conclusions. Scientific novelty is defined by the formation of the complex methodological information and software support evaluation of environmental and safety system objects of ecological and socio-economic content, introduction to the methodological basis of the system analysis of objects estimation sequence “state (the system – environment) – the process (interaction, internal control, self-organization) – state of the system”. The practical significance is to develop an information-methodological and algorithmic support a comprehensive assessment of the environmental safety of complex ecological and socio-economic facilities; informational software solutions-level status assessment of safety problems of complex objects, mismatch parameters under consideration the requirements of a balanced sustainable development of the systems of different levels of study.
Effective algorithm for parsing sentences using semantically attributed weighted affix context free
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Davydov, M. V.; Lozynska, O. V.; Pasichnyk, V. V.; Давидов, М. В.; Лозинська, О. В.; Пасічник, В. В.
EN: Context. The problem of increasing efficiency of affix grammars over a finite lattice (AGFL) is considered. AGFL is a context-free grammar with flexible and compact form of productions for parsing texts in natural languages. Objective. The goal of the work is to increase efficiency of parsing sentences by means of AGFL with a modification that adds semantical attributes to the productions and introduces a new form of production called the “template production”. This modification helps to decrease the number of productions that are required to describe a language and lets reduce the computational complexity of the parsing algorithm. Method. A mathematical model of the template production is developed and the theorem is proved that claims that the normal form of the template production exists and the normalization procedure produces an equivalent grammar. The normal form is utilized to increase efficiency of parsing Ukrainian sentences. The template production helps to represent ontology-based rules in a short and computationally inexpensive way. The normal form of template production is studied, and an effective algorithm for parsing sentences is proposed. The worst-case complexity of the proposed algorithm is , where is the length of input string of terminals, is the maximum number of combinations of symbol and attributes that can produce the same string of terminals, and is the maximum number of productions that have the same starting non-terminal symbol in the right part. The growth of parsing time turned out to be almost linear function of the number of words in a sentence when parsing of sentences from the test database of Ukrainian fiction literature. Results. The developed method has been implemented in the UkrParser software that is available open-source on GitHub. Conclusions. The developed algorithm was tested on the database of Ukrainian sentences and demonstrated ten times faster parsing speed than Stanford parser. The future research can be focused on the development of grammatically attributed ontologies for wider set of topics that should improve results of semantical sentence parsing. UK: Актуальність. Розглядається задача підвищення ефективності афіксних граматик над скінченною граткою (AGFL). AGFL – це контекстно-вільна граматика з гнучкими і компактними формами для розбору текстів на природних мовах. Мета роботи. Метою роботи є підвищення ефективності розбору речень за допомогою модифікації AGFL, яка додає семантичні атрибути в продукції граматики і вводить нову форму продукцій під назвою «шаблонна продукція». Ця модифікація допомагає зменшити кількість продукцій, необхідних для опису мови, і дозволяє зменшити обчислювальну складність алгоритму синтаксичного аналізу. Метод. Розроблено математичну модель шаблонної продукції і доведено теорему про те, що існує нормальна форма шаблонних продукцій, а процедура нормалізації породжує еквівалентну граматику. Нормальна форма використовується для підвищення ефективності розбору українських речень. Шаблонні продукції допомагають описувати правила на основі онтології в короткій і обчислювально ефективній формі. Вивчається нормальна форма шаблонних продукцій і пропонується ефективний алгоритм для розбору речень. У найгіршому випадку обчислювальна складність запропонованого алгоритму становить , де – довжина вхідного рядка терміналів, – максимальне число комбінацій символів і атрибутів, які можуть породжувати один і той самий рядок терміналів, – максимальне число продукцій, які мають той самий стартовий нетермінальний символ в правій частині. Час синтаксичного аналізу виявився майже лінійною функцією від кількості слів у реченні при розборі тестової бази речень української художньої літератури. Результати. Розроблений метод був реалізований в програмному забезпеченні UkrParser, яке доступне з відкритим вихідним кодом на GitHub. Висновки. Розроблений алгоритм був протестований на базі даних українських речень і продемонстрував в десять разів більшу швидкість розбору, ніж аналізатор «Stanford Parser». Майбутні дослідження можуть бути сфокусовані на розробці граматично доповнених онтологій для більш широкого набору предметних областей, що має поліпшити результати семантичного аналізу речень.
Модель циклического алгоритма планирования задач в распределенной системе реального времени
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Даденков, С. А.; Даденков, Д. А.; Даденков, С. О.; Даденков, Д. О.; Dadenkov, S. A.; Dadenkov, D. A.
RU: Актуальность. Решена задача количественной оценки вероятностных и временных характеристик подсистемы планирования задач узлов для проектирования распределенных систем реального времени. Объектом исследования являлся циклический алгоритм планирования задач на основе приоритетов (round robin priority driven preemptive scheduler), используемый в распределенных fieldbus-сетях. Цель работы – построение модели и разработка способа количественной оценки вероятностных и временных характеристик подсистемы планирования задач узла: задержки и интервалов времени решения задач, интенсивности информационной нагрузки на каналы промышленной fieldbus-сети. Метод. Для решения задачи использован аппарат теории вероятностей. Предложен граф состояний и переходов модели описывающий функционирование циклического алгоритма планирования задач узла. Получены аналитические соотношения для оценки основных вероятностных и временных характеристик модели подсистемы планирования задач: среднего времени задержки обработки задачи, среднего интервала времени между решением задач, интенсивности информационной нагрузки на каналы fieldbus-сети. Предложенные модель и способ оценки отличаются от известных детализацией ранее не анализируемыми в совокупности значимыми параметрами функционирования алгоритма: разнородными уровнями приоритетов, количеством задач по приоритетам, конфигурационными свойствами задач, задержками операций и частотой наступления событий планировщика, процедурами прерывания и дообслуживания задач, и другими параметрами. Результаты. Разработанные модель и способ количественной оценки вероятностных и временных характеристик подсистемы планирования задач с циклическим алгоритмом обработки на основе приоритетов. Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность и адекватность предложенного математического обеспечения и позволяют рекомендовать его для использования на практике при решении задач проектирования распределенных систем реального времени с заданными временными характеристиками. В ходе проектирования инструментарий будет использован для определения: допустимого числа программных модулей планировщика и распределения среди них приоритетных и неприоритетных задач обрабатываемых узлом в зависимости от частоты технологических событий и заданных требований по задержке обработки. UK: Актуальність. Вирішено задачу кількісного оцінювання ймовірнісних і часових характеристик підсистеми планування задач вузлів для проектування розподілених систем реального часу. Об’єктом дослідження є циклічний алгоритм планування задач на основі пріоритетів (round robin priority driven preemptive scheduler), використовуваний у розподілених fieldbus-мережах. Мета роботи – побудова моделі і розробка способу кількісного оцінювання ймовірнісних і часових характеристик підсистеми планування задач вузла: затримки й інтервалів часу рішення задач, інтенсивності інформаційного навантаження на канали промислової fieldbus-мережі. Метод. Для вирішення задачі використано апарат теорії імовірностей. Запропоновано графа станів і переходів моделі, що описує функціонування циклічного алгоритму планування задач вузла. Отримано аналітичні співвідношення для оцінки основних ймовірнісних і часових характеристик моделі підсистеми планування задач: середнього часу затримки обробки задачі, середнього інтервалу часу між рішенням задач, інтенсивності інформаційного навантаження на канали fieldbus-мережі. Запропоновані модель і спосіб оцінки відрізняються від відомих деталізацією раніше не аналізованими в сукупності значимими параметрами функціонування алгоритму: різнорідними рівнями пріоритетів, кількістю задач по пріоритетах, конфігураційними властивостями задач, затримками операцій і частотою настання подій планувальника, процедурами переривання і дообслуговування задач, та іншими параметрами. Результати. Розроблені модель і спосіб кількісної оцінки ймовірнісних та часових характеристик підсистеми планування задач з циклічним алгоритмом обробки на основі пріоритетів. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність і адекватність запропонованого математичного забезпечення і дозволяють рекомендувати його для використання на практиці при вирішенні задач проектування розподілених систем реального часу з заданими тимчасовими характеристиками. У ході проектування інструментарій буде використаний для визначення: припустимого числа програмних модулів планувальника і розподілу серед них пріоритетних і непріоритетних задач оброблюваних вузлом у залежності від частоти технологічних подій і заданих вимог по затримці обробки. EN: Context. The problem of quantitative estimation of probabilistic and temporal characteristics of the planning node’s tasks subsystem for the design of distributed real-time systems has been solved. Round robin priority driven preemptive scheduler is the subject of research, used in distributed fieldbus-networks. The goal is to create a model and a method of quantifying the probabilistic and temporal characteristics of the node’s task scheduling subsystem: delays and time intervals for solving problem, intensity of the information load on the industrial fieldbus-network channels. Method. The method of probability theory has been used there to solve problems. State and transition graph of model has been offered, describing the functioning of cycle algorithm for scheduling node tasks. Analytical relations for estimating the main probabilistic and temporal characteristics of the task scheduling subsystem model have been got. Specifically, an average delay time for task processing, an average time interval between solving problems, an intensity of the information load on the fieldbus-network channels. The proposed model and method are different from well-known ones: with the detailing of the important parameters of the algorithm functioning, that weren’t previously analyzed: dissimilar levels of priorities, number of priority tasks, configuration characteristics of tasks, operation delays and frequency of events of scheduler, etc. Results. The developed model and method of quantifying the probabilistic and temporal characteristics of tasks scheduling subsystem with round robin priority driven preemptive scheduler. Conclusions. The conducted experiments have confirmed the proposed software operability and adequacy, allow recommending it for use in practice to solve problems of designing distributed real-time systems with specified time characteristics. During the design process tools will be used for determining: the allowable number of scheduler software modules and the distribution among them of the priority and non-priority tasks handled by the node, depending on the frequency of the technological events and the specified processing delay requirements.
Исследование аппаратурных затрат в микропрограммном автомате с операционным автоматом переходов
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Бабаков, Р. М.; Бабаков, Р. М.; Babakov, R. M.
RU: Актуальность. Решена задача определения аппаратурных затрат в логической схеме микропрограммного автомата с канонической структурой и микропрограммного автомата с операционным автоматом переходов и различными способами формирования кодов операций переходов. Цель работы – получение аналитических выражений для определения аппаратурных затрат в исследованных структурах микропрограммных автоматов в зависимости от параметров автомата при использовании элементного базиса программируемых логических интегральных схем. Метод. На основании результатов VHDL-моделирования получены экспериментальные значения аппаратурных затрат в типовых функциональных узлах цифровых устройств. В качестве единицы измерения аппаратурных затрат используются LUT-элементы, являющиеся регулярными структурными элементами ПЛИС типа FPGA. Среди типовых функциональных узлов исследованы комбинационная логическая схема, мультиплексор, схема арифметико-логической операции и регистр. Путем аппроксимации экспериментальных данных получены аналитические выражения для определения аппаратурных затрат в типовых функциональных узлах в зависимости от параметров узлов. Путем замены параметров типовых функциональных узлов параметрами структурных блоков исследованных структур микропрограммных автоматов выполнено преобразование аналитических выражений для определения аппаратурных затрат в типовых функциональных узлах в аналогичные выражения для отдельных структурных блоков автоматов. Результаты. Для каждой из исследованных структур микропрограммных автоматов получены аналитические выражения для определения суммарных аппаратурных затрат в логической схеме автомата. Выводы. Полученные аналитические выражения учитывают структурные особенности автоматов Мили и Мура и могут быть использованы для решения задачи определения области эффективного применения структур микропрограммного автомата с операционным автоматом переходов. UK: Актуальність. Вирішено задачу визначення апаратурних витрат в логічній схемі мікропрограмного автомата з канонічною структурою та мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів і різними способами формування кодів операцій переходів. Мета роботи – отримання аналітичних виразів для визначення апаратурних витрат у досліджуваних структурах мікропрограмних автоматів в залежності від параметрів автомата при використанні елементного базису програмувальних логічних інтегральних схем. Метод. На основі результатів VHDL-моделювання одержані експериментальні значення апаратурних витрат у типових функціональних вузлах цифрових пристроїв. У якості одиниці виміру апаратурних витрат використовуються LUT-елементи, що є регулярними структурними елементами ПЛІС типу FPGA. Серед типових функціональних вузлів досліджені комбінаційна логічна схема, мультиплексор, схема арифметико-логічної операції та регістр. Шляхом апроксимації експериментальних даних отримані аналітичні вирази для визначення апаратурних витрат в типових функціональних вузлах в залежності від параметрів вузлів. Шляхом заміни параметрів типових функціональних вузлів параметрами структурних блоків досліджених структур мікропрограмних автоматів виконано перетворення аналітичних виразів для визначення апаратурних витрат в типових функціональних вузлах в аналогічні вирази для окремих структурних блоків автоматів. Результати. Для кожної із досліджених структур мікропрограмних автоматів отримані аналітичні вирази для визначення сумарних апаратурних витрат в логічній схемі автомата. Висновки. Отримані аналітичні вирази враховують структурні особливості автоматів Мілі і Мура та можуть бути використані для вирішення задачі визначення області ефективного застосування структур мікропрограмного автомата з операційним автоматом переходів. EN: Contex. The problem of determining the hardware expenses in the logical circuit of a microprogram final-state machine with a canonical structure and a microprogram final-state machine with datapath of transition and various ways of generating of codes of transition operations was solved. Objective. The goal of the work is the obtaining of analytical expressions for determining the hardware expenses in the investigated structures of microprogram final-state machine depending on parameters of the automaton when using the elemental basis of programmable logical integrated circuits. Method. Based on results of HDL simulation, the experimental values of hardware expenses in typical functional blocks of digital devices are obtained. As a unit of measurement of hardware expenses, LUT elements, which are regular structural elements of the FPGA, are used. Among the typical functional blocks, a combinational logical circuit, a multiplexer, an arithmetic-logical operation circuit, and a register are investigated. By approximating the experimental data, analytical expressions for determining the hardware expenses in typical functional blocks, depending on the parameters of the blocks, are obtained. By replacing the parameters of typical functional blocks with parameters of the structural blocks of the microprogram final-state machines being researched, the analytical expressions to determine the hardware expenses in typical functional nodes are transformed in analogous expressions for separate structural blocks of automata. Results. For each of the researched structures of microprogram final-state machines, analytical expressions for determining the total hardware expenses in the logical circuit of the automaton are obtained. Conclusions. Received analytical expressions take into account the structural features of the Mealy and Moore automata and can be used to solve the problem of determining the field of effective application of the microprogram final-state machine structures with datapath of transitions.
