VESTNIK CHUVASHSKOGO UNIVERSITETA. 2018, no. 3
Articulus_602
416951
2018-10-11 14:08:30
24
0
9572
1810-1909
Вестник Чувашского университета
3
2018
Технические науки
5-255
5-23
RAR
Афанасьев
Александр Александрович
доктор технических наук, профессор кафедры автоматики и управления в технических системах
Чувашский государственный университет
afan39@mail.ru
Afanasyev
Alexander
Doctor of Technical Sciences, Professor of Management and Computer Science in Technical Systems Department
Chuvash State University
Ефимов
Вячеслав Валерьевич
кандидат технических наук, главный специалист отдела электрических машин
ЗАО "ЧЭАЗ" (г. Чебоксары)
Efimov
Vyacheslav
Candidate of Technical Sciences, Chief Specialist of the Department of Electrical Machines
JSC "ChEAZ"
Токмаков
Дмитрий Анатольевич
ЗАО "ЧЭАЗ" (г. Чебоксары)
технический директор
Tokmakov
Dmitry
JSC "ChEAZ"
Technical Director
МНОГОПОЛЮСНЫЕ ЗУБЦОВЫЕ ТРЁХФАЗНЫЕ ОБМОТКИ ДЛЯ РЕГУЛИРУЕМОГО МАГНИТНОГО РЕДУКТОРА
MULTI-POLAR TOOTH THREE-PHASE WINDINGS FOR ADJUSTABLE MAGNETIC GEAR
Магнитные редукторы (МР) имеют воздушные зазоры, в которых магнитное поле содержит большое число полюсов. В МР с регулируемым коэффициентом редукции (РМР) многополюсное магнитное поле создаётся обмоткой переменного тока (обычно трёхфазной), питаемой от статического преобразователя частоты. Из-за ограниченного числа пазов статорного сердечника РМР катушки обмоток приходиться располагать на каждом зубце сердечника. Такие обмотки называются сосредоточенными (в отличие от классических распределённых обмоток), или зубцовыми. Ввиду своей технологичности зубцовые обмотки получают всё большее распространение в электрических машинах. Можно выделить три типа таких обмоток:1) с числом зубцов z статора, близким к числу полюсов 2p; 2) с числом пазов на полюс и фазу q = 0,5; 3) с числом пазов на полюс и фазу q < 0,5 и 0,5 < q < 1. Зубцовые обмотки типа 2 (с q = 0,5) имеют лучшую отстроенность рабочей гармоники от сопутствующих высших гармоник. МР с такими обмотками будут иметь меньший уровень вибрации и шума. При прочих равных условиях эти обмотки по сравнению с обмотками типа 1 имеют больший уровень амплитуды основной гармоники МДС и её постоянство для всех фазных зон. Зубцовые обмотки типов 2 и 3 имеют похожие рабочие свойства, которые несколько превосходят свойства обмотки 1. Главный недостаток обмотки 1 - наличие близких по порядку гармоник, имеющих амплитуды, соизмеримые с амплитудой рабочей гармоники. Эта особенность обмотки 1 приводит к появлению осцилляций в кривых электромагнитных моментов роторов МР. При равных значениях предельных (опрокидывающих) моментов вариант МР с постоянными магнитами на статоре требует в 5 раз большей величины МДС по сравнению с необходимой величиной МДС обмотки статора. Эта особенность связана с большим внутренним сопротивлением самих магнитов магнитному потоку. Указанное преимущество обмотки статора может быть реализовано либо при достаточно эффективном её охлаждении, либо при проектировании МР по современным стандартам энергоэффективных электрических машин, допускающим сравнительно низкие плотности тока в проводниках обмотки статора.
The Magnetic reducers (MR) have air gaps in which the magnetic field contains a large number of poles. In magnetic reducers with adjustable reduction ratio (AMR), a multi-pole magnetic field is created by an alternating-current winding (usually three-phase) powered from a static frequency converter. Because of the limited number of stator core slots of the AMR, the winding coils have to be placed on each tooth of the core. The above windings are named the concentrated or tooth windings (in contrast to classical distributed windings). Because of their producibility, the tooth windings are becoming increasingly common in electric machines. There are three types of these windings: 1) the number z of stator teeth is close to the number of poles 2p; 2) the number of slots per pole and phase q = 0,5; 3) the number of slots per pole and phase q < 0,5 and 0,5 < q < 1. The tooth windings of type 2 (with q = 0,5) have a better tuning of the fundamental harmonic from the associated higher harmonics. The MR with these windings will have a lower level of vibration and noise. All other conditions being equal, in comparison with windings of type 1, these windings have a greater level of the amplitude of the fundamental harmonic of the MMF and its constancy for all phase zones. The spindle windings of types 2 and 3 have similar working properties, which slightly exceed the properties of the winding 1. The main disadvantage of winding 1 is the presence of the similar in order harmonics, having amplitudes commensurate with the amplitude of the fundamental harmonic. This feature of type 1 winding leads to the appearance of oscillations in the curves of the electromagnetic moments of the MR rotors. At equal values of limiting (overturning) moments, the version of MR with permanent magnets on the stator requires 5 times the value of the MMF in comparison with the required value of the MMF of the stator winding. This feature is due to the large internal resistance of the magnets themselves to the magnetic flux. This advantage of the stator winding can be realized either by sufficiently effective cooling of the stator winding, or by designing the MR according to modern standards of energy efficient electric machines that allow for relatively low current densities in the conductors of the stator winding.
621.313
31.261
types and schemes of tooth windings of magnetic reducer
harmonic composition of MMF windings
calculation of magnetic field by method of conjugation of conformal mappings
electromagnetic moments of rotors
Алексеева М.М. Машинные генераторы повышенной частоты. Л.: Энергия, 1967. 344 с.
Альпер Н.Я., Терзян А.А. Индукторные генераторы. М.: Энергия, 1970. 192 с.
Афанасьев А.А. Метод сопряжения конформных отображений в задачах электромеханики. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2011. 390 с.
Касик П.Ю. Тихоходные безредукторные микроэлектродвигатели. Л.: Энергия, 1974. 136 с.
Кравчик А.Э., Шлаф М.М., Афонин В.И., Соболенская Е.А. Асинхронные двигатели серии 4 А: Справочник. М.: Энергоиздат, 1982. 504 с.
Сергеев П.С. Электрические машины. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1962. 280 с.
Петров Г.Н. Электрические машины: в 3 ч. Ч. I. Введение. Трансформаторы. М.: Энергия, 1974. 240 с.
Шевченко А.Ф. Многополюсные синхронные машины с дробными q № 1 зубцовыми обмотками с возбуждением от постоянных магнитов // Электротехника. 2007. № 9. С. 3-8.
Шумов Ю.Н., Сафонов А.С. Энергосберегающие электрические машины (обзор зарубежных разработок) // Электричество. 2015. № 4. С. 45-55.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках проекта № 18-48-210004 р_поволжье_а.
