Дисертацію присвячено розробці та вдосконаленні моделей, методів та засобів інформаційної технології обробки електрокардіограми, підвищенні швидкодії та точності обробки кардіосигналів, зменшенні розміру системи, призначеної для такої обробки, зниження її енергоспоживання і реалізації системи в аналоговій та цифровій елементних базах. Обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та основні задачі досліджень, визначено наукову новизну роботи і практичне значення отриманих результатів, показано зв'язок роботи з науковими темами. Подано відомості про апробацію результатів роботи, особистий внесок автора та його публікації. Виявлено, що ефективність обробки та аналізу залежить від якості попередньої обробки сигналів та природи самого сигналу. Аналіз підходів до побудови систем обробки біомедичних сигналів показав необхідність підвищення їх ефективності. Результати аналізу існуючих систем обробки кардіосигналів дали змогу стверджувати, що в більшості з них недостатньо висока точність класифікації (не вище 75 %), низька швидкодія та висока вартість обладнання, пов'язана з монополією компаній-виробників. Представлено розроблений метод аналізу електрокардіограми шляхом визначення амлітуди та тривалості кожного з P, Q, R, S, T-сегментів. Удосконалено метод попередньої обробки кардіосигналів за рахунок використання для ідентифікації та фільтрування нейронних мереж. Покращено метод класифікації кардіосигналів за допомогою використання частково-розпаралеленої нейронної мережі. Розроблені програмні та апаратні реалізації інформаційної технології обробки кардіосигналів, структурно-функціональні схеми обробки вхідних сигналів на основі мікроконтролерів та програмованих логічних інтегральних схем. Проведено моделювання та оптимізацію засобів обміну даними між структурними елементами системи. Розроблені спеціалізовані програмні продукти, призначені для попередньої обробки та аналізу ЕКГ. Розроблено серверні засоби для функціонування віддаленої web-системи для взаємодії логічної моделі «лікар-пацієнт».^UThe dissertation is devoted to development and improvement of models, methods and means of information technology of electrocardiogram processing, increase of speed and accuracy of processing of cardio signals, reduction of the size of the system intended for such processing, reduction of its power consumption and realization of system in analog and digital element bases. The relevance of the topic of the dissertation is substantiated, the purpose and main tasks of research are formulated, the scientific novelty of the work and the practical significance of the obtained results are determined, the connection of the work with scientific topics is shown. Information on approbation of the results of the work, personal contribution of the author and his publication is given. It was found that the efficiency of processing and analysis depends on the quality of signal pre-processing and the nature of the signal itself. Analysis of approaches to the construction of biomedical signal processing systems has shown the need to increase their efficiency. The results of the analysis of the existing cardio signal processing systems allowed us to state that in most of them the classification accuracy is not high enough (not higher than 75%), low speed and high cost of equipment due to the monopoly of the manufacturing companies. The developed method of electrocardiogram analysis by determining the amplitude and duration of each of the P, Q, R, S, T-segments is presented. The method of pre-processing of cardio signals due to its use for identification and filtering of neural networks has been improved. The method of classification of cardio signals by means of use of a partially-parallel neural network is improved. Software and hardware implementations of information technology of cardio signal processing, structural and functional schemes of input signal processing on the basis of microcontrollers and programmable logic integrated circuits are developed. Modeling and optimization of data exchange between the structural elements of the system. Developed specialized software products for ECG pre-processing and analysis. Server tools for the operation of a remote web-system for the interaction of the logical model "doctor-patient" have been developed.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми низької якості електричної енергії у розподільних мережах низької напруги промислових підприємств, що чинить суттєвий вплив на режими роботи й електромагнітну сумісність підключених до цих мереж споживачів. У роботі проаналізовано питання щодо особливостей зміни показників якості (ПЯ) електричної енергії (ЕЕ) у досліджуваних електричних мережах та перспективних методів їх контролю та визначення споживання ЕЕ в умовах промислових підприємств. Доведено, що в умовах насиченості розподільних мереж нелінійними споживачами домінуючим фактором погіршення ПЯ є несинусоїдальність струмів, а у цілому ряді випадків і напруги живлення на фоні досить високого рівня їх несиметрії. При цьому особливістю розрахунків енергетичних процесів у зазначених умовах є неможливість безпосереднього використання теорії та методів, застосовних при їх синусоїдній зміні, а з існуючих систем визначення електроспоживання та ПЯ електричної енергії, для розв'язання поставлених задач придатні лише комп'ютерні засоби вимірювання та їх низьковартісні мікроконтролерні аналоги для випадку розподільних вимірювальних систем.У результаті обумовлено напрямки удосконалення існуючих та особливості розробки нових методів і засобів визначення енергоспоживання та ПЯ електричної енергії через складові миттєвої потужності, що надає можливість впровадження ефективних заходів автоматичної компенсації несиметрії та несинусоїдальності в електричних мережах низької напруги. Отримано уточнені розрахункові співвідношення для досліджуваних складових енергоспоживання і показників якості електроенергії. Обумовлена можливість формування оплати електричної енергії для окремих споживачів залежно від основних складових потужності, що визначають енергопроцес – активної, реактивної та потужності спотворення. Доведена ефективність ідентифікації за допомогою розробленого математичного забезпечення однофазних і трифазних споживачів, що спотворюють якість енергетичних процесів у низьковольтних розподільних мережах на основі контролю визначених ПЯ в окремих вузлах мережі.Визначено шляхи реалізації розроблюваних методів та засобів у складі автоматичної системи технічного обліку електроенергії та розкрито особливості її побудови та ефективного використання.Достовірність отриманих у дисертаційної роботі теоретичних положень підтверджується результатами математичного та фізичного моделювання, експериментальних досліджень та дослідною апробацією у промисловості.^UThe thesis deals with the problem of low quality of electric energy in the low power distribution networks of industrial enterprises, which greatly affects the operation mode and electromagnetic compatibility of the consumers connected to these networks.The thesis contains the analysis of the issue of the peculiarities of the change of quality indicators (QI) of electric energy (EE) in the researched electric networks and promising methods of their control and determination of EE consumption in the conditions of industrial enterprises. It is proved that in the conditions of saturation of distribution networks by nonlinear consumers the dominant factor of QI deterioration consists in non-sinusoidal currents and in a number of cases also in supply voltages, against the background of rather high level of their asymmetry. The peculiarity of the calculations of energy processes in these conditions consists in the impossibility of direct use of the theory and methods applicable to their sinusoidal change, and among the existing systems of determination of electric consumption and QI of electric energy, only computer means of measurement and their low-cost microcontroller analogues for a case of the distributed measuring systems are suitable for the solution of the set tasks.As a result, the directions of improvement of existing methods and means of determination of energy consumption and QI of electric energy via the components of instantaneous power and features of development of new ones are determined, which makes it possible to introduce effective measures of automatic compensation for asymmetry and nonsinusoidality in low voltage electric networks.Improved calculated ratios for the researched components of energy consumption and electricity quality indicators are obtained. The possibility of forming payment for electricity for individual consumers depending on the main components of power that determine the energy process – active, reactive and distortion power is determined.The efficiency of identification with the help of the developed mathematical support of single-phase and three-phase consumers that distort the quality of energy processes in low-voltage distribution networks based on the control of certain QI in individual network nodes is proved.The ways of realization of the developed methods and means as a part of automatic system of technical accounting of the electric power are determined and features of its construction and effective use are revealed.The reliability of the theoretical propositions obtained in the thesis is confirmed by the results of mathematical and physical modeling, experimental research and experimental testing in industry.

Наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень щодо удосконалення неруйнівного контролю відповідальних деталей гідронасоса шляхом створення автоматизованої системи даного процесу на основі методу вихорових струмів. Запропоновано спосіб повного відсторонення від впливу зазору між вихорострумовим перетворювачем і контрольованою поверхнею феромагнітного виробу. Здійснено технічну реалізацію макетів вихорострумового дефектоскопа та автоматизованої системи на базі однокристального мікроконтролера сімейства MCS51.

  Скачати повний текст

Розроблено, створено та досліджено енергоощадні адаптивні вібраційні технологічні машини (АВТМ) з керованими вібропроводами. Здійснено аналіз і класифікацію керованих систем віброприводу, резонансних вібраційних технологічних машин, за спільними ознаками дії віброприводу на робочий орган. На підставі аналізу позитивних і негативних факторів існуючих керованих систем вібраційних приводів синтезовано структурні схеми для керованих систем з дисбалансним і електромагнітним віброприводом, які дозволяють керувати параметрами вібраційного поля ВТМ на резонансній робочій частоті вібромашини та підтримувати постійний резонансний режим роботи ВТМ незалежно від зміни маси завантаження робочого органу. Розроблено алгоритм функціонування АВТМ резонансного типу. Даний алгоритм реалізовано на промисловому мікроконтролері та перетворювачі частоти на базі широтно-імпульсно модульованої (ШІМ). Розроблено комплексну методику розрахунку електромагнітного віброприводу за використання ШІМ для живлення у АВТМ резонансного типу. Для АВТМ даного типу з дебалансним віброприводом проведено дослідження з використанням експериментальної моделі адаптивної технологічної машини. За результатами досліджень установлено взаємозв'язок енергетичних характеристик вібраційного поля АВТМ резонансного типу й енергетичних затрат дебалансного віброприводу для їх створення. Розроблено комплексну методику та принципи розрахунку дебалансного віброприводу резонансних АВТМ.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної проблеми розвитку теорії та методів аналізу динамічних режимів електромеханічних систем на основі застосування числових методів та аналізу їх впливу на характеристики електромеханічних систем.У роботі досліджено вплив числових методів розв’язування звичайних диференціальних рівнянь на поведінку цифрової моделі з коригуванням методів шляхом вибору відповідного кроку інтегрування. У цифрових системах реального часу, якими є електромеханічні системи, крок інтегрування є фіксованим і наперед заданим, що також має певний вплив на поведінку системи. Тому, з погляду задач електроенергетики та електромеханіки, актуальним залишається вивчення впливу різних підходів та методів на систему, яка моделюється та досліджується, як прототип реальних систем для побутового чи промислового застосування.У розділі 1 «Аналіз стану проблеми, постановка задачі досліджень» виконано аналіз літературних джерел за тематикою роботи. Розглянуто теоретичні засади числових методів, їх застосування та реалізація. Наведено основні відомості про використання числових методів на основі існуючих досліджень та публікацій. У розділі 2 «Аналіз числових методів інтегрування як елементів цифрових систем» наведено методи аналізу поведінки числових методів, підходи до їх вивчення та реалізації. Під час аналізу числових методів, які базуються на принципі інтегрування проаналізовано їхні переваги, недоліки та підходи до виключення, або навпаки подальшого використання для досліджень. Проведені дослідження їх ефективності, стійкості та відповідності задачам електромеханіки. виконано дослідження для дискретизації цифрових систем керування за допомогою числових методів. Для цього, їх розглянуто як цифрові фільтри, які є складовою частиною цифрової системи. Аналіз таких цифрових фільтрів реалізовано за допомогою z-перетворень. У процесі досліджень було з’ясовано, що кожен числовий метод (як цифровий фільтр) починає від себе додавати вплив на результуючу цифрової моделі, тобто, на поведінку моделі накладається поведінка числового методу. В якості одного способу виявлення цього явища обрано класичний метод частотних характеристик, а також запропоновано для аналізу використати розподіл нулів/полюсів дискретної системи на комплексній площині. За допомогою останнього методу було отримано наочний результат накладання поведінки числових методів на поведінку моделі. Поява нових додаткових нулів та полюсів дискретної системи порівняно з неперервним прототипом відчутно ускладнює результуючу цифрову модель системи. Таким чином, проведені дослідження показали доцільність використання числових методів низьких порядків з метою збереження кількості нулів/полюсів.У розділі 3 «Метод відповідності нулів і полюсів як раціональний метод синтезу цифрових систем» досліджено ефективність застосування z-перетворення, а саме – методу відображення нулів/полюсів, для створення моделей реального часу. Здійснено ретроспективний аналіз засад виникнення методу та описано основні принципи його реалізації і застосування. Вивчено ефективність реалізації методу відображення нулів і полюсів для аналізу електромеханічних систем. На прикладі моделювання динамічних ланок першого та другого порядків наведено спосіб застосування методів, переваги та нюанси такого застосування. Зроблено узагальнюючий висновок про те, що Z-перетворення дає змогу отримати прості та ефективні рекурентні формули моделювання на основі методу відображення полюс/нуль.У розділі 4 «Експериментальні дослідження. Верифікація результатів» описано розроблені здобувачкою комп’ютерні моделі електротехнічних систем. На їх основі було проведено експериментальні дослідження та наведено результати експерименту з мікроконтролером.У процесі виконання досліджень за темою дисертації було з’ясовано, що кожен числовий метод (як цифровий фільтр) починає вносити вплив на результуючу цифрову модель. Таким чином, зроблено висновок, що на поведінку моделі накладається поведінка числового методу. В якості одного зі способів виявлення цього явища обрано класичний метод частотних характеристик, а також запропоновано використати розподіл нулів/полюсів дискретної системи на комплексній площині для проведення аналізу. На останньому і було отримано наочний результат накладання поведінки числових методів на поведінку моделі. Поява нових додаткових нулів та полюсів дискретної системи порівняно з неперервним прототипом відчутно ускладнює результуючу цифрову модель системи. Отримані в процесі виконання досліджень результати дозволять здійснювати моделювання досліджуваних електромеханічних систем із вищою точністю.^UThe dissertation is devoted to the solution of the scientific and technical problem of the theory and methods development to analyze dynamic modes of electromechanical systems based on the application of numerical methods and analysis of their influence on the characteristics of electromechanical systems.The PhD thesis is devoted to the investigaton of the influence of numerical methods of ordinary differential equations solving based on the behavior of a digital model with its adjustment by choosing the appropriate integration step. In real-time digital systems, such as electromechanical systems, the integration step is fixed and predetermined that also has some influence on the behavior of the system. Therefore, from the point of view of the tasks of electric power engineering and electromechanics, it remains expedient to conduct a research of the influence of various approaches and methods on the system, which is modeled and studied as a prototype of real systems for domestic or industrial use.In the Chapter 1 "Analysis of the state of the problem, formulation of the research problem" the analysis of literary sources connected with the topic of the work is conducted. The theoretical base of numerical methods, their application and implementation are considered. The basic information about the numerical methods usage based on existing research and publications has been analyzed. Chapter 2, "Analysis of Numerical Methods of Integration as Elements of Digital Systems," presents methods intended for analyzing the behavior of numerical methods, and implementation. In the analysis of numerical methods based on the principle of integration, their advantages, disadvantages, and approaches for their further usage are presented. Their efficiency, stability, and relevance to electromechanics problems are investigated. The explicit Adams formulas are analyzed for the discretization of digital control systems using numerical methods. For this purpose, they are considered as digital filters that are an integral part of a digital system. The analysis of such digital filters was implemented using z-transforms. During the research conducting, it was found that each numerical method (as a digital filter) causes its own influence on the resulting digital model, that is, the behavior of the model is superimposed on the behavior of the numerical method. The classical method of frequency response was chosen as one way to detect this phenomenon. It was also proposed to use the distribution of zeros/poles of a discrete system on the complex plane for analysis. In fact, the last one was used to obtain an evident result of the superposition of the behavior of numerical methods on the behavior of the model. The emergence of new additional zeros and poles of the discrete system compared to the continuous prototype significantly complicates the resulting digital model of the system. Thus, the studies have shown that it is advisable to use low-order numerical methods to keep the number of zeros/poles.Chapter 3, "The Method of Zeroes and Poles Matching as a Rational Method for Digital Systems Synthesizing," investigates the effectiveness of the z-transform using, namely, the method of zeroes/poles mapping, to create real-time models. The historical foundations of the method and its basic principles of implementation and application are analyzed. The effectiveness of the implementation of the zero-pole mapping method for the analysis of electromechanical systems is studied. In the Chapter, on the example of modeling dynamic links of the first and second orders, the analysis of the methods applying, advantages and nuances of such application are presented. The Z-transform allows obtaining simple and efficient recurrent modeling formulas based on the pole/zero mapping method.In Chapter 4, "Experimental Research. Verification of Results" describes the computer models of electrical systems on the basis of which the experimental studies were conducted and the results of the experiment with a microcontroller are presented.During the research, it was found out that each numerical method (as a digital filter) adds its own influence on the resulting digital model. So, the behavior of the model is supeposed with the behavior of the numerical method. The classical method of frequency response was chosen as one way to detect this phenomenon, and we also proposed to use the distribution of zeros/poles of a discrete system on the complex plane for analysis. In fact, the last method was used as the basis for the visual result of imposing the behavior of numerical methods on the behavior of the model. The appearing of new additional zeros and poles of the discrete system compared to the continuous prototype significantly complicates the resulting digital model of the system. The results obtained in the process of the research will allow us to model the experimental electromechanical systems with higher accuracy