Динаміка нелінійного осциляторного нейрона при дії зовнішнього нестаціонарного сигналу
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Пелещак, Р. М.; Литвин, В. В.; Пелещак, І. Р.; Peleshchak, R. M.; Lytvyn, V. V.; Peleshchak, I. R.
UK: Актуальність. Розглянуто задачу частотно-часової та часової залежності морфології сигналу на виході нелінійного осциляторного нейрона з урахуванням його порогового ефекту. Об’єктом дослідження є нелінійна модифікована модель Ван-дер-Поля, яка описує динаміку нелінійного осциляторного нейрона при дії на нього різних за формою, частотою та амплітудою зовнішніх нестаціонарних сигналів. Мета роботи. Побудова нелінійної математичної моделі динаміки осциляторного нейрона з урахуванням його порогового ефекту при дії на нейрон зовнішніх нестаціонарних сигналів. Метод. У наближенні Крилова-Боголюбова-Митропольського запропоновано методом послідовних наближень спосіб розв’язку нелінійного неоднорідного диференційного рівняння другого порядку з квадратичною нелінійністю шуканої функції при першій похідній. Запропонований метод розв’язку дозволив отримати частотно-часову та часову залежність морфології сигналу на виході нелінійного осциляторного нейрона з урахуванням його порогового ефекту при дії на нейрон різних структурою вхідних сигналів. Також запропоновано кодування інформації нелінійним осциляторним нейроном на основі частотної модуляції та декодування за допомогою оберненого оператора, що діє на вектор вихідного сигналу. Результати. Побудована нелінійна модель осциляторного нейрона реалізована в середовищі комп’ютерної математики «Mathematica 7.0». Досліджено частотно-часову та часову залежність морфології сигналу на виході нелінійного осциляторного нейрона з урахуванням його порогового ефекту при різних значеннях параметрів вхідного нестаціонарного сигналу і різних вагових синаптичних зв’язках. Висновки. Встановлено існування резонансного ефекту у нелінійному нейроні за умови рівності частоти зовнішнього нестаціонарного сигналу та власної частоти динаміки нейрона. Показано, що нелінійний осциляторний нейрон відіграє роль частотного модулятора та суттєво видозмінює структуру вхідного інформаційного нестаціонарного сигналу (форму, частоту та амплітуду). Запропоновано кодування інформації нелінійним осциляторним нейроном на основі частотної модуляції та декодування за допомогою оберненого оператора. EN: Context. Deals with the problem of time-frequency and time dependence of the morphology of the signal at the output of nonlinear oscillatory neuron with regard to its threshold effect. The object of study is non-linear modified model of Van-der-Pol, which describes the dynamics of nonlinear oscillatory neurons under the action of various shape, frequency and amplitude of an external non-stationary signals. Objective. Construction of nonlinear mathematical models of oscillatory dynamics of a neuron given its threshold effect under the action of a neuron to external non-stationary signals. Method. In the approximation of Krylov-Bogoliubov-Mitropolskii the proposed method of successive approximations method for solving nonlinear differential equations of second order with quadratic nonlinearity of the unknown function with the first derivative. The proposed solution method allowed us to obtain the frequency-temporal and temporal dependence of the morphology of the signal at the output of nonlinear oscillatory neuron given its threshold effect when the effect on the neuron structure of the various input signals. Proposed coding information oscillatory nonlinear neuron on the basis of frequency modulation and decoding using the inverse operator which acts on the vector of the output signal. Results. A non-linear model, the oscillatory neuron is implemented in the environment of computer algebra “Mathematica 7.0”. Investigation of frequency-temporal and temporal dependence of the morphology of the signal at the output of nonlinear oscillatory neuron given its threshold effect at various values of the parameters of the input non-stationary signal and different weight of synaptic connections. Conclusions. The existence of the resonance effect in nonlinear neuron with equal external frequency non-stationary signal and frequencies of the dynamics of the neuron. It is shown that nonlinear oscillatory neuron plays the role of the frequency modulator and significantly alters the structure of the input information signal is non-stationary (shape, frequency and amplitude). Proposed coding information oscillatory nonlinear neuron on the basis of frequency modulation and decoding by using the inverse operator.