ВЧУ_2018_номер_3_с.005-023.pdf
24-32
RAR
Бычков
Анатолий Владимирович
аспирант кафедры электрических и электронных аппаратов
Чувашский государственный университет
bav.xlab@gmail.com
Bychkov
Anatoly
Post-Graduate Student of Department of Electrical and Electronic Apparatuses Department
Chuvash State University
Славутский
Леонид Анатольевич
Чувашский государственный университет
доктор физико-математических наук, профессор кафедры автоматики и управления в технических системах
las_co@mail.ru
Slavutskii
Leonid
Chuvash State University
Doctor of Physics and Mathematical Sciences, Professor of Automation and Management in Technical Systems Department
ВОЗМОЖНОСТИ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ИМПУЛЬСНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ ПРИ БЕСКОНТАКТНОМ ВИБРОКОНТРОЛЕ ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
CAPABILITIES OF CORRELATION PROCESSING OF PULSE ULTRASONIC SIGNALS FOR NONCONTACT VIBRATION CONTROL OF ELECTRIC POWER INDUSTRY EQUIPMENT
Показана возможность использования импульсного ультразвукового (УЗ) зондирования для задач вибродиагностики силового электрооборудования. Представлена и описана схема измерительной установки, а также алгоритм корреляционной обработки импульсных УЗ сигналов при активном, с использованием импульсного зондирования, вибрационном контроле. Проведены оценки пределов применимости бесконтактного ультразвукового способа измерения уровня вибраций. Предлагается алгоритм корреляционной и спектральной обработки сигналов при использовании эталонных линейно-частотно-модулированных импульсов. На его основе показана возможность использования импульсных ультразвуковых измерений для активного вибрационного контроля. На примере широко распространенной в ультразвуковых измерениях несущей частоты акустических сигналов 40 кГц представлены примеры обработки импульсных УЗ сигналов при рассеянии на объекте с частотой вибраций 100 Гц и 10 кГц. Показано, что алгоритмы корреляционной и спектральной обработки импульсных сигналов должны отличаться для контроля высокочастотных (единицы и десятки кГц) и низкочастотных (единицы и десятки Гц) вибраций. Для контроля низкочастотных вибраций предложен новый алгоритм обработки сигнала, который основан на анализе изменения формы взаимной корреляционной функции фазомодулированного принимаемого УЗ и эталонного сигнала. Предлагаемый подход позволяет создавать для виброконтроля электрооборудования адаптивные алгоритмы зондирования и обработки сигналов. Это дает практическую возможность измерения вибраций в диапазоне от единиц герц до десятков килогерц.
The possibility of using pulsed ultrasonic probing for the vibration diagnostics of electric power equipment is shown. The scheme of the measuring device is presented and described. The algorithm of correlation processing of pulsed ultrasonic signals with active vibration control is presented. The limits of applicability of a non-contact ultrasonic method for measuring the level of vibrations are estimated. An algorithm for correlation and spectral processing of signals using reference linear chirp pulses is proposed. Based on this, the possibility of using pulsed ultrasonic measurements for active vibration control is shown. Examples of processing pulsed ultrasonic signals in the case of scattering at an object with a vibration frequency of 100 Hz and 10 kHz are presented based on the carrier frequency of acoustic signals of 40 kHz, widely used in ultrasonic measurements. It is shown that the algorithms for correlation and spectral processing of pulsed signals should differ for controlling high-frequency (units and dozens of kHz) and low-frequency (units and dozens of Hz) vibrations. To control low-frequency vibrations, a new algorithm for signal processing is proposed. It is based on the analysis of changing the shape of the cross-correlation function of the phase-modulated received signal and the reference signal. The proposed approach makes it possible to create adaptive probing and signal processing algorithms for vibration control of electric power equipment. This gives a practical possibility to measuring vibrations in the range from units of hertz to dozens of kilohertz.
621.31: 658.588.2:53.082.4
32.873
vibration control
electric power equipment
ultrasound
pulse measurement
correlation processing
spectral analysis
Быстрицкий Г.Ф., Кудрин Б.И. Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов. М.: Академия, 2003. 176 с.
Бычкова И.Ю., Бычков А.В., Славутский Л.А. Цифровая фазовая модуляция и корреляционная обработка ультразвуковых сигналов для импульсных измерений в неоднородной среде // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 3. С. 114-119.
Журавлев О.А., Шапошников Ю.Н., Ивченко А.В. Лазерная виброметрия механических конструкций. Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2006. 72 с.
Костюков В.Н. Основы виброакустической диагностики и мониторинга машин. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. 360 с.
Костюков А.С., Славутский Л.А. Разрешающая способность ультразвукового уровнемера с цифровой обработкой ЛЧМ сигнала // Вестник Чувашского университета. 2008. № 2. С. 272-275.
Матюшкова О.Ю., Тэттэр В.Ю. Современные методы виброакустического диагностирования // Омский научный вестник. 2013. С. 294-299.
Николаев А.А., Славутский Л.А. Дистанционный контроль ультразвуковых магнитострикционных преобразователей противонакипных устройств // Вестник Чувашского университета. 2008. № 2. С. 228-232.
Русов В.А. Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам. Пермь: ДимРус, 2012. 200 с.
Русов В.А. Обзор вибрационных методов и технических средств, предназначенных для диагностики подшипников качения // Главный энергетик. 2009. № 1. С. 56-59.
Русов В.А. Общий обзор отечественных приборов вибрационного контроля // Главный энергетик. 2009. № 7. С. 16-19.
Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2005. 592 с.
Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. М.: Техносфера, 2006. 632 с.
Янич В.В. Пьезоэлектрические виброизмерительные преобразователи. Т. 7. Пьезо-электрическое приборостроение. Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2010. 304 с.
Bartoletti С., Desiderio M., Carlo D.Di., Fazio G., Muzi F., Sacerdoti G., Salvatori F. Vibro-acoustic techniques to diagnose power transformers. IEEE Transactions on Power Delivery, 2004, no. 19, pp. 221-229.
Ben-Yosef N., Ginio О., Weitz A. Measurement and analysis of mechanical vibrations by means of optical heterodyning techniques. Journal of physics E: Scient. Instruments, 1974, no. 7, p. 218.
Cristallia C., Paoneb N., Rodriguezc R.M. Mechanical fault detection of electric motors by laser vibrometer and accelerometer measurements. Mechanical Systems and Signal Processing, 2006, no. 20, pp. 1350-1361.
Kang P., Birtwhistle D. Condition monitoring of power transformer on-load tap-changers. IEE Proceedings - Generation, Transmission and Distribution, 2001, no. 148, pp. 301-306.
Rivas E., Burgos J.C., Garcia-Prada J.C. Condition Assessment of Power OLTC by Vibration Analysis Using Wavelet Transform. IEEE Transactions on Power Delivery, 2009, no. 24, pp. 687-694.
Sapozhnikov O.A., Morozov A.V., Cathignol D. Piezoelectric transducer surface vibration characterization using acoustic holography and laser vibrometry. Proc. IEEE Int. Ultrasonics and UFFC 50th Anniv. Joint Conf., 2004, vol. 1, pp. 161-164.
Tavner P.J. Review of condition monitoring of rotating electrical machines. IET Electric Power Applications, 2008, no. 2, pp. 215-247.
ВЧУ_2018_номер_3_с.024-032.pdf
33-43
RAR
Васильев
Евгений Георгиевич
Чувашский государственный университет
аспирант кафедры электрических и электронных аппаратов
Vasilyev
Evgeniy
Chuvash State University
Post-Graduate Student of Electric and Electronic Apparatus Department
Иванов
Иван Петрович
ОАО "ВНИИР-Прогресс"
ipivanov@vniir.ru
главный научный сотрудник
Ivanov
Ivan
VNIIR Progress
Chief Researcher
Самуилов
Дмитрий Владимирович
Чувашский государственный университет
магистрант кафедры электрических и электронных аппаратов
Samuilov
Dmitriy
Chuvash State University
Master's Program Student of Electric and Electronic Apparatus Department
Свинцов
Геннадий Петрович
Чувашский государственный университет
eea_chuvsu@mail.ru
доктор технических наук, профессор кафедры электрических и электронных аппаратов
Svintsov
Gennadiy
Chuvash State University
Doctor of Technical Sciences, Professor of Electric and Electronic Apparatus Department
ОБОБЩЕННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КЛАПАННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ МОДУЛЬНЫХ КОНТАКТОРОВ
GENERALIZED ELECTROMAGNETIC CHARACTERISTICS OF VALVE ELECTROMAGNETS OF MODULAR CONTACTORS
Приведено описание отличительных особенностей конструкций электромагнитов модульных контакторов. Изложена общая методика расчета обобщенных нагрузочных и тяговых характеристик приводных электромагнитов, суть которой заключается в представлении уравнений этих характеристик в параметрической форме через напряженность магнитного поля и в решении этих уравнений методами вычислительного эксперимента и теории подобия. Предложен усовершенствованный метод расчета магнитной цепи по участкам, отличающийся упрощенной процедурой вычислений "снизу-вверх". Получены обобщенные безразмерные функции МДС обмотки и электромагнитной силы электромагнитов модульных контакторов. Для оценки точности полиномиальных моделей произведены расчеты магнитной системы по методу участков и обобщенным характеристикам. Показано, что расхождение результатов расчета магнитной системы не превышает 10%. Расчеты показывают возможность определения электромагнитной силы электромагнита модульного контактора при любом сочетании семейства геометрических размеров. В качестве примера приведены предварительные результаты расчета электромагнита модульного контактора на номинальный ток 63 А. Отмечено, что уточненную методику получения обобщенных магнитных характеристик и усовершенствованный метод расчета по участкам рекомендуется использовать при проектировании электромагнитов постоянного тока других типов.