Розглянуто питання розробки автоматизованої системи ділення ембріонів у тваринництві. Проаналізовано мікрохірургічну технологію ділення ранніх ембріонів за допомогою заміни етапу безпосереднього ділення ембріона - біотехнічною системою на базі використання лазерного випромінювання. Описано підсистему управління потужністю лазера на основі використання мікроконтролера AVR ATmega16(L) і асемблер - програми. Обгрунтовано методи для фокусування лазерного випромінювання на ембріон і оптимізації траєкторії руху лазерного променя по ембріону під час різання. За результатами біотехнічної лазерної системи доведено, що вихід життєздатних половинок ембріонів збільшується на 15 - 20 %, скорочується час ділення від 5 до 10 разів, зменшується чисельність персоналу та витрати лабораторії мікроманіпуляцій з ембріонами на 30 - 45 %.

  Скачати повний текст

В роботі виконаний аналіз сучасного стану наукового, нормативного і технічного забезпечення вимірювання енергетичних характеристик природного газу. За результатами аналізу визначено показники кращих зразків техніки щодо вимірюваних параметрів, точності та експлуатаційних характеристик, встановлено шляхи можливого розвитку засобів вимірювання енергетичних характеристик природного газу, від високоточних калориметрів до засобів експрес-контролю теплоти згоряння природного газу за місцем його споживання.На основі проведеного аналізу обґрунтовано шляхи вдосконалення методів і створення нових засобів для вимірювання теплоти згоряння природного газу та числа Воббе. Сформульовано проблеми, які потребують вирішення, і визначено напрямки дисертаційних досліджень. Розроблено теоретичну основу створення газового калориметра. Проаналізовано кінетику реакцій горіння вуглеводнів. Досліджено методи та засоби контролю якісних показників продуктів згоряння. Проведено теоретичне обґрунтування параметрів та режиму роботи газового калориметра.Проведено теоретичні дослідження процесу вимірювання теплоти згоряння природного газу в ізоперіболічному калориметрі. Досліджено фактори, які найбільше впливають на точність вимірювання, та визначено їх числове значення для прототипу приладу. Найбільш впливовим визначеним фактором є діапазон зміни температури в калориметричній ємності. Визначено обмеження, які не дозволяють збільшувати верхню температуру в ємності вище 30°С. Запропоновано дві структурні схеми інформаційно-вимірювальних систем визначення числа Воббе.Отримано математичну модель залежності похибки визначення теплотворної здатності від діапазону зміни температури калориметричної ємності ізоперіболічного калориметра з активним керуванням теплообміном калориметричної ємності. Запропоновано метод підвищення точності калориметра шляхом збільшення діапазону зміни температури через введення в конструкцію засобів переохолодження калориметричної рідини до значення, нижчого від температури навколишнього середовища. Сформульовано недоліки, які перешкоджають використанню ізоперіболічних калориметрів як приладів найвищої точності для експрес-контролю енергетичних характеристик газу. Найбільшою перешкодою для створення портативних ізоперіболічних калориметрів є значна теплова інерційність, внаслідок якої наступне вимірювання можна проводити лише через 20-24 години від попереднього. Запропоновано та проаналізовано два методи усунення цього недоліку. Для скорочення часу між послідовними вимірюваннями запропоновано ввести в конструкцію засоби керування теплопровідністю між калориметричною ємністю та термостатованою оболонкою, які забезпечують низьку теплопровідність в процесі вимірювання та високу теплопровідність під час підготовки. Розроблено конструктив калориметра прямого згоряння, який забезпечує можливість створення технологічних у виготовленні приладів.Розроблено та виготовлено мікропроцесорний блок керування термостатом на елементах Пельтьє та сам модуль елементів Пельтьє і випробувано їх у складі прототипу калориметра. Проаналізовано хімічний склад та шляхи контролю продуктів згоряння і запропонована система регулювання стехіометричного складу паливо-повітряної суміші з давачем залишкового кисню на основі ZrO2 та давачем вмісту СО. Додатковий давач вмісту СО дозволяє контролювати повноту згоряння і отримувати цінні дані щодо рівня токсичності продуктів згоряння в оптимальному режимі горіння, який встановлюється за показами давача залишкового кисню. Проаналізовано фізичні ефекти, які безпосередньо корелюють з густиною газу та запропоновано проводити вимірювання густини з застосуванням явища резонансу газового середовища в замкненому об'ємі. Практичною реалізацією цього явища є застосування резонатора Гельмгольца, принцип якого полягає у виникненні резонансних коливань газу з частотою, яка залежить від геометричних параметрів заповненої газом ємності, та його густини. Знайдено залежності показника адіабати природного газу від вмісту окремих його компонентів як основного джерела методичної похибки. Виконано метрологічний аналіз розробленого аналізатора та густиноміра.Сформульовано алгоритм роботи інформаційно-вимірювальної системи. Розроблено та виготовлено інформаційно-вимірювальну систему визначення енергетичних характеристик газу на основі мікроконтролера Atmel, обладнану текстовим дисплеєм для відображення результатів вимірювання. Всі окремо розроблені елементи інтегровано в комплексний прилад – аналізатор енергетичних характеристик газу.Розроблено комплект технічних засобів для відбору та зберігання проб газу, який складається з циліндра-дозатора з пневматичним приводом, блока керування з автономним живленням та балонів середнього тиску з наскрізним продуванням. Розроблено алгоритм проведення відбору проби газу з використанням запропонованого комплекту технічних засобів та алгоритм регулювання числа Воббе.^UThe analysis of the current state of scientific, normative and technical support for measuring the energy characteristics of natural gas is performed in the work. According to the results of the analysis, the indicators of the best samples of equipment in terms of measured parameters, accuracy and performance characteristics, ways of possible development of means of measuring energy performance of natural gas, from high-precision calorimeters to means of express control of natural gas combustion at the place of consumption. On the basis of the conducted analysis the ways of improvement of methods and creation of new means for measurement of heat of combustion of natural gas are substantiated. The problems that need to be solved are formulated and the directions of dissertation research are determined. The theoretical basis of gas calorimeter creation is developed. The kinetics of hydrocarbon combustion reactions are analyzed. Methods and means of quality control of combustion products are investigated. Theoretical substantiation of parameters and mode of operation of gas calorimeter is carried out. Theoretical studies of the process of measuring the heat of combustion of natural gas in an isoperibolic calorimeter have been carried out. The factors that most affect the accuracy of measurement are investigated, and their numerical value for the prototype of the device is determined. The most influential determinant is the range of temperature changes in the calorimetric tank. Restrictions are determined that do not allow to increase the upper temperature in the tank above 30 °C. Two structural schemes of information-measuring systems for determining the Wobbe number are proposed. A mathematical model of the dependence of the error of determining the calorific value on the range of temperature change of the calorimetric capacity of an isoperibolic calorimeter with active control of heat exchange of the calorimetric tank is obtained. A method of increasing the accuracy of the calorimeter by increasing the range of temperature change due to the introduction into the design of means for supercooling the calorimetric liquid to a value lower than the ambient temperature. Disadvantages have been formulated that prevent the use of isoperibolic calorimeters as devices of the highest accuracy for rapid control of the energy characteristics of the gas. The biggest obstacle to the creation of portable isoperibolic calorimeters is the significant thermal inertia, as a result of which the next measurement can be performed only tens of hours from the previous one. Two methods of eliminating this shortcoming have been proposed and analyzed. To reduce the time between successive measurements, it is proposed to introduce into the design means for controlling the thermal conductivity between the calorimetric tank and the thermostated shell, which provide low thermal conductivity during the measurement and high thermal conductivity during preparation. The design of a direct combustion calorimeter has been developed, which provides the possibility of creating technological devices in the manufacture. A microprocessor thermostat control unit on Peltier elements and a module of Peltier elements were developed and tested and tested as part of a calorimeter prototype. The chemical composition and ways of control of combustion products are analyzed and the system of regulation of the stoichiometric composition of the fuel-air mixture with the residual oxygen sensor based on ZrO2 and the CO content sensor is proposed. The additional CO content sensor allows to control the completeness of combustion and to obtain valuable data on the level of toxicity of combustion products in the optimal combustion mode, which is set according to the readings of the residual oxygen sensor. The physical effects that directly correlate with the density of the gas are analyzed and it is proposed to measure the density using the phenomenon of resonance of the gaseous medium in a closed volume. A practical implementation of this phenomenon is the use of the Helmholtz resonator, the principle of which is the occurrence of resonant oscillations of the gas with a frequency that depends on the geometric parameters of the gas-filled container and its density. The dependences of the natural gas adiabatic index on the content of its individual components as the main source of methodological error are found. Metrological analysis of the developed analyzer and densitometer was performed.The algorithm of operation of the information-measuring system is formulated. An information and measurement system for determining the energy characteristics of gas.All separately developed elements are integrated into a complex device - an analyzer of energy characteristics of gas.A method of gas sampling using the proposed set of technical means and a method of measuring the Wobbe number have been developed.