The system of criteria for feature informativeness estimation in pattern recognition
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Oliinyk, A.; Subbotin, S.; Lovkin, V.; Blagodariov, O.; Zaiko, T.; Олійник, Андрій Олександрович; Субботін, Сергій Олександрович; Льовкін, Валерій Миколайович; Благодарьов, О. Ю.; Зайко, Тетяна Анатоліївна
EN: Context. The task of automation of feature informativeness estimation process in diagnostics and pattern recognition problems is solved. The object of the research is the process of informative feature selection. The subject of the research are the criteria of feature informativeness estimation. Objective. The research objective is to develop the system of criteria for feature informativeness estimation which enables to compute informativeness of interdependent feature sets. Method. The system of criteria for feature informativeness estimation is proposed. The proposed system is based on the idea that feature significance is computed according to spatial location of observations of different classes (size of changing of output parameter). The developed criteria system enables to estimate individual and group feature informativeness in classification and regression problems in situations when initial data samples contain redundant and interdependent features as well as observations with missing values. The proposed criteria don’t require to construct models based on the estimated feature combinations, in such a way considerably reducing time and computing costs for informative feature selection. Application of the proposed criteria for estimation and selection of informative features allows to reduce structural complexity of synthesized diagnosis and recognition models, to raise its interpretability and generalization ability due to removing of insignificant, interdependent and redundant features in diagnostics and pattern recognition problems. Results. The software which implements the proposed system of criteria for feature informativeness estimation and allows to select informative features for synthesis of recognition models based on the given data samples has been developed. Conclusions. The conducted experiments have confirmed operability of the proposed system of criteria for feature informativeness estimation and allow to recommend it for processing of data sets for pattern recognition in practice. The prospects for further researches may include the modification of the known feature selection methods and the development of new ones based on the proposed system of criteria for individual and group feature informativeness estimation. UK: Актуальність. Вирішено задачу автоматизації процесу оцінювання інформативності ознак при розв’язанні завдань діагностування та розпізнавання образів. Об’єкт дослідження – процес відбору інформативних ознак. Предмет дослідження – критерії оцінювання інформативності ознак. Мета роботи полягає в створенні системи критеріїв оцінювання інформативності ознак, що дозволяє обчислювати інформативність наборів взаємозалежних ознак. Метод. Запропоновано систему критеріїв оцінювання інформативності ознак. Запропонована система передбачає визначення значущості ознак виходячи з просторового розташування екземплярів різних класів (діапазонів зміни значень вихідного параметра). Розроблена система критеріїв дозволяє оцінювати індивідуальну і групову інформативність ознак при вирішенні задач класифікації і регресії в умовах, коли вихідні вибірки даних містять надлишкові і взаємозалежні ознаки, а також екземпляри з пропущеними значеннями. Запропоновані критерії не вимагають побудови моделей на основі оцінюваних комбінацій ознак, що істотно знижує часові і обчислювальні витрати в процесі відбору ознак. Використання запропонованих критеріїв для оцінювання та відбору інформативних ознак дозволяє при вирішенні завдань діагностування та розпізнавання образів знижувати структурну складність синтезованих діагностичних і розпізнавальних моделей, підвищувати їх інтепретовність і узагальнюючі властивості за рахунок виключення малозначущих, взаємозалежних і надлишкових ознак. Результати. Розроблено програмне забезпечення, що реалізує запропоновану систему критеріїв оцінювання інформативності ознак і дозволяє виконувати відбір ознак для синтезу розпізнавальних моделей на основі заданих наборів даних. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованої системи критеріїв оцінювання інформативності ознак і дозволяють рекомендувати її для використання на практиці при обробці масивів даних для розпізнавання образів. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в модифікації існуючих і розробці нових методів відбору ознак на основі запропонованої системи критеріїв оцінювання індивідуальної і групової інформативності ознак.
Інтервальний нечіткий кластерний аналіз для моніторингу стану артезіанської свердловини
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Кондратенко, Н. Р.; Снігур, О. О.; Kondratenko, N. R.; Snihur, O. O.
UK: Актуальність. Моніторинг природних систем різного характеру є необхідною умовою раціонального природокористування. Технології інтелектуального аналізу даних, зокрема кластерний аналіз, надають широкі можливості для візуалізації наборів даних, що дозволяє використовувати ці технології людьми, які не мають спеціальної математичної підготовки. Задача моніторингу системи, стан якої змінюється в часі, висуває вимогу розширеної інтерпретації результатів кластеризації з урахуванням історичних даних. Технічні можливості для виявлення характеру змін, що відбуваються в об’єкті, представленому набором даних, мають особливе значення в задачі моніторингу водних ресурсів, оскільки вони перебувають у тісному взаємозв’язку з зовнішнім середовищем, та величина їхніх запасів залежить від багатьох факторів, зовнішніх відносно водоносної системи. Після введення в експлуатацію артезіанська свердловина потребує постійного спостереження задля правильного керування експлуатацією підземних вод, захисту їх від забруднення та вичерпання, а також попередження негативних наслідків впливу водовідбору на навколишнє середовище. Крім того, для складних природних систем характерна висока надлишковість простору параметрів, а також наявність як відомих, так і не виявлених досі кореляційних зв’язків між параметрами. Ці фактори зумовлюють необхідність використання методів кластерного аналізу, здатних працювати в умовах невизначеності та надлишковості параметрів. Мета роботи – розширення можливостей для аналізу зміни стану системи в часі шляхом урахування невизначеностей, присутніх у даних спостережень. Метод. Запропоновано застосування методу інтервального нечіткого кластерного аналізу для дослідження зміни характеристик набору даних у часі та виявлення загальних тенденцій. Формалізація поставленої технологічної задачі в термінах інтелектуального аналізу даних передбачає можливість одночасної роботи з множиною вхідних векторів. Сформульовано покроковий алгоритм побудови інтервальної оцінки стану природної системи на основі історичних даних спостережень та поточних значень. Результати. Запропоновану модель адаптовано до розв’язання технологічної задачі моніторингу артезіанської свердловини та експериментально показано можливості раннього виявлення прихованих закономірностей. Висновки. Інтервальний нечіткий кластерний аналіз дозволяє враховувати та моделювати невизначеності довільної природи, що виникають у даних досліджень артезіанської свердловини на різних стадіях моніторингу. Показано, що одночасне подання на вхід системи даних кількох свердловин може дати змогу оцінити не лише їхнє розташування щодо стандартних компактних класів за (потенційною) якістю води, але й взаємне розташування, і в кінцевому підсумку вказати на деяку не виявлену до цього закономірність. EN: Context. Monitoring natural systems of diverse nature is an essential condition of rational environmental management. Data Mining technologies, cluster analysis in particular, provide a wide range of capabilities for data sets visualization, which makes it possible for these technologies to be used by individuals with no specialized background in mathematics. The task of monitoring a system that changes its state in time requires extended interpretation of clustering result, which would allow accounting for historical data. Technical capabilities for revealing the nature of changes occurring in the object represented by a data set are of particular importance in water resources monitoring area, as they are strongly related to their environment, and the quantity of the available reserves depend on multiple factors, which are external to the water-bearing system. Upon commissioning, an artesian well requires constant monitoring in order to ensure proper management of groundwater processing, protection against pollution and exhaustion, and preventing negative effects of groundwater mining on the environment. In addition, high redundancy of the parameter space is typical for complex natural systems, as well as existence of both known and not yet discovered correlations between parameters. These factors necessitate the use of cluster analysis methods, which would be capable of operating within the conditions of uncertainty and parameter redundancy. Objective. The goal of the research is extending the capabilities for analyzing changes in a system’s state in time by accounting for uncertainties present in observations data. Method. An application of the interval fuzzy cluster analysis method for investigating changes in data set characteristics in time, and for revealing general trends, is proposed. Formalizing the technological problem faced by the research in terms of Data Mining provides for a possibility of simultaneously processing multiple input vectors. A step-by-step algorithm for interval evaluation of the state of a natural system based on historical observations data and current values is developed. Results. The proposed model is adapted for solving the technological task of an artesian well monitoring, and its capabilities for revealing hidden patterns on early stages are demonstrated experimentally. Conclusions. Interval fuzzy cluster analysis allows taking into account and modeling uncertainties of any given nature, which may occur in artesian well research data on different stages of monitoring. It is shown, that concurrent input of multiple wells data may allow to evaluate not only there position against the standard compact classes according to (potential) water quality, but also their position against each other, and eventually indicate a previously unknown pattern.