The description of distinctive features of designs of modular contactor electromagnets is given. The general procedure for calculating the generalized load and traction characteristics of driving electromagnets is presented. The essence of this is in the representation of the equations of these characteristics in parametric form through the strength of the magnetic field, and in solution of these equations by the methods of computational experiment and similarity theory. An improved method for calculating the magnetic circuit by sections is proposed, which is characterized by a simplified "down up" calculating procedure. Generalized dimensionless functions of MMF winding and the electromagnetic force of modular contactors are obtained. Examples of calculations are given. To estimate the accuracy of polynomial models, calculations of the magnetic system by the method of sections and generalized characteristics were made. It is shown that the discrepancy between the results of calculating the magnetic system does not exceed 10%. Calculations show the possibility of determining the electromagnetic force of an electromagnet of a modular contactor for any combination of a family of geometric dimensions. As an example, the preliminary results of the calculation of the electromagnet of a modular contactor at a rated current of 63 A. are given. It is noted that an improved method for obtaining generalized magnetic characteristics and an improved method for calculating the sections are recommended for the design of other types of DC electromagnets.
621.318.3
3264.36-052
valve electromagnets
modular contactors
generalized characteristics
improved method of sections
dimensionless MMF
dimensionless electromagnetic force
calculated dependencies
Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Магнитные цепи, поля и программа FEMM. М.: Академия, 2005. 336 с.
Кадыков В.К., Руссова Н.В., Свинцов Г.П., Сизов А.В. Обобщенные экспериментальные зависимости потокораспределения, потокосцепления и магнитодвижущей силы в клапанных электромагнитных системах постоянного тока с круглыми полюсными наконечниками // Электротехника. 2007. № 4. С. 41-47.
Клименко Б.В. Форсированные электромагнитные системы. М.: Энергоатомиздат, 1989. 160 с.
Лобов Б.Н., Павленко А.В., Подберезная И.Б., Медведев В.В. К расчету характеристик электромагнитных приводов электрических аппаратов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2017. Т. 60. № 1. С. 35-40.
Любчик М.А. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока (Расчет и элементы проектирования). М.: Энергия, 1968. 152 с.
Могилевский Г.В. Применение теории подобия к проектированию электромагнитов // Вестник электропромышленности. 1953. № 4. С. 34-38.
Никитенко А.Г. Проектирование оптимальных электромагнитных механизмов. М.: Энергия, 1974. 135 с.
Основы теории электрических аппаратов / Б.К. Буль, Г.В. Буткевич, А.Г. Годжело и др.; под. ред. Г.В. Буткевича. М.: Высшая школа, 1970. 600 с.
Пеккер И.И. Физическое моделирование электромагнитных механизмов. М.: Энергия, 1969. 64 с.
Пик Р., Уэйгар Г. Расчет коммутационных реле. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1961. 584 с.
Сахаров П.В. Проектирование электрических аппаратов (Общие вопросы проектирования). М.: Энергия, 1971. 560 с.
Шоффа В.Н. Методы расчета магнитных систем постоянного тока. М.: Изд-во МЭИ, 1998. 40 с.
Шоффа В.Н. Проектный метод расчета электромагнитов постоянного тока клапанного типа // Электротехника. 1968. № 5. С. 41-45.
ВЧУ_2018_номер_3_с.033-043.pdf
44-52
RAR
Ганиев
Ришат Наильевич
Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) Казанского национального исследовательского технологического университета
n7007@mail.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и энергообеспечения предприятия
Ganiev
Rishat
Nizhnekamsk Chemical-Technological Institute (Branch) of Kazan National Research Technological University
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Electrical Engineering and Power Supply of the Enterprise
Шатунов
Степан Николаевич
Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) Казанского национального исследовательского технологического университета
магистрант кафедры электротехники и энергообеспечения предприятия
Shatunov
Stepan
Nizhnekamsk Chemical-Technological Institute (Branch) of Kazan National Research Technological University
Master's Program Student, Department of Electrical Engineering and Energy Supply of the Enterprise
ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С РЕКУПЕРАЦИЕЙ В СОСТАВЕ КОРДНОЙ ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА ГРУЗОВЫХ АВТОШИН
FREQUENCY-REGULATED ELECTRIC DRIVE WITH RECUPERATION OF THE CORD LINE IN THE TIRE PRODUCTION
Цель данной работы заключается в разработке способа повышения энергоэффективности взаимосвязанных электроприводов с рекуперацией энергии. Для достижения цели определены режимы работы технологической линии производства корда, в которых возможна рекуперация энергии в сеть, разработаны требования к многодвигательной системе. Предложена идея управления, основанная на контроле режимов рекуперации. Исследования проведены путем моделирования в программе MatLab, пакет Simulink и SimPowerSystems. Представленный вариант частотно-регулируемого электропривода позволяет добиться повышения энергоэффективности при использовании рекуперируемой энергии электропривода. Научная новизна состоит в разработанном алгоритма управления, повышающем энергоэффективность электроприводов поточных линий в технологии производства автомобильных шин за счет использования генераторных режимов асинхронных двигателей в составе частотно-регулируемых электроприводов.
The purpose of this work is to develop a way to improve the energy efficiency of interconnected electric drives with energy recovery. To achieve the goal, the modes of operation of the technological cord production line are determined, in which energy recovery into the network is possible, and the requirements for a multi-motor system are developed. The control based on mode recovery control is proposed. Research has been carried out by simulation in the program MatLab, Simulink and SimPowerSystems. The presented variant of a frequency-adjustable electric drive allows achieving energy efficiency when using electric drive recovered energy. The scientific novelty consists of the developed control method that increases energy efficiency of electric drives of production lines in automobile tires production technology due to the use of generator modes of asynchronous motors as part of variable frequency drives.
621.3
31.261.2
multi-motor electric drive
interconnected electric drives with energy recovery
frequency-controlled electric drive
cord line
production of tires
Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. СПб.: Корона, 2001. 320 с.
Герман-Галкин С.Г. Моделирование устройств силовой электроники // Силовая электроника. 2009. № 4. URL: http://www.power-e.ru/2009_4_102.php (дата обращения: 05.04.2018).
Рагулин В.В., Вольнов А.А. Технология шинного производства. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1981. 264 с.
Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Академия, 2005. 302 с.
Частотно-регулируемые электроприводы в технологиях шинопроизводства / Р.Н. Ганиев, Н.И. Горбачевский, В.Н. Дмитриев, С.Н. Сидоров; под ред. Н.И. Горбачевского. Ульяновск: УлГТУ, 2015. 223 с.
ВЧУ_2018_номер_3_с.044-052.pdf
53-59
RAR
Гущин
Игорь Ардальенович
Чувашский государственный университет
еlpardon@gmail.com
кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности и инженерной экологии
Gushchin
Igor
Chuvash State University
Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor of Life Safety and Environmental Engineering Department
СРАВНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ РАЗРУШЕНИЯ УГЛЕПЛАСТИКА ТОКАМИ МОЛНИИ
COMPARISON OF DESTRUCTION MODELS OF CFRP BY LIGHTNING CURRENTS
Рассмотрены две модели разрушения углепластика токами молнии. Первая модель основана на анализе растекания токов в сплошной анизотропно-проводящей среде. Эта модель позволяет найти точное решение уравнения Лапласа методом Гринберга с граничными условиями Неймана и сделать вывод о характере растекания токов и разрушения материала в данной среде. Вторая модель учитывает реальную слоистую структуру углепластика. Расчет послойного растекания токов проведен на основе схемы замещения углепластика. Полученная система уравнений решена численным методом Гаусса. Найдены продольные и поперечные плотности токов. Определен критерий деструкции материала в виде эквивалентной глубины разрушения. Проведен сравнительный анализ двух моделей разрушения. Сделан вывод, что для анализа послойного разрушения углепластика лучше использовать метод, который учитывает его слоистую структуру.