Розроблено новий алгоритм модулярного множення, що відрізняється від класичного табличним способом виконання модулярної редукції за сталого модуля та забезпечує суттєве зменшення обчислювальної складності за рахунок використання результатів передобчислень. Здійснено модифікацію алгоритму модулярного множення Монтгомері для сталого модуля, обчислювальна складність якого близька до теоретичного мінімуму та вдвоє менша у порівнянні з алгоритмом Монтгомері. Розроблено метод прискореної обчислювальної реалізації модулярного експоненціювання з використанням редукції Монтгомері на основі запропонованих алгоритмів модулярного піднесення до квадрату та множення на сталий співмножник для малорозрядних мікропроцесорів, мікроконтролерів та смарт-карт, який забезпечує вшестеро більшу продуктивність у порівнянні з алгоритмом модулярного експоненціювання Монтгомері.

  Скачати повний текст

На основі комплексного аналізу інформаційних моделей та принципів побудови апаратної платформи багатоелементних дискретних шкальних пристроїв відображення даних було визначено функціональні підходи до реалізації програмної підтримки підсистеми виводу інформації у вбудованих системах і на цій основі запропоновано та досліджено оригінальний узагальнений алгоритм двотактного синтезу зображення. На запропонованих принципах було реалізовано відповідне програмне забезпечення, що дозволило мінімізувати потребу в ресурсах апаратної платформи інформаційної технології виводу даних при впровадженні розробленого коду у підпрограму обслуговування циклічного переривання підсистеми візуального виводу даних. Це дозволяє виконувати більшу кількість задач, завдяки меншим витратам часу обслуговування підсистеми індикації та сприяє спрощенню їх інтеграції в автоматизовані засоби контролю та управління складними об’єктами та виробничими процесами.Проведено аналіз взаємодії функціональних елементів інформаційної технології обробки даних на основі дискретно-аналогових інформаційних моделей і визначено основні принципи шкального синтезу візуальних образів у засобах відображення даних. На цих засадах запропоновано та реалізовано комплекс універсальних алгоритмів програмного перетворювача кодів у системі відображення інформації шкального типу, який уніфікує будову програмної підтримки засобів дискретно-аналогового відображення даних, роблячи її незалежною від кількості елементів на шкалі. Це дозволяє створювати апаратно-програмні платформи інформаційної технології обробки даних шкального синтезу різної розмірності та класу точності, які забезпечують реалізацію мінімізованих за апаратурними критеріями засобів виводу інформації у вбудованих системах, пультів керування складними та мобільними об’єктами різного призначення, які побудовані на однокристальних мікроконтролерах.На основі системного підходу детально досліджено інформаційні моделі багатоелементних шкальних пристроїв відображення інформації та з урахуванням узагальнення результатів проведених теоретичних іекспериментальних досліджень розроблених рішень визначено шляхи, встановлено критерії та методи створення програмного забезпечення для оптимізованих шкальних засобів синтезу зображення, які дозволять спростити їх технічні реалізації, зменшити кількість часу для розробки та побудови апаратної платформи інформаційної технології виводу даних з довільним інформаційним полем та мінімізованим використанням ресурсів мікропроцесорної системи у промислових засобах автоматизації та вбудованих системах різного призначення.Системний підхід став основою для формування цілісної картини резервів для покращення рівня експлуатаційних характеристик та часу генерації зображення багатоелементних дискретно-аналогових шкальнихзасобів виводу інформації. Було досліджено та визначено, що використання апаратно-програмної платформи інформаційної технології обробки даних в поєднанні з двотактною інформаційною моделлю та матричним з'єднанням елементів дозволяє покращити їх експлуатаційні характеристики та забезпечує швидшу генерацію зображення, розширюючи функціональні можливості вбудованих систем.На підставі проведеного науково-технічного аналізу використання двотактної програмної підтримки шкальних засобів відображення інформації науково обґрунтовано і застосовано комплексний підхід до оптимізації дискретно-аналогових шкальних засобів синтезу зображення двотактними програмними засобами. Це дало змогу створити оригінальні алгоритми цифрової обробки даних для апаратно-програмної платформи виводу інформації довільної розмірності з мінімізованими витратами ресурсів мікроконтролера. В результаті створено фундамент для подальшого визначення шляхів комплексної оптимізації та уніфікації апаратно-програмної платформи та інформаційних моделей, що використовуються в підсистемах виводу інформації вбудованих систем.Розроблено та досліджено універсальні програмні рішення дискретноаналогового шкального виведення даних на інформаційне поле індикатора, що дозволяє підвищити якісні параметри вбудованих систем різного призначення на етапі конструювання та в процесі розробки. Оптимізовані програмні рішення мінімізують витрати на обробку даних мікроконтролером та підвищують загальну надійність апаратно-програмної платформи інформаційної обробки та спектру завдань автоматизації та створення засобів виводу даних з високим рівнем ергономічних параметрів для вбудованих систем, де важлива швидкість сприйняття інформації, наочність і технічна простота.^UOn the basis of a complex analysis of information models and principles of building a hardware platform of multi-element discrete scale data display devices, functional approaches to the implementation of software support for the information output subsystem in embedded systems were determined, and on this basis, an original generalized algorithm of two-stroke image synthesis was proposed and researched. Based on the proposed principles, appropriate software was implemented, which made it possible to minimize the need for resources of the hardware platform of the information technology of data output when implementing the developed code into the maintenance subroutine of the cyclic interruption of the visual data output subsystem. This allows you to perform a greater number of tasks, thanks to lower time spent on servicing the display subsystem and facilitates their integration into automated means of control and management of complex objects and production processes.The analysis of the interaction of the functional elements of the information technology of data processing based on discrete-analog information models was carried out and the basic principles of scale synthesis of visual images in data display tools were determined. Based on these principles, a set of universal algorithms for a software code converter in a scale-type information display system was proposed and implemented, which unifies the structure of software support for discrete-analog data display tools, making it independent of the number of elements on the scale. This makes it possible to create hardware and software platforms of informationtechnology for data processing of scale synthesis of different dimensions and accuracy class, which ensure the implementation of information output devices minimized by hardware criteria in embedded systems, control panels for complex and mobile objects of various purposes, which are built on single-chip microcontrollers.On the basis of a system approach, the information models of multi-element scale devices for displaying information were studied in detail, and taking into account the generalization of the results of the theoretical and experimental studies of the developed solutions, the ways were determined, the criteria and methods of creating software for optimized scale means of image synthesis were established, which will simplify their technical implementation , to reduce the amount of time for the development and construction of a hardware platform of information technology of data output with an arbitrary information field and minimized use of microprocessor system resources in industrial automation tools and embedded systems of various purposes.The systematic approach became the basis for the formation of a complete picture of reserves for improving the level of operational characteristics and image generation time of multi-element discrete-analog scaling means of information output. It was investigated and determined that the use of a hardware-software platform of information technology of data processing in combination with a two-stroke information model and a matrix connection of elements allows improving their operational characteristics and provides faster image generation, expanding the functionality of embedded systems.On the basis of the conducted scientific and technical analysis of the use of two-stroke software support for scale means of displaying information, a comprehensive approach to the optimization of discrete-analog scale means of image synthesis with two-stroke software tools has been scientifically substantiated and applied. This made it possible to create original algorithms for digital data processing for a hardware and software platform for outputting information of arbitrary dimensions with minimized consumption of microcontroller resources. As a result, a foundation was created for the further determination of ways of complex optimization and unification of the hardware and software platform and information models used in subsystems of information output of embedded systems.Universal software solutions for discrete-analog scale output of data to the information field of the indicator have been developed and researched, which allows to improve the quality parameters of embedded systems of various purposes at the design stage and during the development process. Optimized software solutions minimize the cost of data processing by the microcontroller and increase the overall reliability of the hardware and software platform of information processing and the spectrum of automation tasks and the creation of data output tools with a high level of ergonomic parameters for embedded systems where the speed of informationperception, visibility and technical simplicity are important.

