Библиотека диссертаций Украины Полная информационная поддержка
по диссертациям Украины
  Подробная информация Каталог диссертаций Авторам Отзывы
Служба поддержки




Я ищу:
Головна / Фізико-математичні науки / Математичне моделювання та обчислювальні методи


Контрерас Дмитро Едгарович. Методи та засоби комп'ютерної реалізації інтегро-диференційних моделей динамічних систем : Дис... канд. наук: 01.05.02 - 2002.



Анотація до роботи:

Контрерас Д.Е. Методи і засоби комп'ютерної реалізації інтегро-диференціальних моделей динамічних систем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи. – Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2002.

Дисертація присвячена дослідженню математичних моделей динамічних систем у вигляді інтегро-диференціальних рівнянь Вольтерра, розробці методів, алгоритмів та програмних засобів для їх комп'ютерної реалізації.

Встановлено, що дієвим шляхом підвищення ефективності методів та засобів комп’ютерного моделювання динамічних систем є застосування інтегро-диференціальних рівнянь типу Вольтерра у якості математичних моделей цих систем.

Розроблено комплекс квадратурно-різніцевих алгоритмів моделювання широкого класу лінійних і нелінійних динамічних систем. Запропоновано метод чисельного розв’язання інтегро-диференціальних рівнянь зі слабко-сингулярними ядрами, який ґрунтується на використанні квадратурних формул відкритого типу. Розроблено чисельний алгоритм розв’язання інтегро-диференціальних рівнянь Вольтерра з заданими крайовими умовами. Розроблено метод комп'ютерної реалізації нелінійних інтегро-диференціальних моделей Вольтерра, який базується на автоматичній адаптації квадратурних методів розв’язку інтегральних рівнянь.

Розроблено пакет програм для розв’язання задачі Коші та крайової задачі для інтегро-диференціального рівняння Вольтерра в системі Matlab. За допомогою розроблених алгоритмів та програмних засобів розв'язано низку прикладних задач.

Найбільш істотні наукові і практичні результати, отримані в дисертації:

1. Встановлено, що дієвим шляхом підвищення ефективності методів та засобів комп’ютерного моделювання динамічних систем є застосування, разом з традиційними моделями або самостійно, математичних моделей у вигляді інтегро-диференціальних рівнянь типу Вольтерра. Зокрема, при дослідження динаміки в'язкопружних систем безпосереднє використання інтегро-диференціальних моделей дозволяє здійснювати комп’ютерне моделювання, минаючи складні аналітичні перетворення, характерні для методів усереднення, що традиційно використовуються при розв’язанні цього класу задач; при моделюванні складних електричних ланцюгів використання інтегро-диференціальних моделей дозволяє вирішити проблему зниження розмірності моделей та отримати моделі, найбільш пристосовані для комп’ютерної реалізації; при аналізі систем автоматичного управління з інерційним зворотнім зв'язком застосування інтегро-диференціальних моделей, сформованих безпосередньо за заданою структурою системи, дозволяє отримати розширення класу моделей, що використовуються, без здійснення складних еквівалентних перетворень.

2. Показано, що якісні особливості інтегро-диференціальних моделей, які мають суттєвий вплив на їх комп’ютерну реалізацію, визначаються основними положеннями теорії інтегро-диференціальних рівнянь типу Вольтерра.

3.Розроблено низку методів комп’ютерної реалізації інтегро-диференціальних моделей динамічних систем, зокрема:

– розроблено комплекс квадратурно-різніцевих алгоритмів моделювання широкого класу лінійних і нелінійних динамічних систем;

– запропонований метод чисельного розв’язання інтегро-диференціальних рівнянь зі слабко-сингулярними ядрами, який базується на використанні квадратурних формул відкритого типу, що забезпечує підвищену обчислювальну стійкість при комп'ютерному моделюванні об'єктів з пам'яттю;

– розроблений чисельний алгоритм розв’язання інтегро-диференціальних рівнянь Вольтерра з заданими крайовими умовами, що базується на сумісному використанні методу продовження рішення по параметру, методу Ньютона та квадратурно-різницевих обчислювальних схем, що забезпечує високу якість ітераційного процесу при реалізації моделей, які представлені багатокрапковими крайовими задачами;

– розроблений метод комп'ютерної реалізації інтегро-диференціальних моделей Вольтерра, в основу якого покладено автоматичну адаптацію квадратурних методів розв’язку інтегральних рівнянь, що забезпечує високу ефективність дослідження як лінійних так і нелінійних об’єктів.

4. Створено комплекс програмних засобів для моделювання широкого класу динамічних об’єктів при застосуванні лінійних і нелінійних інтегро-диференціальних моделей. Усі програми, розроблені з використанням мови програмування системи Matlab і об'єднані в єдиний пакет прикладних програм відповідно до концепції пакетів прикладних програм (Matlab Application Toolboxes) прийнятої в системі Matlab.