We consider two models of destruction of CFRP by lightning currents. The first model is based on the analysis of current flow in a continuous anisotropic-conducting medium. This model allows us to find the exact solution of Laplace equation by Greenberg method with Neumann boundary conditions and to conclude about the nature of the current flow and the destruction of the material in this medium. The second model takes into account the real layered structure of carbon fiber. Calculation of stratified flow of currents is conducted on the basis of carbon equivalent circuit. The obtained system of equations is solved numerically by Gauss method. Longitudinal and transverse current densities are found. The criterion of destruction of the material in the form of equivalent depth of destruction is determined. The paper presents a comparative analysis of two destruction models, the results of which are well matched. The conclusion is made about the use of a more acceptable method for the analysis of layer-by-layer destruction of carbon fiber, taking into account the layered structure.
621.3.027.3:621.315.56
З24:Л252
lightning current
conductive composite
medium with anisotropy of conductive properties
CFRP destruction
equivalent circuit of carbon fiber
lightning protection
Авруцкий В.А., Бизяев А.С., Гущин И.А., Прохоров Е.Н., Сергиевская И.М. Оптимизация сеточной молниезащиты изделий из диэлектрических композиционных материалов // Электричество. 1992. № 1.
Авруцкий В.А., Бизяев А.С., Гущин И.А., Прохоров Е.Н., Сергиевская И.М. Разрушение изделий из углепластика под действием токов молнии // Электричество. 1993. № 2.
Chemartin L., Lalande P., Peyrou B., Chazottes A., Elias P.Q., Delalondre C., Cheron B.G., Lago F. Direct Effects of Lightning on Aircraft Structure: Analysis of the Thermal, Electrical and Mechanical Constraints. Journal AerospaceLab, 2012, Iss. 5, Dec., pp. 1-15.
Karch C., Honke R., Steinwandel J., Dittrich K.W. Contributions of Lightning Current Pulses to Mechanical Damage of CFRP Structures, OU-04_KARCH ICOLSE, 2015.
Karch С., Metzner С. Lightning protection of carbon fibre reinforced plastics. 33rd Int. Conf. on Lightning Protection (ICLP), 2016, 25-30 Sept.
Sonehara Т., Kusano Н., Tokuoka N., Hirano Y. Visualization of Lightning Impulse Current Discharge on CFRP Laminate. ICLP, 2014. DOI: 10.1109/ICLP.2014.6973239.
Tomblin J. et al. Materials for Lightning Protection of Composite Airframe Structures, Report AFRL-RX-WP-TR-2013-0190 US Air Force Research Laboratory, 2013.
ВЧУ_2018_номер_3_с.053-059.pdf
60-66
RAR
Карчин
Виктор Васильевич
Марийский государственный университет
karchinvv@gmail.com
кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения
Karchin
Vladimir
Mari State University
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Power Supply Department
Мясникова
Татьяна Вячеславовна
Чувашский государственный университет
tatyanamyasnikova@yandex.ru
кандидат педагогических наук, доцент кафедры автоматизированных электротехнологических установок и систем
Myasnikova
Tatyana
Chuvash State University
Candidate of Pedagogical Sciences, Assistant Professor, Department of Electrotechnologies, an Electric Equipment and the Automated Manufactures
Воробьев
Константин Мухтарович
Марийский государственный университет
wikonst@gmail.com
старший преподаватель кафедры электроснабжения и технической диагностики
Vorobiev
Konctantin
Mari State University
Senior Lecturer, Power Supply and Technical Diagnostics Department
ПЛАНИРОВАНИЕ РЕЖИМА ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПОТРЕБИТЕЛЯМИ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ ТАРИФНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
PLANNING OF CONSUMERS ELECTRICITY CONSUMPTION REGIME IN MODERN CONDITIONS OF TARIFF REGULATION
Как известно, существуют два товара на оптовом рынке электроэнергии: электроэнергия и мощность, которые продают поставщики (генерирующие компании) покупателям (сбытовым компаниям, экспортёрам электроэнергии и др.). В современных условиях рыночной экономики для промышленных потребителей особенно остро встает вопрос уменьшения платежей за потребленную электроэнергию. Рассмотрена структура затрат на электроэнергию в зависимости от выбранной ценовой категории для одного из литейных производств, расположенного в Республике Марий Эл. Установлено, что графики потребления и ценовые категории возможны для любого промышленного производства и являются существенным фактором оптимизации затрат на потребленную электроэнергию.
It is known that in the wholesale electricity market, there are two kinds of goods which electricity suppliers (generating companies, importers of electricity) sell to buyers (sales companies, large consumers, and exporters of electric power) namely, electricity and capacity. In modern market economy conditions, the issue of reducing payments for consumed electricity is especially up-to-date for industrial consumers. The structure of electricity costs is considered depending on the chosen price category for one of the foundries located in the Republic of Mari El. It has been found that consumption schedules and price categories are possible for any industrial production and are an important factor in optimizing the cost of consumed electricity.
621.316
31.19
electricity
tariff
tariff regulation
consumption mode
electricity market
electricity costs
АО "Администратор торговой системы оптового рынка электроэнергии": администратор торговой системы: сайт [Электронный ресурс]. URL: http://https://www.atsenergo.ru (дата обращения: 09.06.2018).
Monopolkomission, Sonderguatachten Strom und Gas 2007: Wettbewerbsdefizite und zogerliche Regulierung, Bundestagsdrucksache 16/7087, Rn. 117.
Review methods for measurement and evaluation of the harmonic emission level from an individual distorting load. CIGRE 36.05/CIRED 2 joint WG CC02 (Voltage quality), 1999.
Roggenkamp M., Redgwell C., del Guayo I., Ronne A., eds. Energy Law in Europe. National, EU, and International Regulation. 2nd ed. Oxford University Press, 2007, pp. 503-508.
ВЧУ_2018_номер_3_с.060-066.pdf
67-78
RAR
Львова
Эльвира Львовна
Чувашский государственный университет
еlyalvov1@yandex.ru
старший преподаватель, кафедры электротехнологий, электрооборудования и автоматизированных производств
Lvova
Elvira
Chuvash State University
Senior Lecturer, Department of Electrical Technologies, Electrical Equipment and Automated Production
Миронова
Альвина Николаевна
Чувашский государственный университет
anmir37@mail.ru
доктор технических наук, профессор кафедры электротехнологий, электрооборудования и автоматизированных производств
Mironova
Alvina
Chuvash State University
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Electrotechnology, Electrical Equipment and Automated Productio
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ГРУППЫ ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ НА ПИТАЮЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ
EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF THE INFLUENCE OF ARC-FURNACE GROUP ON SUPPLY VOLTAGE
В статье рассмотрены вопросы влияния работы дуговых печей на питающую сеть и их взаимовлияния, приведены результаты экспериментальных исследований дуговых печей при совместном питании группы установок ДСП малой вместимости от одного силового двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой. Описана методика исследования и обработки экспериментальных данных изменения напряжения в питающих сетях. Рассмотрены основные выражения для определения коэффициента, учитывающего возрастание степени влияния работы группы печей на питающую сеть. Выявлены основные статические показатели качества напряжения на сборных шинах заводской подстанции при работе исследуемых ДСП. Отмечено, что показатели качества электрической энергии в распределительных сетях значительно отличаются от стандартизируемых ГОСТ 32144-2013. Приведен анализ влияния колебаний напряжения на режимы работы печей, показано, что в распределительных сетях необходимы их учет и минимизация. Предложены методы уменьшения воздействия режимов работы дуговых печей на характеристики установок ДСП.