Розроблено шумову модель алгоритму пари дзеркальних фільтрів дискретного вейвлет-перетворення (ДВП). Проведено експериментальні дослідження для реальних сигналів і зображень, на підставі їх результатів розроблено методику вибору розрядності коефіцієнтів фільтрів і арифметичних операцій залежно від допустимого рівня погрішності квантування. Запропоновано методику проектування ліфтингового алгоритму з урахуванням погрішностей обчислень. Розроблено шумову модель ліфтингового алгоритму ДВП. Проведено експериментальні дослідження для реальних сигналів і зображень, на підставі яких розроблено методику вибору розрядності коефіцієнта фільтрів і арифметичних операцій залежно від допустимого рівня шумів квантування. У порівняльному аспекті проаналізовано ліфтинговий алгоритм пари дзеркальних фільтрів з урахуванням квантування коефіцієнтів фільтрів і результатів арифметичних операцій. Розроблено програму реалізації ліфтингового алгоритму на мікроконтролерах, яка передбачає реалізацію операцій множення з накопиченням, замінених простими командами зрушення та складання. В них речові коефіцієнти наведені у вигляді раціональних дробів. На підставі результатів проведених експериментальних досліджень доведено можливість реалізації ДВП на мікроконтролерах.

  Скачати повний текст

У дисертаційній роботі розв'язано актуальну наукову задачу розробки математичної моделі високочастотних магнітних ключів та її інтеграції в обчислювальне середовище для автоматизації проектування джерел вторинного електроживлення.Обґрунтовано для моделі вихідної характеристики МК представлення лекальним методом фрагментами синусоїдальних функцій, що суттєво знизило її обчислювальну складність та лягло в основу комп'ютерної моделі високочастотних МК. Запропоновано та обґрунтовано реалізацію моделі МК з допомогою цифрових технологій, а саме – її представлення у вигляді цифрового мікроконтролера. Обґрунтовано принцип масштабування моделі та вибір параметрів АЦП вхідної та ЦАП вихідної напруг МК, що забезпечило інтеграцію моделі МК у обчислювальні середовища для САПР радіоелектронних кіл. Така інтеграція забезпечує скорочення часу проектування ДВЕЖ за рахунок автоматизації процесу вибору параметрів високочастотних МК.^UIn current thesis a topical scientific task of high-frequency magamp switches mathematical model development and its integration into computer-aided design (CAD) programmes for magamp power converters design automation is solved. Such power converters are widely used in biomedical, space, lighting engineering, computer and IT technologies, transport systems, cellular network stations, office equipment, etc. Power supplies design automation is provided with computer aided design (CAD) programmes for electric circuits.In the dissertation the author proposes and reasons a representation of the high-frequency magamp switch model as a component with an output characteristic in a shape of a hysteresis loop. For the first time it is proposed and reasoned to represent the model of magamp switch output characteristic with the decomposition of magamp switch output current and voltage signals into trigonometric Fourier series. It allowed representing the hysteresis of magamp switch output current and voltage with the sum of sinusoids of different frequencies and amplitudes. An approach to modeling magamp switch output characteristic with fragments of sine functions (curve fitting method) was proposed and investigated for a sine function of one given frequency. It significantly decreased model's computational complexity. A computer model of high-frequency magamp switch output characteristic was developed based on its mathematical model. There was reasoned the use of a digital sine generator, that consists of discreet digital components, as the prototype of its structure, that provided the integration of the mathematical model into CAD computational environments. In contrast to the existing models, whose realization requires a large number of high-quality data, its input parameters, in particular saturation magnetic inductance Bs and coercive force Hc, are defined for every magamp switch core type and are available in datasheets. Based on the proposed magamp switch output characteristic computer model, a new magamp switch computer model was built. Its realization based on a digital microcontroller, with the further integration into CAD programme computational environment, was suggested and reasoned. Since magamp power converters are analogue devices, and the developed magamp switch computer model is realized with digital technologies, there was a need for magamp switch input voltage analogue-to-digital conversion (ADC), and its output voltage digital-to-analogue conversion (DAC). The principle of model's scaling, and the choice of input voltage ADC and output voltage DAC parameters was reasoned. It allowed magamp switch model integration into computational environments for CAD programmes for electric circuits. Design automation of power converters based on magamp switches was provided, hence the time required for their design was decreased.The environment for computer modeling of devices based on magamp switches was further developed, compared to its former version, gaining an integrated realization of the magamp switch computer model. An experimental magamp switch B-H characteristic was obtained to verify the developed magamp switch model. For this purpose, an experimental electric circuit with high-frequency magamp switch was built and investigated. Absolute error ε and mean-square deviation σ between modeled data and experimental results were calculated.Automation of magamp power converters design enhances development of new topologies. Within the framework of this research there were developed a power inverter, controlled power supply with ac output, and pulse dc voltage stabilizer, where the magamp switch operates along full hysteresis loop. There was developed dc voltage stabilizer, where magamp switch operates along partial hysteresis loop. This topology was implemented in State Scientific Technical Enterprise TEKHAS-K.The representation of high-frequency magamp switch output characteristic's mathematical model with fragments of sine functions (curve fitting method), and its computer realization with digital technologies provided the integration of magamp switch computer model into the computational environment of CAD programmes for electric circuits. This provided the automation of magamp power converters design that decreased its time, computational complexity, allowed the choice of magamp switch parameters without its necessary manual testing, enhanced development of new power converters topologies and series production of multichannel power supplies and power converters with high load current, and it is a topical and important practically useful result of the dissertation research.