Перспективні технології дослідження великих даних у розподілених інформаційних системах
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Бойко, Н. І.; Boyko, N.
UK: Актуальність. Розглянуто питання коректної інтерпретації інформаційних потоків у розподілених інформаційних системах. Об’єктом дослідження є методи дослідження просування «великих даних» по кластерах системи. Мета роботи є дослідження перспективних напрямків та технологій для аналізу структур даних у розподілених інформаційних системах. Метод. Розглянуто технології обробки великих даних. Проведено аналіз кожної з них. Наведено приклад застосування парадигми MapReduce, завантаження великих обсягів даних на сервер, опрацювання та аналіз неструктурованої інформації та розподілення її у кластеризовану базу даних. В статті узагальнено поняття “великі дані”. Наводяться приклади методів по роботі з масивами неструктурованих даних. Виділені наукові спрямування для аналізу великих даних. Сформульовані принципи роботи неструктурованих даних у розподілений інформаційних системах. Приводиться робота платформ Hadoop MapReduce та Apache Spark. Аналізуються їхні властивості та приводяться відмінності. Наводиться порівняльний аналіз продуктивності обох платформ у відношенні – час виконання до кількості ітерацій. Розглядаються способи створення RDD: розпаралелення переданої колекції в програмі та посилання на зовнішню файлову систему в Hadoop. Також наводиться приклад розпаралеленої системи RDD. Пропонується робота класу одинак для основних операцій з базою даних: підключення до бази даних, створення таблиці, знищення таблиці, отримання рядка по id, повернення усіх елементів бази даних, оновлення, видалення та створення рядка. Результати. Проведений аналіз моделей Spark та Hadoop MapReduce для поеапної побудови розподіленої інформаційної системи. Побудований SparkConf об’єкт, який містить інформацію про аплікацію і є кінцевим варіантом експеременту. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованих методів, які здатні обробляти горизонтальні масиви даних, що розпаралелені через неякісний спосіб представлення інформації. Такі перспективні напрямки роботи аналізують структуру даних з метою прогнозу результатів та створюють алгоритми передових кореляцій, що сприяють новому розумінню діяльності розподілених інформаційних систем. Подальші дослідження можуть полягати в широкому застосуванні інформаційних систем, які би забезпечували повний комплекс технологічного процесу адаптації інформаційних потоків у кластери. EN: Context. Considered question correct interpretation information flow in distributed information systems. The object of study methods are promotion “big data” on cluster system. Objective. Is the study promising areas and technology for the analysis of structures data in distributed information systems. Method. The big data tendency prospects as well as timeliness of the problem are studied in this paper. The principles of work with them are addressed. Big data processing technologies are provided. The analysis of each one is performed. An example of “MapReduce” paradigm application, uploading of big volumes of data, processing and analyzing of unstructured information and its distribution into the clustered database is provided. The article summarizes the concept of “big data”. Examples of methods for working with arrays of unstructured data. Dedicated scientific guidance for analyzing big data. The principles of unstructured data in distributed information systems. Driven work platform “Hadoop MapReduce” and “Apache Spark”. Analyzed their properties and given the differences. An analysis of comparative performance against both platforms – the performance of the number of iterations. Consider ways to create RDD: parallelization transmitted collection program and a link to an external file system in “Hadoop”. There is an example rozparalelenoyi system RDD. Proposed work lone class for basic database operations: database connection, create a table, a table, get in line id, returning all elements of the database, update, delete and create the line. Results. The analysis Models Spark and Hadoop MapReduce for phased construction distributed information system. built up SparkConf object, containing information about applique and is the final version of the experiment. Conclusions. Conducted experiment confirmed efficiency the proposed method, are capable process horizontal data arrays, that parallelization by defective presentation of information. These promising areas of analyze structure data for the purpose of forecast results and create algorithms advanced correlation, contributing new understanding activity distributed information systems further research can consist in wide use information systems, that would provide a full range technological process adaptation information flows in clusters.
Моделирование и анализ параметров электропорации мембраны биологической клетки в импульсном электрическом поле с изменяемой напряженностью
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Шигимага, В. А.; Мегель, Ю. E.; Коваленко, С. В.; Коваленко, С. Н.; Шигимага, В. О.; Мегель, Ю. Є.; Коваленко, С. В.; Коваленко, С. М.; Shigimaga, V. A.; Megel, Yu. Ye.; Kovalenko, S. V.; Kovalenko, S. M.