The article discusses the influence of arc furnaces on the supply networks and their mutual influence. It presents the results of experimental studies of arc furnaces in case when they and a group of low capacity arc steel-smelting furnaces were powered from a single double-wound split- winding transformer. A technique for studying and processing experimental data of voltage variation in supply networks is described. The basic expressions for determining the coefficient, taking into account the increasing influence of a group of furnaces operation on the supply network, are considered. The main static indicators of the voltage quality on the plant substation buses in arc steel-smelting furnace operation are revealed. It is noted that electrical energy quality index in distribution networks is significantly different from the standardized ones GOST 32144-2013. The analysis of the voltage fluctuation influence on the furnace operation is given. The methods of reducing the influence of arc furnaces operating modes on the performance of arc steel-smelting furnace plants are proposed.
621.365.22:621.311.1
З292.Зв615+З279в615
arc steel-smelting furnace EAF
supply networks
operating modes
electric power quality indicators
voltage distortion
research and processing methods
Вагин Г.Я., Севостьянов А.А., Юртаев С.Н. Электромагнитная совместимость дуговых печей и систем электроснабжения // Труды Нижегородского государственного университета им. Р.Е. Алексеева. 2010. № 2(81). С. 202-210.
Жежеленко И.В., Рабинович М.Л., Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. Киев: Техника, 1981. 160 с.
Львова Э.Л. Влияние работы ряда ДСП в литейных цехах на качество электрической энергии и их взаимовлияние. Исследование специальных вопросов электротермии. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1983. С. 29-33.
Миронова А.Н., Миронов Ю.М. Энерготехнологическая эффективность дуговых сталеплавильных печей. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1999. 154 с.
Рыжнеев Ю.Л., Минеев Р.В., Михеев А.П., Смелянский М.Я. Влияние дуговых печей на системы электроснабжения / под. ред. М.Я. Смелянского, Р.В. Минеева. М.: Энергия, 1975. 184 с.
ВЧУ_2018_номер_3_с.067-078.pdf
79-92
RAR
Миронов
Юрий Михайлович
доктор технических наук, профессор кафедры электротехнологий, электрооборудования и автоматизированных производств
Чувашский государственный университет
mironovu@mail.r
Mironov
Yuri
Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Electrotechnics, Electric Equipment and of Automated Productions
Chuvash State University
Миронова
Альвина Николаевна
доктор технических наук, профессор кафедры электротехнологий, электрооборудования и автоматизированных производств
Чувашский государственный университет
Almir37@mail.ru
Mironova
Alvina
Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Electrotechnics, Electric Equipment and of Automated Productions
Chuvash State University
ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ С ПОМОЩЬЮ ОПТИМИЗАЦИИ ИХ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ
ECONOMIC EFFICIENCY INCREASE OF ELECTRIC ARC FURNACES BY OPTIMIZING THEIR ENERGY CONSUMPTION
Из экономического анализа выявлены основные направления снижения себестоимости выплавки тонны стали на дуговых печах, определена роль в этом процессе снижения энергопотребления. Рассмотрены мероприятия по снижению электрических потерь за счет оптимизации режимов, изменения конструктивных элементов печей и уменьшения частоты тока. Описаны методы снижения тепловых потерь через футеровку, с отходящими газами и во время "горячих" и "холодных" простоев дуговых печей. Проанализирован энергетический баланс дуговой сталеплавильной печи. Показано, что существенное снижение энергопотребления кроме снижения потерь энергии может быть достигнуто за счет мероприятий по повышению энтальпии шихты с помощью ее подогрева с помощью топливно-кислородных горелок как вне печи, так и во время процесса расплавления металла. Эффективным методом оптимизации является утилизация тепла отходящих газов. Рассмотрены различные способы этого процесса. Описаны методы снижения расхода электроэнергии за счет оптимизации электрических режимов плавки.
The main directions of cost reduction in smelting a ton of steel in electric arc furnace shave been determined and the role of reducing energy consumption in this process has been defined from economic analysis. Actions to reduce power losses due to melting conditions optimization, structural changes of the furnaces and current frequency reduction are considered. Methods to reduce heat losses from waste gases through the lining and during "hot" and "cold" downtime of arc furnaces are described. Energy balance of the electric arc furnace is analyzed. It is shown that significant energy consumption reduction in addition to reducing energy losses can be achieved due to the increase of charge enthalpy by heating it using fuel and oxygen burners both outside the furnace and during the process of metal melting. An effective method of optimization is waste gas heat recovery. Various ways of this process are considered. Methods to reduce energy consumption by optimizing electric melting conditions are described.
621.365.2:[602.9:502.174]
К327.4
cost of smelting of a ton of steel
electricity consumption
power loss
heat loss
reduction of losses
preheating of charge
burners
oxygen
waste gas disposal
Миронов Ю.М. Электротехника электрометаллургических печей дугового, резистивного и смешанного нагрева. М.: ИНФРА-М, 2018. 336 с. DOI: 10.12737/monography 5acf67dd383773.64112431.
Миронова А.Н., Миронов Ю.М. Энерготехнологическая эффективность дуговых сталеплавильных печей / под ред. Ю.М. Миронова. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1999. 354 с.
Тулуевский Ю.Н., Зинуров И.Ю. Инновации для дуговых сталеплавильных печей. Научные основы выбора. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. 347 с.
Ферри М.Б. Самая крупная в мире установка CONSTEEL снабжает сталью производство полосы на заводе Arvedi // Сталь. 2010. № 11. С. 31-34.
Adams W., Allameddine S., Bowman B., Lugo M., Palge S., Stafford P. Total energy consumption in arc furnaces. MPT Int., 2002, 25, no. 6, рр. 44-50.
Alzetta F., Poloni A., Ruscio E. Revolutionary nеw hidh-tech electric arc furnact. MРT International, 2006, no. 5, pp. 48-55.
Cottardi R., Miani G., Partyka A., Movak H.A. Design and performance of UUCP (Ultra-high chemical power) EAF. Steel Times Int., 2006, no. 6, pр. 17-19.
Mironov Yu.M. Effect of the Secondary Current Lead Resistances on the Properties of an Arc Steel-Melting Furnace as a Receiver and Transformer of Electric Power. Metally (Russian Metallurgy), vol. 2009, no. 8, pp. 1-5. DOI:10.1134/S0036029509080138.
Mironov Yu.M., Petrov V.G. Heat loss and energy efficiency of Arc Steel-Melting furnaces. Russian Metallurgy (Metally), 2010, vol. 2010, iss. 12, pp. 1141-1144. DOI: 10.1134/S0036029510120141.
Mironov Yu.M., Petrov V.G. Thermal Operation of Arc Foundry Furnaces. Metally (Russian Metallurgy), 2010, vol. 2010, iss. 6, pp. 522-525.
ВЧУ_2018_номер_3_с.079-092.pdf
93-101
RAR
Орлов
Александр Игоревич
Марийский государственный университет
karlorlov@gmail.com
кандидат технических наук, доцент кафедры электромеханики
Orlov
Aleksandr
Mari State University
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Electro-mechanics Department
Волков
Сергей Владимирович
Марийский государственный университет
eef@marsu.ru
кандидат технических наук, декан электроэнергетического факультета
Volkov
Sergey
Mari State University
Candidate of Technical Sciences, Dean of the Electro Energy Faculty
СРАВНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВАМИ ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗКИ ПРИ ИХ ГРУППОВОЙ РАБОТЕ
COMPARISON OF CONTROL ALGORITHMS BY LOAD BALANCING DEVICES IN THEIR GROUP WORK
Статья посвящена сравнению алгоритмов управления группой устройств выравнивания нагрузки коммутационного типа, установленных в распределительном устройстве 0,4 кВ. Актуальность темы обусловлена необходимостью решения проблемы неравномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной электрической сети, приводящей к отклонениям и несимметрии напряжения. В качестве объекта компьютерного моделирования выбрана схема типичной трехфазной разветвленной электрической сети 0,4 кВ, содержащая 4 трехфазные отходящие линии с однофазными потребителями. Рассмотрен алгоритм независимой и согласованной работы группы устройств. В первом случае выбор способа подключения отходящих линий к фазам источника производится блоком управления каждого устройства независимо; во втором используется единый блок управления всеми устройствами. Результаты моделирования позволяют установить, что алгоритм согласованной работы по сравнению с алгоритмом независимой работы позволяет снизить коэффициенты несимметрии напряжения по нулевой и обратной последовательностям в точке общего присоединения потребителей в большей степени, однако различие медианных значений полученных коэффициентов несимметрии не превышает 3%.