Проведено аналіз теплового процесу нагріву заглибного електродвигуна, представленого гетерогенною системою, у результаті якого одержано рівняння нагріву обмотки статора електродвигуна, що містить три парціальні складові. Обгрунтовано, що теплова модель заглибного електродвигуна, розглянута з позиції гомогенного тіла, має істотну розбіжність (до 50 %) на початковому етапі нагріву в порівнянні з уточненою гетерогенною системою. Проведено дослідження впливу зовнішніх експлуатаційних факторів, що впливають на роботу заглибного електродвигуна. Розроблено математичну модель діагностування витрати ресурсу ізоляції електродвигуна заглибного насоса, яка покладена в основу пристрою діагностування із застосуванням мікроконтролера.

  Скачати повний текст

Запропоновано концепцію поетапної автоматизації контролю, виконано ком'ютерне моделювання, розроблено програми автоматичної статистичної та спектральної обробки вихідної технологічної інформації за допомогою мікроконтролерів і персональної ЕОМ. Встановлено зв'язок між спектром сигналу реакції блокової або плоскопаралельної структури контрольованого геомеханічного об'єкта на збурювальний вплив ударної та спектрами виділених періодичних сигналів, що відповідають окремим стадіям розвитку коливального процесу, виявлено залежність між критичною частотою першої моди коливань у стадії переважання нормальних резонансних хвиль та технологічними параметрами закріпленоі виробки. Створено експериментальні зразки засобів автоматичного контролю стійкості масиву з застосуванням сучасної елементної бази, за допомогою яких виконано натурні дослідження за умов, коли масив складається скельними, осадовими породами та грунтом; визначено ділянки підвищенних навантажень навколо гірничих виробок та порожнини за оздобленням тунелю.

  Скачати повний текст

У дисертаційній роботі поставлена та вирішена актуальна задача зменшення обсягу пам'яті для зберігання корельованих даних шляхом розробки методів та засобів цифрової обробки інформації на основі трійкових симетричних перетворень. Проаналізовано галузі застосування ортогональних і вейвлет-перетворень, переваги та недоліки існуючих базисів таких перетворень і відповідних засобів цифрової обробки інформації. Запропоновано систему ортогоналізованих добутків трійкових симетричних функцій та трійкове симетричне ортогональне перетворення на її основі. Для запропонованого перетворення розроблено швидкий алгоритм. Запропоновано трійковий симетричний материнський вейвлет та неперервне трійкове симетричне вейвлет-перетворення на його основі. Запропоновано застосування допоміжного трійкового симетричного материнського вейвлета для реалізації дискретного трійкового симетричного вейвлет-перетворення та його фільтрової форми. Розроблено та здійснено моделювання спеціалізованого процесора для трійкового симетричного ортогонального перетворення на основі ПЛІС. Розроблено та здійснено апаратну реалізацію спеціалізованого процесора для дискретного трійкового симетричного вейвлет-перетворення на основі мікроконтролера. Доведено, що застосування запропонованих методів та засобів цифрової обробки інформації забезпечило зменшення обсягу пам'яті, необхідного для зберігання корельованих даних, у комп'ютеризованих технічних системах.^UIn this thesis, an actual task of reducing the amount of memory for storage of the correlated data by developing methods and devices of digital information processing based on symmetric ternary transforms was presented and solved. Application areas of orthogonal and wavelet transforms with advantages and disadvantages of existing bases of such transforms and corresponding devices of digital information processing are analyzed. System of orthogonalized products of symmetric ternary functions and discrete symmetric ternary orthogonal transform on its basis are proposed. Fast algorithm is developed for the introduced transform. Symmetric ternary mother wavelet and continuous symmetric ternary wavelet transform on its basis are proposed. The use of an auxiliary symmetric ternary mother wavelet is proposed for synthesis of the discrete symmetric ternary wavelet transform and its filter form. Device of the symmetric ternary orthogonal transform based on the FPGA is developed and simulated. Device of the discrete symmetric ternary wavelet transform based on the microcontroller is developed and implemented. It is proved that application of the introduced methods and devices for digital information processing provides reduction of memory required for storage of the correlated data in computerized technical systems.

Об'єкт досліджень – транспортні споруди із металевих гофрованих конструкцій; мета дослідження – розробка методів оцінювання та підвищення несучої здатності транспортних споруд із металевих гофрованих конструкцій (МГК), які зазнають дії статичних та динамічних навантажень від транспортних засобів і температурних кліматичних впливів навколишнього середовища; методи досліджень – метод скінчених елементів при визначенні несучої здатності МГК при дії статичних та динамічних навантажень і кліматичних температурних впливів; метод скінченних різниць для оцінки розподілу температурного поля у МГК; методи теорії пружності для визначення термопружного стану МГК; методи цифрової обробки сигналів для обробки результатів експериментальних досліджень щільності ґрунтової засипки транспортних споруд із МГК; методи натурних випробувань МГК із використанням аналогово-цифрового перетворювача, тензорезисторів, мікроконтролерів та акселерометрів; результати – розроблено комплексну методику оцінки несучої здатності транспортних споруд із МГК; отримано нові дані впливу ступеня ущільнення ґрунтової засипки на несучу здатність транспортних споруд із МГК; розроблено нові пристрої для визначення ступеня ущільнення ґрунтової засипки навколо споруд із МГК; накопичено та узагальнено експериментальні дані розподілу температури на поверхнях металевих гофрованих листів конструкції та удосконалено аналітичну методику оцінки їх термопружного стану; розроблено нові засоби відновлення та методи оцінки несучої здатності пошкоджених транспортних споруд із МГК, підсилених ребрами жорсткості; розроблено та реалізовано інерційну систему моніторингу технічного стану споруд із МГК; впроваджено – при розрахунках, проєктуванні та натурних випробуваннях ряду об'єктів: ТзОВ НВП «Тріада» при натурних випробуваннях шляхопроводу тунельного типу із МГК; Дрезденський технічний університет (Німеччина) при оцінці ступеня щільності баластного шару колії та ґрунтової засипки; ТзОВ «Компанія» «Спецпроектбуд» при діагностиці цивільних будівель із МГК; ТзОВ «Фірма» «Інтербуд» при оцінці несучої здатності МГК при будівництві цеху м. Золочів; ГО «Лінія102Юа» при натурних інерційних випробуваннях малих мостів; АТ «Укрзалізниця» при обстеженні та випробуванні споруд із МГК залізничної колії.^UThe object of the research is transport constructions made of corrugated metal structures; the purpose of the study is to develop methods of assessing and increasing the bearing capacity of transport constructions made of corrugated metal structures (CMS), which are exposed to static and dynamic loads from vehicles and temperature and climatic influences of the environment; the research method is the finite element method of determining the bearing capacity of CMS under static and dynamic loads and climatic temperature effects; the finite difference method for estimating the temperature field distribution in CMS; methods of the theory of elasticity for thermoelastic state of CMS determination; methods of digital signal processing for processing the results of experimental studies of soil backfill density of transport facilities with CMS; methods of field tests of CMS using analog-to-digital converter, strain gauges, microcontrollers and accelerometers; the results: the comprehensive methodology for assessing the load-bearing capacity of transport facilities with CMS has been developed; new data on the influence of the degree of compaction of soil backfill on the bearing capacity of transport facilities with MCS were obtained; new devices have been developed to determine the degree of compaction of soil backfill around buildings with CMS; experimental data on temperature distribution on the surfaces of corrugated metal sheets of the construction were accumulated and generalized and the analytical method for estimating their thermoelastic state was improved; the developed new means of restoration and the methods for assessing the bearing capacity of damaged transport constructions with CMS reinforced with stiffeners were developed; the inertial system of technical state monitoring of constructions with CMS is developed and realized; it is implemented in calculations, design and field tests of a number of objects: SPE “Triad” Ltd.: during field tests of the tunnel-type underpass with CMS; Dresden University of Technology (Germany): during assessing the degree of the ballast layer density of the track and the backfill; “Company” “Spetsproektbud “Ltd.: during the diagnosis of civil buildings with CMS; “Firm” “Interbud”Ltd.: during assessing the bearing capacity of CMS in the construction of the workshop in Zolochiv town; CO “Line102Yua”: during full-scale inertial tests of small bridges; JSC “Ukrzaliznytsia”: during the inspection and testing of constructions with CMS of the railway track.

