Анотація до роботи:

Бойко Ю. Структурно-алгоритмічне моделювання керованих електромеханічних систем, що містять ланки з розподіленими параметрами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 01.05.02 – Математичне моделювання та обчислювальні методи. – Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2009.

Дисертаційна робота присвячена розробці, обґрунтуванню і дослідженню методу структурно-алгоритмічного моделювання керованих електромеханічних систем (ЕМС). У роботі створена бібліотека математичних моделей типових елементів із зосередженими та розподіленими параметрами, а також нелінійних елементів для ЕМС. Запропоновано метод структурно-алгоритмічного моделювання, який використовує бібліотеку базових алгоритмів, отриманих на основі детального математичного опису процесів, що протікають в ланках ЕМС. Запропоновано структуру програмної моделюючої системи що реалізує розроблену бібліотеку алгоритмів моделювання елементів ЕМС і включає алгоритми реалізації інтегро-диференціальних та інтегральних динамічних моделей. На основі запропонованих алгоритмів моделювання і програмних засобів розв’язано ряд прикладних задач.

У дисертації розроблено, обґрунтовано і досліджено метод структурно-алгоритмічного моделювання керованих електромеханічних систем, що містять ланки з розподіленими параметрами, та реалізовано отримані алгоритми у вигляді програмних засобів відкритого типу з модульною ланковою організацією. У тому числі отримані наступні результати.

1. Створено набір математичних моделей типових елементів основних видів електромеханічних систем, у тому числі моделей ланок із зосередженими параметрами (магнітно-зв'язаний контур, електромашинний підсилювач поперечного поля, генератор і двигун постійного струму), моделей ланок з розподіленими параметрами (однорідний вал при крутильних коливаннях, електропривод з розподілено-пружною механічною частиною), ланок нелінійних елементів типу обмеження координати, релейної характеристики, прямокутної петлі гістерезису або люфта. Запропоновано підхід до моделювання розглянутих елементів і структур на основі інтегро-диференціальних рівнянь. Запропоновані моделі є основою для створення чисельних алгоритмів моделювання з орієнтацією на їх ефективну комп'ютерну реалізацію.

2. Запропоновано метод структурно-алгоритмічного моделювання ЕМС, який використовує набір моделей, реалізованих у вигляді бібліотеки базових алгоритмів, отриманих на основі детального математичного опису процесів в ланках ЕМС. Метод дозволяє дати наочне уявлення про систему довільної структури, описувати однаковим способом об'єкти за допомогою моделей різних типів та правил з'єднання окремих блоків. Крім того, метод дає можливість визначати характеристики всієї системи в цілому та окремих її частин, аналізувати і синтезувати складні об'єкти, що містять ланки як із зосередженими так і з розподіленими параметрами.

3. На основі запропонованого алгоритму чисельної реалізації дробово-раціональних передатних функцій, що ґрунтується на дискретному перетворенні Лапласа, отримані економічні дискретезовані моделі інтегратора, диференціатора, інерційної, форсуючої, дво- та трьох-кратної інерційних ланок у вигляді відповідних цифрових фільтрів.

4. Розроблено алгоритм чисельної реалізації трансцендентних та ірраціональних передатних функцій на основі інтерполяційного та варіаційного методів. Передатні функції, що належать до такого класу та часто зустрічаються на практиці, отримані у вигляді апроксимуючих дробово-раціональних виразів.

5. Запропоновано екстраполяційний метод контролю процесів чисельного моделювання динаміки систем, що дозволяє оцінити стан системи моделювання при її функціонуванні в режимі реального часу. Обчислювальний експеримент засвідчив, що використання в контрольному алгоритмі оцінок похідних, отриманих за основним алгоритмом, дозволяє забезпечити необхідний контроль без додаткових обчислювальних затрат.

6. Розроблено алгоритми прямих та ітераційних чисельних методів моделювання динамічних систем, що описуються інтегро-диференціальними рівняннями. Прямі чисельні методи доцільно використовувати в процесі функціюваня керованого об'єкту, а ітераційні - для вирішення задач лабораторного дослідження та проектування.

7. Запропоновано спосіб апроксимації дробово-раціональних передатних функцій ланцюговими дробами з реалізацією в середовищі Matlab. Обчислювальні експерименти підтвердили працездатність запропонованого алгоритму при спрощенні складних моделей в межах заданої точності моделювання.

8. Запропоновано спосіб моделювання ланок з розподіленими параметрами на основі застосування скалярної одновходової інтегральної моделі, яка ефективно реалізується за допомогою квадратурних алгоритмів.