The work is devoted to comparison of control algorithms for a group of load-balancing devices installed in 0,4 kV switchgear. The relevance of the topic is caused by the necessity to solve the problem of unequal distribution of a single-phase load between phases of a three-phase electrical network, leading to voltage deviations and unbalance. As the object of computer simulation a scheme of a typical three-phase branched electrical network 0.4 kV is considered. The scheme contains 4 three-phase lines with single-phase consumers. An algorithm for independent and coordinated operation of a group of devices is considered. In case of independent operation, the way to connect the phase of load line to phase of the source is selected by the control unit of each device independently. In case of coordinated operation, a single control unit for all devices is used. Based on the results of the simulation, it follows that the coordinated operation algorithm allows to reduce the unbalance coefficients of zero and reverse sequences at the point of common coupling to a greater extent than the independent operation algorithm, however, the difference in the median values of obtained unbalance coefficients does not exceed 3%.
621.3.06
31.2
load balancing device
balancer
asymmetry
unbalanced load
unbalance factor
symmetric components
quality of electric energy
loss of electrical energy
Долингер С.Ю., Горюнов В.Н., Планков А.А., Сидоров О.А. Схематические решения активной фильтрации кривой тока в четырехпроводной трехфазной сети для обеспечения качества электрической энергии // Омский научный вестник. 2011. № 3(103). С. 214-217.
Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: руководство для практических расчетов. М.: ЭНАС, 2009. 456 с.
Закарюкин В.П., Крюков А.В. Математическая модель трансформатора, снабженного симметрирующим устройством // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012. № 11(70). С. 191-199.
Орлов А.И., Волков С.В., Савельев А.А. Снижение потерь в трехфазных трансформаторах при выравнивании несимметричной нагрузки // Вестник Чувашского университета. 2018. № 1. С. 52-60.
Орлов А.И., Волков С.В., Савельев А.А. Анализ влияния устройства выравнивания нагрузки на показатели несимметрии электрической сети // Вестник Чувашского университета. 2016. № 3. С. 100-108.
Орлов А.И., Волков С.В., Савельев А.А. Алгоритмы управления трехфазным устройством выравнивания нагрузки электрической сети // Вестник Чувашского университета. 2017. № 1. С. 162-172.
Пат. 162639 РФ, (51) МПК, H02J 1/00(2006.01). Устройство симметрирования нагрузки / Орлов А.И., Савельев А.А. № 2015146070/07; заявл. 26.10.2015; опубл. 20.06.2016, Бюл. № 17.
Сидоров С.А., Рогинская Л.Э. Регулируемое симметрирующее устройство с индуктивным накопителем энергии // Вестник Южно-Уральского государственного университета. 2014. № 3, т. 14. С. 33-40.
Энергосбережение в низковольтных электрических сетях при несимметричной нагрузке / под общ, ред. Ф.Д. Косоухова. СПб.: Лань, 2016. 280 c.
Akagi H. Watanabe E.H., Aredes M. Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning. Wiley-IEEE Press, 2007, 379 p.
ВЧУ_2018_номер_3_с.093-101.pdf
102-113
RAR
Орлов
Виктор Николаевич
Чувашский государственный университет
vinior@mail.ru
кандидат физико-математических наук, профессор кафедры теплоэнергетических установок
Orlov
Viktor
Chuvash State University
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Professor of the Department of Heat and Power Plants
Афанасьев
Владимир Васильевич
Чувашский государственный университет
avvteo@mail.ru
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теплоэнергетических установо
Afanasyev
Vladimir
Chuvash State University
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Heat and Power Plants
Ковалев
Владимир Геннадьевич
Чувашский государственный университет
espp21@mail.ru
кандидат технических наук, профессор, декан факультета энергетики и электротехники
Kovalev
Vladimir
Chuvash State University
Candidate of Technical Sciences, Professor, Dean of the Faculty of Power Engineering and Electrical Engineering
Тарасов
Владимир Александрович
Чувашский государственный университет
Vladimir_tarasov@inbox.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры теплоэнергетических установок
Tarasov
Vladimir
Chuvash State University
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Heat and Power Plants
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС ТЕРМОРАСПАДА ТВЁРДЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЛИНЕЙНОМ НАГРЕВЕ
INFLUENCE OF PHYSICAL AND CHEMICAL FACTORS ON THE THERMODORGANAGE PROCESS OF SOLID CARBON MATERIALS WITH LINEAR HEATING
При современном уровне производства и потребления электрической энергии около 80% ее вырабатывается на ТЭС. Современное развитие топливно-энергетического комплекса требует приведения потребления органического топлива в соответствие с его имеющимися запасами. Доля потребляемого угля на порядок меньше, чем нефти и газа, несмотря на то, что энергетический потенциал разведанных запасов угля превосходит примерно в 20-30 раз соответствующий показатель запасов нефти и газа. Применение каменного угля в энергетике ограничивается трудоемкостью традиционного шахтного способа его разработки и неизбежными накладными транспортными расходами. Способом снижения транспортных расходов на доставку каменного угля, особенно низкого качества и из отдаленных районов РФ, может являться газификация твердого топлива в местах его добычи с отделением лишь горючей газовой части и менее затратной передачей по газопроводу. Наряду с этим ставится вопрос о рациональном использовании вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) в виде бытовых отходов, побочных и промежуточных продуктов производств. Решением данных проблем может являться термохимическая переработка твёрдого топлива и вторичных энергетических ресурсов путем пиролиза и газификации. Целью работы являлось изучение процессов, протекающих при пиролизе и газификации твердых видов топлива. Методами дифференциально-термического анализа получены экспериментальные данные по термораспаду твердых видов топлива в окислительной среде. Показано, что неизотермические методы могут успешно использоваться для изучения механизма и кинетики термоокислительной деструкции твёрдых углеродных материалов. Установлено, что данный метод исследования высокотемпературного реагирования твердых видов топлива может быть применен для установления характера и интенсивности каталитического влияния ряда соединений и дисперсности частиц топлива на этот процесс в окислительной среде. Результаты исследований термораспада твердых видов топлива необходимы для определения особенностей газификации твердых видов топлива и выбора оптимальных технологических режимов пиролиза и газификации.
At the present level of production and consumption of electric energy, about 80% of it is produced at thermal power plants. The modern development of the fuel and energy complex requires bringing the consumption of organic fuel in line with its existing reserves. The share of coal consumed is an order of magnitude lower than that of oil and gas, despite the fact that the energy potential of the explored coal reserves exceeds by about 20-30 times the corresponding indicator of oil and gas reserves. The use of coal in the energy sector is limited by the complexity of the traditional mine method of its development and the inevitable overhead transport costs. A way to reduce transportation costs for the delivery of coal, especially of poor quality and from remote areas of the Russian Federation, can be the gasification of solid fuel in the field of its production with the separation of only the combustible gas part and less expensive transmission through the pipeline. Along with this, the question of rational use of secondary energy resources (re) in the form of household waste, by-products and intermediate products of production is raised. Thermochemical processing of solid fuels and secondary energy resources by pyrolysis and gasification can be a solution to these problems. The aim of the work was to study the processes occurring during pyrolysis and gasification of solid fuels. Experimental data on the thermal decomposition of solid fuels in an oxidizing medium are obtained by differential thermal analysis. It is shown that non-isothermal methods can be successfully used to study the mechanism and kinetics of thermal oxidative degradation of solid carbon materials. It is established that this method of studying the high-temperature response of solid fuels can be used to determine the nature and intensity of the catalytic effect of a number of compounds and the dispersion of fuel particles on this process in an oxidizing environment. The results of studies of the thermal decomposition of solid fuels are necessary to determine the characteristics of the gasification of solid fuels and the choice of optimal technological regimes of pyrolysis and gasification.