Запропоновано використовувати операцію об'єднання циклів у вихідному тексті опису вбудованих систем із метою зниження їх енергоспоживання. Розроблено алгоритм об'єднання багатовимірних циклів зі зв'язками по даних та виходу, який може використовуватися у системах синтезу мікросхем і програмування мікроконтролерів. Дозволено зменшувати об'єм інформації, що потрібно зберігати у кеш-пам'яті або регістрах процесора. Створено програмні засоби, апробовані під час синтезу логічних обчислювальних пристроїв. Показано, що застосування створених програмних засобів для перетворення програм мікроконтролерів приводять до значного зменшення кількості звернень до основного запам'ятовуючого пристрою.

  Скачати повний текст

Розроблено комплекс математичних моделей руху механізмів зміни вильоту вантажу та повороту башти крана: при роботі одного із механізмів в усталеному режимі з розгоном іншого, при сумісному розгоні обох механізмів. Отримані математичні моделі представлені системами нелінійних диференціальних рівнянь. Проведений аналіз режимів сумісного руху механізмів показав, що приводи механізмів протягом перехідних режимів руху перевантажуються за крутним моментом та за потужністю (до 55,4% для механізму повороту крана та до 44,7% для механізму зміни вильоту вантажу), а усталене значення потужності механізму повороту крана пропорційно залежить від відстані від візка до осі обертання крана. Встановлено, що максимальне значення сумарної потужності обох механізмів при різних початкових положеннях візка на стрілі приблизно однакові. Крім того, досліджено виникнення маятникових коливань вантажута їх дисипація, які пов'язані з дією відцентрової сили, сили Коріоліса з демпфуючою здатністю приводів. Розроблено структурно-функціональну схему системи оптимального керування механізмами переміщення візка та повороту крана, яка дозволяє реалізувати отримані у роботі оптимальні закони руху механізмів, що усувають маятникові коливання вантажу на гнучкому підвісі. Для розробкисистеми керування надано рекомендації стосовно вибору мікроконтролера, датчика довжини гнучкого підвісу, маси вантажу, положення візка на стрілі та кутового положення стріли, а також частотного перетворювача. Крім того, вказано рекомендації стосовно вибору протоколу передачі даних між пристроями системи керування. Розрахунок економічної ефективності використання системи оптимального керування рухом механізму переміщення візка, який ґрунтувався на підвищенні продуктивності роботи крана за рахунокскорочення циклу переміщення вантажу, показав, що річна економія для баштового крана Liebherr 140 hc складає 10035 грн. Також вказано інші позитивні ефекти від використання системи оптимального керування: підвищенням енергоефективності роботи електроприводів механізмів, збільшенням довговічності елементів механізмів та зниженні напруженості роботи оператора крана.^UA set of mathematical models of motion of mechanisms of luffing and slewing of the crane has been developed: one of mechanisms in the steady mode and another starts, at simultaneous start of both mechanisms. The obtained mathematical models are represented by systems of nonlinear differential equations. The analysis of the modes of simultaneous movement of mechanisms showed that the drives of mechanisms during transient modes of movement are overloaded by torque and power (up to 55,4% for the slewing mechanism and up to 44,7% for the luffing mechanism). The steady value of power of the mechanism the crane slewing is proportional to the distance from the trolley to the axis of tower rotation. It was found that the maximum value of the total power of both mechanisms at different initial positions of the trolley on the boom isapproximately the same. In addition, the occurrence of pendulum oscillations of the load and their dissipation, which are connected with the effect of centrifugal force, Coriolis force and damping features of the drives, have been studied. The structural-functional scheme of the system of optimal control of the mechanisms of trolley movement and crane slewing is developed. It allows to realize obtained in the work optimal laws of mechanisms motion. They eliminate pendulum oscillations of the load on the flexible suspension. In order to develop a control system that implements the optimal laws, recommendations have been given regarding the selection of microcontroller, flexible suspension length sensor,load weight sensor, boom trolley position and boom angular position sensors, and frequency inverter. In addition, recommendations for selection a data transfer protocol between the devices of the control system have been given. The calculation of the cost-effectiveness of exploitation the system of optimal control of the movement of the trolley, which was based on increasing the capacity of the crane by reducing the load cycle movement, showed that the annual savings for Liebherr 140 hc tower crane is 10035 UAH. Other positive effects from the application of the optimal control system include: increase of energy efficiency of electric drives of mechanisms, increase of durability of elements of mechanismsand decrease of complications of work of the crane operator.