RU: Актуальность. В работе с помощью методов нелинейной аппроксимации решена задача построения моделей электропорации мембран биологических клеток по экспериментальным зависимостям их удельной электропроводности от напряженности импульсного электрического поля. Цель работы – построение моделей, адекватно описывающих экспериментально полученные нелинейные эффекты проводимости клетки, включая обратимую электропорацию, необратимый электропробой или локальный обратимый электропробой мембран при слиянии двух контактирующих клеток. Методы. В качестве функций, моделирующих экспериментальные данные, выбраны полиномы 8–10 степеней, а критериями оценки параметров электропорации определены координаты локальных экстремумов их кривизны и точек перегиба, которые характеризуют конкретное состояние мембраны клетки при данной напряженности поля. Задача аппроксимации решалась методом наименьших квадратов. Вычисление оценки коэффициентов полиномов производилось методом Гаусса – реализованы прямой и обратный ход. Имеется возможность отыскивать экстремумы полученных полиномов высоких степеней, задавая погрешность вычислений. Для подбора степени полинома использована среднеквадратическая ошибка аппроксимации. Вычислив первые и вторые производные проводимости, рассчитывается текущая кривизна полинома. Полученные предложенными методами значения кривизны позволяют определить точки перегиба кривой для определения электропробоя мембраны клетки. Результаты. Разработано прикладное программное обеспечение, с помощью которого построены полиномиальные модели проводимости биологической клетки в изменяемом по напряженности импульсном электрическом поле и проведен их количественный математический анализ. Все указанные расчеты подтверждаются графиками, часть из которых можно просмотреть в увеличенном масштабе. Выводы. Вычислены параметры электропорации мембраны биологической клетки, полученные путем анализа функции кривизны полиномиальных моделей. Разработанные аналитические методы и программное обеспечение для определения параметров электропорации позволяют рекомендовать их для использования на практике при вычислении числовых значений напряженности поля и проводимости, при которых обеспечиваются конкретные режимы электропорации мембраны биологической клетки. UK: Актуальність. В роботі за допомогою методів нелінійної апроксимації розв’язана задача побудови моделей електропорації мембран біологічних клітин за експериментальними залежностями їх питомої електропровідності від напруженості імпульсного електричного поля. Мета роботи – побудова моделей, що адекватно описують експериментально отримані нелінійні ефекти провідності клітини, включаючи зворотню електропорацію, незворотній електропробій або локальний зворотній електропробій мембран при злитті двох контактуючих клітин. Метод. В якості функцій, що моделюють експериментальні, обрані поліноми 8–10 степеня, а критеріями оцінки параметрів електропорації визначені координати локальних екстремумів їх кривизни і точок перегину, які характеризують конкретний стан мембрани клітини при даній напруженості поля. Задача апроксимації розв’язувалась методом найменших квадратів. Обчислення оцінки коефіцієнтів поліномів здійснене методом Гауса – реалізовані прямий і зворотний хід. Є можливість відшукувати екстремуми отриманих поліномів високих степенів, задаючи похибку обчислень. Для підбору степеня полінома використана середньоквадратична помилка апроксимації. Обчисливши перші і другі похідні провідності, розраховується поточна кривизна полінома. Значення кривизни полінома, що отримані запропонованими методами, дозволяють визначити точки перегину кривої для визначення електропробою мембрани клітини. Результати. Розроблено прикладне програмне забезпечення, за допомогою якого побудовані поліноміальні моделі провідності біологічної клітини в імпульсному електричному полі з напруженістю, що змінюється, та проведено їх кількісний математичний аналіз. Всі указані розрахунки підтверджуються графіками, частину з яких можна переглянути у збільшеному масштабі. Висновки. Обчислено параметри електропорації мембрани біологічної клітини, що отримані шляхом аналізу функції кривизни поліноміальних моделей. Розроблені аналітичні методи і програмне забезпечення для визначення параметрів електропорації дозволяють рекомендувати їх для використання на практиці при обчисленні числових значень напруженості поля і провідності, при яких забезпечуються конкретні режими електропорації мембрани біологічної клітини. EN: Context. The problem of constructing electroporation models for membranes of biological cells by the methods of nonlinear approximation using the experimental dependences of their specific electric conductivity on intensity pulsed electric field was solved in the paper. Objective is a construction of models, which adequately describe the experimentally obtained nonlinear effects of the conductivity of the cell, including reversible electroporation, irreversible electrical breakdown or local reversible electrical breakdown of membranes at the fusion of two contacting cells. Method. Polynomials of 8–10 degrees are chosen as the functions that modelling the experimental ones and the criteria for estimating the parameters of electroporation are the coordinates of the local extrema of their curvature and inflexion points that characterize the specified state of the cell membrane at current field intensity. The approximation problem was solved by the least squares method. The calculation of the estimate of the polynomials coefficients was carried out by the Gaussian elimination – the forward and reverse moves were realized. It is possible to search for extrema of the obtained polynomials of high degrees by specifying a calculation error. The root-mean-square error of the approximation is used for finding the degree of the polynomial. The current curvature of the polynomial is counted by calculating the first and second order derivatives of conductivity. The values of the curvature, which obtained via these methods, make possible to determine the inflexion points of the curve for purpose to determine breakdown of a cell membrane. Results. Applied software was developed, polynomial models of the conductivity of a biological cell in a varied intensity pulsed electric field were constructed and their quantitative mathematical analysis was carried out by using this software. All these calculations are proved by graphs, some of which can be viewed on an enlarged scale. Conclusions. The parameters of electroporation of a biological cell membrane obtained by analysing the curvature function of polynomial models are calculated. The developed analytical methods and software for determining the parameters of electroporation allow us to recommend them for use in practice in calculating the numerical values of the field intensity and conductivity at which specific electroporation regimes of the biological cell membrane are provided.
Корректное статистическое моделирование в условиях неполной исходной информации
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Радченко, С. Г.; Радченко, С. Г.; Radchenko, S. G.