621.365:534.22
31.35
solid carbon materials
secondary energy resources
gasification
thermal decomposition
thermal analysis
Андреев В.В., Афанасьев В.В., Ковалев В.Г., Орлов В.Н., Тарасов В.А. Исследование термоокислительной деструкции местных видов топлив // Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники и энергоэффективности: материалы I Междунар. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2017. С. 15-23.
Афанасьев В.В., Ковалев В.Г., Орлов В.Н., Тарасов В.А. Исследование физико-химических свойств газификации местных видов топлив // Фундаментальные исследования. 2016. № 9(2). С. 227-232.
Афанасьев В.В., Ковалев В.Г., Орлов В.Н., Тарасов В.А. Оценка прикладных возможностей технологий газификации твердых топлив // Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники и энергоэффективности: материалы I Междунар. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2017. С. 44-52.
Бесплатный образовательный ресурс по пиротехнике и термографии. URL: http://pyrotechnics.net.ru.
Мержанов А.Г. Неизотермические методы в химической кинетике // Физика горения и взрыва. 1973. Т. 9, № 1. С. 4-36.
Орлов В.Н., Аверьянов В.Г., Бусыгин С.В., Казанцева К.С. Экспериментальное исследование кинетики термического разложения углеродных материалов методами термического анализа // Сборник научных трудов молодых ученых и специалистов. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2015. С. 214-218.
Соколовская Ю.Г., Фалюшин П.Л. Пиролиз отходов мебельного производства [Электронный ресурс]. URL: http://www.ecology.basnet.by/journal/priroda20/Sokolovskaya.pdf.
Уэнландт У. Термические методы анализа. М.: Мир, 1978. 526 с.
World Energy Resources: A Summary World Energy Council 2013 World Energy Council. Published 2013 by: World Energy Council Registered in England and Wales No. 4184478 VAT Reg. No. GB 123 3802 48 Registered Office Regency House 1-4 Warwick Street London W1B 5LT. p. 1-29.
ВЧУ_2018_номер_3_с.102-113.pdf
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Кабинета министров Чувашской Республики в рамках научного проекта № 18-48-210006.
114-125
RAR
Петров
Виктор Николаевич
аспирант кафедры электрических и электронных аппаратов
Чувашский государственный университет
viktor912012@yandex.ru
Petrov
Viktor
Post-Graduate Student of Electrical and Electronic Apparatus Department
Chuvash State University
Руссова
Наталия Валерьевна
Чувашский государственный университет
кандидат технических наук, начальник научно-исследовательского отдела
Russova
Nataliya
Chuvash State University
Candidate of Technical Sciences, Head of Research and Development Division
Самуилов
Дмитрий Владимирович
Чувашский государственный университет
магистрант кафедры электрических и электронных аппаратов
Samuilov
Dmitry
Chuvash State University
Master's Program Student of Electrical and Electronic Apparatus Department
Свинцов
Геннадий Петрович
Чувашский государственный университет
доктор технических наук, профессор кафедры электрических и электронных аппарато
eea_chuvsu@mail.ru
Svintsov
Gennadiy
Chuvash State University
Doctor of Technical Sciences, Professor, Electric and Electronic Apparatus Department
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ, СОРАЗМЕРНОСТЕЙ, УСЛОВИЙ ПИТАНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДВУХОБМОТОЧНОГО КЛАПАННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА МИНИМИЗИРОВАННУЮ МАССУ ЕГО АКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
INFLUENCE OF DIMENSIONS, PROPORTIONS, POWER CONDITIONS AND OPERATION OF TWO-WINDING VALVED DC ELECTROMAGNET ON MINIMIZED MASS OF ITS ACTIVE MATERIALS
При расчетах оптимизированного электромагнита по критериям "объем активных материалов" и "масса активных материалов" установлены соответствующие совпадения его размеров (dс, Hо, Ao, Aно, dп, c) и параметров (Bо.ср, Bо.отп, B?.отп, Fср, Fотп, Pп, Pуд, ?но, ?во, n) с расхождением, не превышающим 2-5%. Это позволяет с использованием упомянутых размеров и параметров, рассчитанных при минимизации критерия "объем активных материалов", определить оптимальную массу активных материалов по исходной аналитической формуле. Попутно установлено, что при увеличении критического значения рабочего зазора ?кр от 4 до 10 мм необходимая высота обмотки Hо.опт уменьшается на 30%; необходимые ширина окна обмотки Ao.опт, ширина окна низкоомной обмотки Aно.опт, диаметр полюсного наконечника dп.опт, расстояние сопт от оси сердечника до Г-образной скобы магнитопровода увеличиваются на 38, 37,7, 35,2 и 42,1%, соответственно; масса активных материалов электромагнита увеличивается на 91,2%; наблюдаются уменьшение магнитной индукции Bо.отп на 27,9%, увеличение магнитодвижущей силы срабатывания Fср на 57,6%, уменьшение магнитодвижущей силы отпускания Fотп на 27,9%, увеличение потребляемой электромагнитом мощности при включении Pп на 243%. Показано, что при увеличении механического усилия при критическом значении рабочего воздушного зазора Pмх.кр от 20 до 60 Н необходимый диаметр сердечника dс.опт, высота обмотки Hо.опт, ширина окна обмотки Ao.опт, ширина окна низкоомной обмотки Aно.опт, диаметр полюсного наконечника dп.опт и расстояние сопт от оси сердечника до скобы магнитопровода увеличиваются на 43,1, 28,2, 52,2, 93,5, 42,9, 42,3%, соответственно; масса активных материалов увеличивается на 191%; увеличиваются индукции Bо.отп, B?.отп на 21,1 и 21,8%, соответственно, магнитодвижущие силы Fср, Fотп на 28,4 и 26,4%, соответственно, потребляемая электромагнитом мощность в режиме удержания Pуд на 64,2%; уменьшается потребляемая электромагнитом мощность при включении Pп на 39,3%. Расчетами проиллюстрировано, что с увеличением конечного значения электромагнитной силы Pмх.к от 120 до 360 Н необходимые оптимальные Hо.опт, Bо.отп, B?.отп, Fотп, Pуд, Mа увеличились, соответственно, на 83,5, 80, 81,4, 94, 80 и 20,9%, при этом Pп, n уменьшились на 48 и 47,2%, соответственно.
In the calculations of an optimized electromagnet, according to the criteria "volume of active materials" and "mass of active materials", corresponding coincidences of its dimensions (dc, Ho,Ao, Ano, dn, c) and parameters (Bo.cp, Bo.otp, Bσ.opt, Fcp, Fotp, Pn, Pud, θno, θvo, n) with a discrepancy not exceeding 2-5% are established. This makes it possible to determine the optimum mass of active materials from the initial analytical formula using the dimensions and parameters calculated with the minimization of the criterion "volume of active materials". Incidentally, it was established that with increasing the critical value of the working gap σkp from 4 to 10 mm the required winding height Ho.otp decreases by 30%; the required winding window width Ao.opt, the window width of the low-resistance winding Ano.opt, the diameter of the pole piece dn.opt, distance copt from the core axis increase to the L-shaped bracket of a magnetic circuit by 38, 37,7, 35,2, 42,1% respectively; the mass of active materials of the electromagnet increases by 91,2%; a reduction of magnetic induction Bo.opt by 27,9%, an increase magneto motive force of operation Fcp by 57,6%, a reduction of magneto motive force of return Fopt by 27,9%, an increase in the power consumed by the electromagnet when on Pnis switched on by 243% are observed. It is shown that when the mechanical force is increased at a critical value of the working air gap Pmx.kp from 20 to 60 N the required diameter of the coredc.opt, the winding height Ho.opt, winding window width Ao.opt, window width of low-resistance winding Ano.opt, the diameter of a polar piecedn.opt and the distance copt from the core axis to the magnetic core bracket increase by 43,1, 28,2, 52,2, 93,5, 42,9, 42,3% respectively; the mass of active materials increases by 191%;the inductions Bo.opt, Bδ.opt increase by 21,1 and 21,8% respectively, the magneto motive forces by Fcp, Fotp by 28,4 and 26,4% respectively, the power consumed by an electromagnet in the holding mode Pud by 64,2%; the power consumed by an electromagnet decreases by 39,3% when Pnis switched on. Calculations show that with the increase in the final value of the electro-magnetic force Pmx.k from 120 to 360 N the required optimal values Ho.otp, Bo.otp, Bδ.otp, Fotp, Pud, Ma have increased by 83,5, 80, 81,4, 94, 80, 20,9% respectively, while Pn, n have decreased by 48 and 47,2% respectively.