5. Запропоновані алгоритми та програмні засоби дозволили ефективно розв'язати низку прикладних задач, зокрема:

— досліджена динаміка нелінійної електромеханічної системи підлеглого регулювання електроприводу з урахуванням інерційності датчиків у зворотному зв'язку та підтверджена можливість ефективного використання інтегро-диференціальних моделей при моделюванні систем автоматичного управління з інерційним зворотним зв'язком;

— вирішена прикладна задача моделювання й оптимізації АСУ ТП сатуратора відділення очищення дифузійного соку цукрового виробництва. Результати моделювання у вигляді встановлених оптимальних параметрів регуляторів були впроваджені в виробництво на Первомайському цукровому заводі;

— здійснено моделювання пристрою регулювання живлення, який представлено інтегро-диференціальною моделлю у вигляді системи нелінійних інтегро-диференціальних рівнянь, що дозволило проаналізувати його функціонування в різних режимах та оптимізувати енергетичні характеристики. Результати моделювання у вигляді оптимальних параметрів та режимів впроваджені на підприємстві “Юлкор-електро”;

— розв’язана задача про коливання в'язкопружного циліндра з перемінною внутрішньою границею, що підтвердило ефективність запропонованого методу моделювання в'язкопружних систем при застосуванні інтегро-диференціальних рівнянь зі слабко-сингулярними ядрами;

— встановлено властивості моделей різних типів (диференціальних, інтегральних та інтегро-диференціальних) в умовах дії завади різної частоти за методом обчислювального експерименту при розв’язанні модельних задач дослідження електромеханічної системи електропривода постійного струму; обґрунтована область використання інтегро-диференціальних моделей у цьому випадку.

Розроблені методи і програмні засоби їх чисельної реалізації мають досить загальний характер і можуть бути використані для розв’язання широкого кола задач моделювання динамічних систем в різних технічних галузях.

Публікації автора:

  1. Верлань А.Ф., Контрерас Д.Э., Тихончук С.Т. Интегральный метод анализа переходных процессов в нелинейных электрических цепях // Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України. – 1998. – Вип.6. – С.165-169.

  2. Верлань А.Ф., Контрерас Д.Э., Тихончук С.Т. Интегральный метод анализа динамических систем // Труды Одесского политехнич. ун-та. – Одесса. – 1998. – Вып. 2. – С. 159-162.

  3. Контрерас Д.Э. Численная реализация интегро-дифференциальных математических моделей // Труды Одесского политехнич. ун-та. – Одесса. – 1999. – Вып. 3. – С. 136-138

  4. Контрерас Д.Э., Миргород В.Ф., Волощенко А.Б. Квадратурно-разностные алгоритмы моделирования нелинейных динамических объектов // Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України "Моделювання та інформаційні технології". – 2000. – Вип.6. – С. 152-156.

  5. Верлань А.Ф., Волощенко А.Б., Контрерас Д.Э. Квадратурно-разностные алгоритмы решения нелинейной краевой задачи // Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України. – 2000. – Вип.10. – С. 148–152.

  6. Верлань А.Ф., Миргород А.Ф., Контрерас Д.Э. Моделирование систем автоматического управления с реальной обратной связью на основе интегро-дифференциального уравнения Вольтерра // Труды Одесского политехнич. ун-та. – Одесса. – 2000. – Вып. 3. – С. 120-123.

  7. Коротецкий Ю.А., Контрерас Д.Э, Сытник А.А. Применение квадратурно-разностных методов для численной реализации интегро-дифференциальной модели устройства регулирования питания // Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України "Моделювання та інформаційні технології". – 2001г. – Вип.9. – С. 53-60.

  8. Волощенко А.Б., Верлань А.А., Контрерас Д.Е. Розв'язання систем інтегро-диференціальних рівнянь у системі Matlab // Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України. – 2001. – Вип.11. – С. 78-83.

  9. Verlan A.F., Kontreras D.E., Tikhonchuk S.T. Integral equation toolbox – programs set for solution of integral equations in Matlab // Computer Systems and Nets. Proc. Int. Conf. – Rzeszow (Poland). – 1997. – P. 263-269.

  10. Контрерас Д.Э. Решение нелинейных интегральных уравнений Вольтерра второго рода методом Ньютона-Канторовича // Труды Украинской академии экономической кибернетики (Южный научный центр) "Оптимизация управления, информационные системы и компьютерные технологии" — Киев-Одесса: ИСЦ. – 1999. – Вып.1. – Ч.1. – С. 217-220.

  11. Контрерас Д.Э. Пакет программ для анализа нелинейных динамических систем, описываемых интегро-дифференциальными уравнениями Вольтерра // Труды второй международной научно-практической конференции "Современные информационные и электронные технологии". – Одесса. – 2001. – С. 48-49.

  1. Клих Ю.А., Рудык О.Г., Контрерас Д.Э. Метод усреднения в задачах управления системой с памятью// Тези доповідей Міжнародної конференції "Диференціальні рівняння і нелінеійні коливання". – Киев. – 2001. – С. 69-69.