RU: Актуальность. Рассмотрена задача статистического моделирования сложных систем и процессов в условиях неполной исходной информации. Целью данной работы является использование метода формализованного получения структуры многофакторной статистической модели и устойчивого оценивания ее коэффициентов для получения высокоточных статистических моделей упругих деформаций технологической системы токарного станка. Методы. При решении прикладных задач анализ исходных данных получения статистических моделей показал, что часто они строятся в условиях неполной исходной информации и решаемая задача является некорректно поставленной. В таких условиях проблемами построения моделей является получение структуры модели и ее устойчивость. Предложена расширенная концепция ортогональности получаемой модели: план эксперимента, структура модели и структурные элементы модели ортогональны друг к другу. Ортогональная структура многофакторной статистической модели позволяет получить статистически независимые оценки коэффициентов моделируемую функцию. Такая структура может быть определена однозначно со статистически значимыми коэффициентами. Нормирование ортогональных эффектов позволяет получить максимально устойчивую структуру модели и, следовательно, ее коэффициентов. Решаемая задача будет корректно поставленной. Результаты. Применение рассмотренного метода формализованного получения структуры многофакторной статистической модели и устойчивого оценивания ее коэффициентов использовано для получения высокоточных статистических моделей упругих деформаций обрабатываемой на токарном станке стальной заготовки. Выполнен полный факторный эксперимент, где факторами служили сила резания, длина заготовки, диаметр заготовки, а откликом (функцией) – величина упругих деформаций системы. По результатам эксперимента построены статистические регрессионные модели деформаций и . В структуре моделей факторы представлены ортогональными контрастами. При формировании структуры модели в нее вводятся статистически значимые эффекты. Проведенные проверки полученных моделей по критериям качества показали их высокую информативность, устойчивость, адекватность, статистическую эффективность. Использование моделей на станках с числовым программным управлением позволяет сократить число проходов режущего инструмента и, следовательно, время обработки детали. Выводы. Результаты использования расширенной концепции ортогональности и структуры модели полного факторного эксперимента при получении моделей упругих деформаций технологической системы токарного станка подтвердили перспективность применения рассматриваемого подхода, его эффективность и целесообразность при построении регрессионных статистических моделей сложных систем и процессов. UK: Актуальність. Розглянуто завдання статистичного моделювання складних систем і процесів в умовах неповної первинної інформації. Метою роботи є використання методу формалізованого отримання структури багатофакторної статистичної моделі і стійкого оцінювання її коефіцієнтів для одержання високоточних статистичних моделей пружних деформацій технологічної системи токарного верстата. Методи. При вирішенні прикладних задач аналіз первинних даних отримання статистичних моделей показав, що часто вони будуються в умовах неповної первинної інформації і розв’язувана задача є некоректно поставленою. В таких умовах проблемами побудови моделей є отримання структури моделі і її стійкість. Запропоновано розширену концепція ортогональності одержуваної моделі: план експерименту, структура моделі та структурні елементи моделі ортогональні. Ортогональна структура багатофакторної статистичної моделі дозволяє отримати статистично незалежні оцінки коефіцієнтів модельованої функції Така структура може бути визначена однозначно зі статистично значущими коефіцієнтами. Нормування ортогональних ефектів дозволяє отримати максимально стійку структуру моделі і, отже, її коефіцієнтів. Розв’язувана задача буде коректно поставленою. Результати. Застосування розглянутого методу формалізованого отримання структури багатофакторної статистичної моделі і стійкого оцінювання її коефіцієнтів використано для одержання високоточних статистичних моделей пружних деформацій оброблюваної на токарному верстаті сталевої заготовки. Виконано повний факторний експеримент, де факторами служили сила різання, довжина заготовки, діаметр заготовки, а відгуком (функцією) – величина пружних деформацій системи. За результатами експерименту побудовано статистичні регресійні моделі деформацій і . У структурі моделей фактори представлені ортогональними контрастами. При формуванні структури моделі в неї вводяться статистично значущі ефекти. Проведені перевірки одержаних моделей за критеріями якості показали їх високу інформативність, стійкість, адекватність, статистичну ефективність. Використання моделей на верстатах з числовим програмним управлінням дозволяє скоротити кількість проходів ріжучого інструмента і, отже, час обробки деталі. Висновки. Результати використання розширеної концепції ортогональності і структури моделі повного факторного експерименту при отриманні моделей пружних деформацій технологічної системи токарного верстата підтвердили перспективність застосування розглянутого підходу, його ефективність і доцільність при побудові регресійних статистичних моделей складних систем і процесів. EN: Context. Urgent problem of statistical modeling of the complex systems and processes in conditions of incomplete initial information has been considered. Objective. The work objective is the use of the method of formalized obtaining of the structure of multifactor statistical model and stable estimation of its coefficient for obtaining highly precise statistical models of elastic deformations of technological system of a lathe. Methods. When solving applied problems, the analysis of initial data on obtaining statistical models has shown that they are often constructed in conditions of incomplete initial information and the problem which is solved is incorrectly formulated one. In such conditions the model structure obtaining and its stability prove to be the problems in models construction. The author proposes an extended conception of orthogonality of the obtained model: the experiment design, model structure and structure elements of the model are orthogonal. The orthogonal structure of the multifactor statistical model allows obtaining statistically independent estimates of coefficients of the modeled function. Such a structure may be defined unambiguously with statistically significant coefficients. Normalization of orthogonal effects permits obtaining a maximally stable model structure, and, consequently, its coefficients. The problem will be well-posed. Results. Application of the considered method of formalized obtaining of the structure of multifactor statistical model and stable estimation of its coefficients is used for obtaining accurate statistical models of elastic deformations of a steel work-piece processed by a lathe. A complete factor experiment has been fulfilled; the factors were as follows: cutting force, work-piece length and diameter, and a response – the value of elastic deformations of the system. Statistical regression moments and were constructed as the experiment result. In the structure of models the factors are presented by orthogonal contrasts. Statistically significant effects are introduced in the model structure under its formation. The checks of the obtained models by quality criteria have shown their high informativeness, stability, adequacy, statistical efficiency. Using the models on lathes with numerical programmed control allows decreasing the number runs of the cutting tool and, consequently, the time of work-piece processing. Conclusion. The results of the use of the extended conception of orthogonality and structure of the model of a complete factor experiment, when obtaining the models of elastic deformations of technological system of a lathe, have confirmed the great prospects of application of the considered approach, its effectiveness and expediency in constructing regression statistical models of complex systems and processes.