9. Запропоновано структуру програмної моделюючої системи, що реалізує розроблений набір алгоритмів моделювання елементів ЕМС та алгоритми реалізації інтегро-диференціальних і інтегральних динамічних моделей. Застосовано функціональний стиль в програмуванні, який дозволяє визначати нові, невідомі функції у вигляді суперпозиції відомих і раніше визначених функцій. Побудовані програмні засоби забезпечують моделювання керованих ЕМС з лінійними та нелінійними ланками із зосередженими та розподіленими параметрами.

10. На основі запропонованих алгоритмів моделювання і розроблених програмних засобів вирішено ряд прикладних задач, у тому числі задачі дослідження: динаміки електроприводу верстата-качалки з синхронним електродвигуном; системи автоматичного керування дизельного двигуна з електрогідромеханічним регулятором; електроприводу летючих ножиць заготовочного стану; основних ланок приводної електромеханічної системи бурової установки; систем автоматичного керування із зворотним зв'язком та з ПІД регулятором на прикладі автоматичної системи керування технологічним процесом відділення очищення дифузійного соку цукрового виробництва.

Публікації автора:

1. Федорчук В. А. Реалізація ланцюгово-дробових наближень передатних функцій в середовищі MATLAB / В. А. Федорчук, В. А. Іванюк, Ю. Д. Бойко // Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г.Є.Пухова НАН України — В.36. — К., 2006. — C.137-146.

2. Бойко Ю. Д. Экстраполяционные алгоритмы контроля процессов численного моделирования динамических систем / Ю. Д. Бойко, Л. А. Митько, И. Х. Осман // Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г.Є.Пухова НАН України — В.40. — К., 2007. — C.3-10.

3. Федорчук В. А. Алгоритм приближения передаточных функций цепными дробями / В. А. Федорчук, В. А. Иванюк, Ю. Д. Бойко // Электронное моделирование. — 2007. — 29, № 3. — С. 93-100.

4. Федорчук В. А. Способ построения цифрового регулятора нелинейной электромеханической системы / В. А. Федорчук, Ю. Д. Бойко // Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г.Є.Пухова НАН України — В.42. — К., 2007. — C.93-97.

5. Бойко Ю. Д. Про оптимальне управління електромеханічними системами на основі багатомірних динамічних моделей / Ю. Д. Бойко, В. А. Федорчук, В. О. Тихоход// Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г.Є.Пухова НАН України — В.43. — К., 2007. — C.87-93.

6. Контрерас Д. Э. Прикладные особенности интегро- дифференциальных моделей динамических систем / Д. Э. Контрерас, Ю. Д. Бойко, А. В. Козак // Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г.Є.Пухова НАН України “Моделювання та інформаційні технології” — В.44. — К., 2007. — C.81-89.

7. Федорчук В. А. Учет инерционности каналов управления при натурном моделировании динамических объектов / В. А. Федорчук, Ю. Д. Бойко // Электронное моделирование. — 2008. — 30, № 4. — С. 125-128.

8. Федорчук В. А. Математическое моделирование основных звеньев приводной электромеханической системы буровой установки / В. А. Федорчук, Ю. Д. Бойко // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво) / Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка — В.20. — Полтава: ПолтНТУ, 2007. — С. 31—40.

9. Верлань А. А. Об одном способе синтеза нелинейных регуляторов управляемых динамических систем / А. А. Верлань, В. А. Федорчук, Ю. Д. Бойко // Електромашинобудування та електрообладнання. Міжвідомчий науково-технічний збірник — В.70. — К.:Техніка, 2008. — С. 132-137.

10. Бойко Ю. Д. Алгоритмы моделирования динамических систем на основе интегро-дифференциальных уравнений / Ю. Д. Бойко, Н. Г. Сербов // Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки: зб. наук. праць — Кам’янець-Подільський: Кам’янець-Подільський національний університет, 2008. — Вип. 1. — C.11-18

11. Бойко Ю. Методы и средства интерактивной совместимости устройств мобильной связи и компьютерных сетей / Ю. Бойко, А. А. Верлань, В. А. Тихоход // Сучасний менеджмент у виробництві та гуманітарній діяльності: Тези міжнародної наукової конференції. – Черкаси: Східноєвропейській університет економіки і менеджменту, 2005. – С.48-49

12. Verlan A. F. Vulnerability of means of protection of the information of wireless computer networks / A. F. Verlan, M. M. Karimov, Yu. Boyko // Proceedings of Fourth World Conference on Intelligent Systems for Industrial Automation, Tashkent, Uzbekistan, Nov 21-22, 2006. – P.159-162

13. Бойко Ю. Д. О применении интегро-дифференциальных уравнений при моделировании неоднородных динамических систем / Ю. Д. Бойко, Д. Э. Контрерас, Н. Г. Сербов // Интегральные уравнения 2009: Тезисы международной научной конференции, Киев, 2009. – С.32-33