У дисертації основна увага приділена розробці та удосконаленню прототипу апаратно-програмного комплексу для аналізу та обробки даних інтелектуального будинку. Проведений аналіз наукових публікацій та відкритих джерел у тематиці інтелектуальних будинків продемонстрував, що зараз існує недостатньо рішень щодо апаратно-програмних систем, функціювання яких не залежить від хмарних технологій та доступу до глобальної мережі Інтернет. Окремим та не менш важливим компонентом у проєктуванні систем керування інтелектуальним будинком є врахування теплофізичних процесів, які описуються відповідними динамічними рівняннями теплопереносу у приміщенні. Розв’язування таких рівнянь дозволяє як моделювати теплові процеси, так і використовувати їх розв’язки для уточнення прогнозування споживання енергії. У першому розділі дисертаційної роботи розглянуто проблематики створення систем інтелектуального будинку, які здебільшого базуються на граничних та туманних обчисленнях. Проаналізовані сучасний стан та аспекти граничних обчислень для інтелектуального будинку, що ґрунтуються на мікрокомп’ютерах Raspberry Pi 3 та мікроконтролерах Arduino. Також, розглянуті актуальні засоби та підходи до обробки сенсорних даних в межах регресійних та нейромережевих моделей, останні з яких можна вбудовувати у мікроконтролери з метою прогнозування. Для забезпечення гнучкого розгортання нейромережевих моделей, проведений огляд та аналіз автоматизованих засобів циклу обробки даних — навчання та валідації нейронної мережі — вбудовування нейромережі на мікроконтролер з одночасним її розгортанням на мікрокомп’ютері. У другому розділі дисертаційної роботи описано дані, які використовуються у моделюванні системи. Для обробки цих даних розглянуті та реалізовані алгоритми виявлення викидів та аномалій; проведений статистичний аналіз та побудовані регресійні моделі: а) зовнішніх та внутрішніх температур; б) споживання газу та температур на поверхнях батарей та в) зовнішньою, внутрішньою температури та температури на обігрівальних елементах, результати яких можна використовувати для прогнозу та аналізу зв’язків між вимірюваннями. Запропоновано підхід до дезагрегації даних споживання газу на основі кластерного аналізу, метою якого є виділення конкретних споживачів газу з сумарних (агрегованих) даних. Для побудови нейромережевих прогностичних моделей температур детально описаний процес підготовки та перетворення даних та розглянуті актуальні архітектури рекурентних нейронних мереж, на основі яких реалізовані відповідні моделі. Сформульована задача оптимізації гіперпараметрів спроектованих нейромереж, розв’язування якої здійснено за допомогою генетичного алгоритму. Здійснений аналіз результатів та підбір оптимальної архітектури для розгортання на мікроконтролері STM32. Третій розділ дисертації присвячений апаратно-програмній реалізації прототипу комплексу для аналізу та обробки даних інтелектуального будинку. В якості апаратної платформи були обрані мікрокомп’ютер Nvidia Jetson Nano, що має достатні потужності для центрального обчислювального хабу та високопродуктивний мікроконтролер STM32 F767. Останній є базою первинних граничних обчислень завдяки розгорнутій на ньому нейронній мережі. При під’єднанні до нього датчиків температур, нейроконтролер може здійснювати короткотермінове прогнозування у реальному часі для порівняння з даними, що надходять на нього (випадок виявлення аномалій), чи використовуватися як окремий прогностичний модуль для оптимізації параметрів обігріву приміщення. Програмна частина даного прототипу складається з REST API, що огортає базу даних з вимірюваннями SQLite, модулі статистичної обробки та нейромережевого моделювання, систему для організації конвеєру MLOPS — Mlflow, оркестратор Apache Airlow та модуль комунікації з нейроконтролером на базі TCP сокетів. У четвертому розділі запропонована методика застосування теплофізичних моделей у поєднанні з даними температур та споживання газу для наближеної оцінки ефективних коефіцієнтів теплопровідності та теплоємності будівлі. Обчислення таких параметрів відбувається на основі розв’язків прямої та оберненої задач шляхом формулювання проблеми оптимізації функціоналу, який визначає різниця між обчисленими та реальними температурами у приміщенні відносно теплофізичних коефіцієнтів. Також, розроблена математична модель оцінки ефективних теплових параметрів індивідуальних джерел обігріву, які можна використовувати як для задач прогнозування споживання, так і для визначення частини від сумарної енергії обігріву, яка споживається конкретним обігрівальним елементом.^UIn dissertation, the main attention is paid to the development and improvement of the prototype of the hardware and software complex for the analysis and processing of data of an intelligent house. The analysis of scientific publications and open sources on the topic of intelligent buildings showed that there are currently not enough solutions for hardware and software systems, the functioning of which does not depend on cloud technologies and access to the global Internet. A separate and no less important component in the design of intelligent building control systems is the consideration of thermophysical processes, which are described by the corresponding dynamic equations of heat transfer in the room. Solving such equations allows both modeling of thermal processes and the use of their solutions to refine forecasting of energy consumption. The first chapter of the dissertation examines the problems of creating intelligent home systems, which are mostly based on boundary and fuzzy calculations. The current state and aspects of edge computing for the intelligent home, based on Raspberry Pi 3 microcomputers and Arduino microcontrollers, are analyzed. Also, current means and approaches to sensor data processing within regression and neural network models are considered, the latter of which can be built into microcontrollers for the purpose of prediction. To ensure flexible deployment of neural network models, a review and analysis of automated data processing cycle tools — training and validation of a neural network — embedding a neural network on a microcontroller with simultaneous deployment on a microcomputer was conducted. The second chapter of the dissertation describes the data used in system modeling. Algorithms for the detection of emissions and anomalies were considered and implemented for the processing of these data; statistical analysis was carried out and regression models were built: a) external and internal temperatures; b) gas consumption and battery surface temperatures and c) external, internal and heating element temperatures, the results of which can be used for forecasting and analysis of relationships between measurements. An approach to the disaggregation of gas consumption data based on cluster analysis is proposed, the purpose of which is to select specific gas consumers from aggregated (aggregated) data. For the construction of neural network prognostic models of temperatures, the process of data preparation and transformation is described in detail, and current architectures of recurrent neural networks, on the basis of which the corresponding models are implemented, are considered. The problem of hyperparameter optimization of designed neural networks is formulated, the solution of which is carried out using a genetic algorithm. Analysis of the results and selection of the optimal architecture for deployment on the STM32 microcontroller was carried out. The third section of the dissertation is devoted to the hardware and software implementation of the complex prototype for analyzing and processing data of an intelligent building. The Nvidia Jetson Nano microcomputer, which has sufficient power for a central computing hub, and a high-performance STM32 F767 microcontroller were chosen as the hardware platform. The latter is the basis of primary boundary calculations due to the neural network deployed on it. When temperature sensors are connected to it, the neurocontroller can make short-term predictions in real time for comparison with the data coming to it (in case of anomaly detection), or be used as a separate predictive module to optimize room heating parameters. The software part of this prototype consists of a REST API wrapping a database with SQLite measurements, modules for statistical processing and neural network modeling, a system for organizing the MLOPS pipeline — Mlflow, an Apache Airlow orchestrator, and a communication module with a neurocontroller based on TCP sockets. In the fourth chapter, a method of applying thermophysical models in combination with temperature and gas consumption data is proposed for an approximate estimation of the effective coefficients of thermal conductivity and thermal capacity of the building. Calculation of such parameters takes place on the basis of solutions of direct and inverse problems by formulating the problem of optimization of the functional, which determines the difference between the calculated and real temperatures in the room relative to thermophysical coefficients. Also, a mathematical model for evaluating the effective thermal parameters of individual heating sources has been developed, which can be used both for consumption forecasting tasks and for determining the part of the total heating energy consumed by a specific heating element.

Запропоновано під час модернізації вузлів управління даних систем використовувати сучасну напівпровідникову елементну базу. Показано, що нові схемні рішення можуть реалізовувати асинхронний спосіб керування за стабілізації напруги низьковольтних кіл електрорухомого складу. Для визначення умов реалізації даного способу керування вдосконалено математичну модель процесу регулювання напругою низьковольтних кіл електрорухомого складу з використанням в колах вузла керування сучасних мікроконтролерів і силових напівпровідникових приладів.

  Скачати повний текст

З урахуванням сучасних умов роботи залізничного транспорту проаналізовано існуючий досвід і схеми рекуперації та встановлено її раціональний режим. Для реалізації даного режиму під час гальмування зі зменшенням швидкості руху поїзда сформульовано аналітичну залежність гальмівної сили від швидкості. Визначено співвідношення між значеннями ваги поїзда та ухилу, за яких можливо реалізувати раціональний режим рекуперації перед місцем обмеження швидкості. Розроблено загальну структуру системи автоматичного керування рекуперативним гальмуванням (САК РГ) з використанням можливостей сучасної елементної бази для реалізації раціонального режиму руху поїзда під час рекуперації зі зменшенням швидкості. Створено математичну модель для дослідження стійкості та перехідних процесів у розробленій системі. Наведено рекомендації щодо побудови системи керування рекуперативним гальмуванням на базі сучасних мікроконтролерів, яка в автоматизованому режимі забезпечує раціональний режим руху поїзда. Наведено оцінку стійкості удосконаленої САК РГ.

  Скачати повний текст