Розв’язування пружнодинамічної задачі у пористому флюїдонасиченому кусково-однорідному півпросторі непрямим методом приграничних елементів
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Журавчак, Л. М.; Забродська, Н. В.; Zhuravchak, Lubov; Zabrods’ka, Natalia
UK: Актуальність. Розв’язуючи різноманітні прикладні задачі інженерної та нафтогазової геології, геофізики та геодинаміки, дослідники часто використовують методи, що базуються на явищі сейсмоелектричного ефекту 2 роду, оскільки електромагнітне поле електрокінетичного походження набагато інформативніше, ніж сейсмічне, що його породило, і дозволяє визначати важливі петрофізичні параметри (наприклад, пористість та флюїдопроникність) геологічного середовища. На першому етапі дослідження цього ефекту виникає необхідність розв’язування пружнодинамічної задачі, об’єктом дослідження якої є процеси поширення пружних хвиль у пористих вологонасичених кусково-однорідних середовищах. Ця задача також має самостійне значення при моніторингу еконебезпечних явищ, зокрема, деформаційних процесів в ґрунтових масивах (особливо у гірських районах), які пов’язані з їх просіданням внаслідок карстопроявів, землетрусів, фільтрації атмосферних опадів на схилах та іншими явищами. Мета роботи. Побудова математичної моделі поширення пружних хвиль у кусково-однорідних середовищах; створення програмних засобів для її числової реалізації та апробація її ефективності; проведення числових досліджень залежності розподілу компонент переміщень на границі півпростору від параметрів середовища. Метод. Для створення математичної моделі задачі використано теорію Біо, а для побудови її числово-аналітичного розв’язку – непрямий метод приграничних елементів, який базується на теорії методів граничних інтегральних рівнянь. Результати. Розроблено програмне забезпечення, яке реалізує метод приграничних елементів для чисельно-аналітичного моделювання пружнодинамічної задачі, та обґрунтовано його ефективність. Проведено обчислювальні експерименти для оцінки похибок дискретизації приграничної області та апроксимації математичної моделі. Висновки. Досліджено вплив зміни флюїдопроникності та пористості включення у формі паралелепіпеда на розподіл компонент переміщень на границі півпростору. Наведено практичні рекомендації по розпізнаванню включень. EN: Context. Solving the different applied problems of engineering and petroleum geology, geophysics and geodynamics, researchers often use methods based on phenomenon seismic-electrical effect of the second kind, since the electromagnetic field of electrical-kinetic origin is much more informative than the seismic one that generated it, and from it they can determine important petrophysical parameters (for example, porosity and fluid permeability) geological environment. At the first stage of investigation of this effect, the need of solving an elastic-dynamic problem arises, when the object of investigation is the processes of propagation of elastic waves in porous, fluid-saturated piecewise homogeneous media. This task also has an independent meaning for monitoring ecologically dangerous phenomena in the study of deformation processes in soil massifs, especially in mountainous areas, associated with their subsidence due to caverns, earthquakes, filtration of precipitation on the slopes and other phenomena. Objective. Construction of a mathematical model for the propagation of elastic waves in piecewise homogeneous media; creation of software for its numerical implementation and testing of its effectiveness; carrying out numerical investigations of the dependence on the parameters of the medium on the distribution of the displacement components at the boundary of the half-space. Method. We used the Bio theory to create a mathematical model of the problem and the indirect method of near-boundary elements to construct its numerical-analytical solution, last one is based on the theory of methods of boundary integral equations. Results. The software that implements the near-boundary elements method for numerical and analytical modeling of the elastic-dynamic problem has been developed. Computational experiments were carried out to estimate errors of discretization of the near-boundary region and of approximation of the mathematical model. Conclusions. The effect of change of the characteristics of an inclusion (in a form of a parallelepiped), in particular its fluid permeability and porosity, on the distribution of displacement components on the half-space boundary has been investigated. The practical recommendations of the recognition of inclusions have been done.
Геометричне моделювання просторових перехідних кривих залізничних колій
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Борисенко, В. Д.; Устенко, С. А.; Устенко, І. В.; Borisenko, V. D.; Ustenko, S. A.; Ustenko, I. V.
UK: Актуальність. Питання геометричного моделювання перехідних кривих, які влаштовуються між прямолінійними і круговими ділянками залізничних колій, можна вважати розв’язаним у достатньому ступені. Але існує ряд чинників, що сприяють розробці нових методів моделювання цих важливих ділянок залізничних шляхів. Основними з них є підвищення швидкості руху потягів, збільшення їх маси, обмеженість розмірів території, на якій будується залізнична колія тощо. Важливість цього питання суттєво зростає при прокладці рейок в гірській місцевості, коли потягам доводиться долати підйоми і спуски, огинати природні та штучні перепони. За цих обставин перехідні криві набувають просторового характеру. Мета. Подальший розвиток методу геометричного моделювання просторових перехідних кривих, які влаштовуються між прямолінійними та круговими ділянками залізничних колій, розташованих у двох паралельних площинах. Метод. Перехідні ділянки залізничного шляху моделюються із застосуванням параметричних кривих, в яких за параметр приймається довжина дуги кривої. Для замкнення математичної моделі перехідних кривих приймається, що кривина кривої підпорядковується поліноміальній залежності четвертого степеня, а скруту – другого степеня. Невідомі коефіцієнти цих поліноміальних залежностей, які необхідні для розрахунку координат модельованих перехідних кривих, визначаються числовим методом, зокрема, мінімізацією функціоналу, за який приймається відхилення проміжно отриманої кінцевої точки перехідної кривої від заданої. Результати. На підставі запропонованих теоретичних положень розроблено програмний код розрахунку та візуалізації просторових перехідних кривих, які забезпечують плавний перехід від прямолінійних ділянок залізничного шляху до кругових за умови, що обидві ці ділянки знаходяться в паралельних площинах. Висновки. Запропоновано новий метод моделювання просторових перехідних кривих залізничних колій, які прокладаються на місцевості зі складних рельєфом. Практичною реалізацію багатьох варіантів просторових перехідних кривих, що влаштовуються між прямолінійною і круговою ділянками залізничного шляху, доведена працездатність методу їх геометричного моделювання. EN: Context. The problem of geometric modelling of transitional curves, which are placed between rectilinear and circular sections of railway tracks, can be considered solved sufficiently. However, there are a number of factors that contribute to the development of new methods for modelling these important sections of the railway tracks. The main of them are the increase in the speed of the train, the increase in their mass, the limited size of the territory on which the railway is built, etc. The importance of this issue is greatly increased when laying rails in a mountainous area, when trains have to overcome the ups and downs, bend around natural and artificial obstacles. Under these conditions, the transition curves acquire a spatial character. Objective. Further development of the method of geometric modelling of spatial transition curves, which are placed between rectilinear and circular sections of railway tracks located in two parallel planes. Method. Transitional sections of the railway track are modelled using parametric curves, in which the length of the curve arc is taken as the parameter. To close the mathematical model of the transition curves, it is assumed that the curvature of the curve is subject to a polynomial dependence of the fourth degree, and torsion to the second degree. The unknown coefficients of these polynomial dependencies, which are necessary for calculating the coordinates of the simulated transition curves, are determined by a numerical method, in particular, by minimization of the functional for which the deviation of the intermediate obtained final point of the transition curve from the given one is accepted. Results. On the basis of the proposed theoretical proposition, a program code for calculating and visualizing spatial transition curves providing a smooth transition from rectilinear sections of a railway track to a circular one is developed, provided that both these sections are in parallel planes. Сonclusions. A new method is proposed for modelling the spatial transition curves of railway tracks, which are laid on the terrain with a complex relief. Practical implementation of many variants of spatial transition curves placed between the rectilinear and circular sections of the railway track has proved the operability of the method of their geometric modelling.

Browse

Recent Submissions