621.318.3
3264.36-052
valved electromagnet
forced control
design calculation method
operation
return
heating
load characteristic
mechanical characteristic
core diameter
Зайцев Ю.М., Петров В.Н., Руссова Н.В., Свинцов Г.П. Методика синтеза форсированного клапанного электромагнита постоянного напряжения в схеме с балластным резистором // Вестник Чувашского университета. 2017. № 1. С. 103-112.
Кадыков В.К. Потокораспределение в клапанных электромагнитных системах постоянного тока с сегментными полюсными наконечниками // Вестник Чувашского университета. 2006. № 2. С. 236-243.
Клименко Б.В. Форсированные электромагнитные системы. М.: Энергоатомиздат, 1989. 160 с.
Основы теории электрических аппаратов / Б.К. Буль, Г.В. Буткевич, А.Г. Годжело и др.; под. ред. Г.В. Буткевича. М.: Высшая школа, 1970. 600 с.
Руссова Н.В. Математическое моделирование тепловых параметров электромагнитов постоянного тока и напряжения // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: материалы IV Всерос. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2002. С. 145-149.
ВЧУ_2018_номер_3_с.114-125.pdf
126-131
RAR
Приказщиков
Александр Викторович
ООО "КБЭА" (г. Чебоксары)
кандидат технических наук, генеральный директор
Prikazshchikov
Alexander
LLC KBEA
Candidate of Technical Sciences, Director
Макаров
Алексей Михайлович
Чувашский государственный университет
kaf_emtep@mail.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры электротехнологий, электрооборудования и автоматизированных производств
Makarov
Alexey
Chuvash State University
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Electrotechnologies, Electrical Equipment and Automated Production
Кравченко
Галина Алексеевна
Чувашский государственный университет
kaf_emtep@mail.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры электротехнологий, электрооборудования и автоматизированных производств
Kravchenko
Galin
Chuvash State University
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Electrotechnologies, Electrical Equipment and Automated Production
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛИФЕНИЛЕНСУЛЬФИДА
STUDY OF FREQUENCY AND TEMPERATURE DEPENDENCES OF ELECTRICAL PARAMETERS OF POLYPHENYLENESULPHIDE
Полифениленсульфид (ПФС) в настоящее время считается одним из перспективных материалов для использования в качестве конструкционного. Большое количество исследований посвящено изучению механических свойств этого материала. Электроизоляционные свойства ПФС в зависимости от различных внешних факторов изучены недостаточно. Ограниченные данные по диэлектрическим свойствам этого материала не позволяют в полной мере обоснованно использовать его в электроизоляционных конструкциях. Для прогнозирования поведения ПФС при различных внешних воздействиях необходимо расширить объем испытаний в этой области. В работе были проведены температурные и частотные испытания электроизоляционных параметров образцов ПФС. Выбраны методы исследования этих параметров и необходимая аппаратура. Частотные испытания проводились в диапазоне от 1 до 20 000 кГц. Получены зависимости диэлектрической проницаемости (?) и тангенса угла диэлектрических потерь (tg ?). Влияние температуры на свойства ПФС проводились в диапазоне рабочих температур электрических аппаратов. Были получены температурные зависимости удельного объемного сопротивления (?v) образцов ПФС. На основании проделанной работы и анализа полученных результатов даны рекомендации по применимости данного материала в электротехнических устройствах.
Polyphenylene sulfide is currently considered to be one of the promising materials for use as a structural material. A large number of research are devoted to the study of the mechanical properties of this material. The electrical insulation properties of polyphenylene sulfide, depending on various external factors, have not been studied sufficiently. Limited data on the dielectric properties of this material do not allow to fully use it reasonably in electrical insulating structures. To predict the behavior of polyphenylene sulfide with various external influences, it is necessary to significantly expand the scope of tests in this area. In the work, temperature and frequency tests of the electrical insulation parameters of the polyphenylene sulfide samples were carried out. The methods for studying these parameters and the necessary equipment are chosen. Frequency tests were conducted in the range from 1 to 20,000 kHz. Dependences of the permittivity (?) and the dielectric loss tangent (tg ?) are obtained. The effect of temperature on the properties of polyphenylene sulfide was carried out in the operating temperature range of electrical apparatuses. The temperature dependences of the specific volume resistivity (?v) of the polyphenylene sulfide samples were obtained. Based on the work done and analysis of the results obtained, recommendations are made on the applicability of this material to electrical devices.
620.22
31.234
glass-filled polyphenylene sulfide
electrical insulating material
dependence of electrical parameters on temperature and frequency
electrical measurements
Аскадский А.А.Структура и свойства теплостойких полимеров. М.: Химия, 1981. С. 275-276.
Йохэннинг Ф. Полифениленсульфид: производство, применение, перспективы // Полимерные материалы. 2012. № 12. С. 40-44.
Феофанов Б.Н. Новые литьевые термопластичные компаунды конструкционного назначения на основе полифениленсульфида (ПФС) [Электронный ресурс] // Материалы выставки Interplastica-2018 (Москва, 24 января 2018 г.) URL: http://interplastica.ru/files/interplastica/ 121637/24-01/boris_feofanov_npp_poliplastik.pdf.
Холодный С.Д., Серебрянников С.В., Боев М.А. Методы испытаний и диагностики в электроизоляционной и кабельной технике. М.: Изд. дом МЭИ, 2009. С. 45-50.
ВЧУ_2018_номер_3_с.126-131.pdf
132-138
RAR
Славутский
Александр Леонидович
кандидат технических наук, заместитель начальника отдела разработки программных продуктов
Обособленное подразделение ООО "Юнител Инжиниринг" в г. Чебоксары
slavutskii@gmail.com
Slavutskiy
Alexandr
Candidate of Technical Sciences, Deputy Head of Software Products Development
a Separate Division of LLC "Unitel Engineering" in Cheboksary
МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА ВЫБЕГА И САМОЗАПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В СОСТАВЕ УЗЛА КОМПЛЕКСНОЙ НАГРУЗКИ
SIMULATION OF THE RUNNING-OUT MODE AND SELF-STARTING OF INDUCTION MOTOR IN THE COMPLEX LOAD NODE
Разработана методика расчета переходных процессов в участках систем электроснабжения с мощными электродвигателями. Моделирование проводится методом синтетических схем в мгновенных значениях величин. На его основе создано программное обеспечение. Рассмотрен режим отключения с последующим возобновлением питания узла комплексной нагрузки с мощным асинхронным двигателем. Приводятся основные результаты моделирования и краткий анализ режимов. Моделируются отключение и повторное включение выключателя на шинах низкого напряжения. Показано изменение электромагнитного момента двигателя в ходе протекания переходных процессов. Отмечено влияние режима электродвигателя на статическую нагрузку узла. Выбег двигателя с рекуперацией характеризуется влиянием генераторного режима двигателя на нагрузку узла, а режим самозапуска, - повышенным отбором мощности двигателем у остальных потребителей в рамках узла нагрузки. Режим самозапуска двигателя из режима неполного выбега укорочен относительно пуска из состояния покоя. Показаны перегрузки, возникающие в этом режиме в питающейся сети и двигателе. Приведенные примеры показывают возможность рассматривать различные последовательные переходные процессы в узле нагрузки и оценивать взаимное влияние элементов нагрузок. Такой подход может быть полезен при наладке и выборе параметров работы защит и автоматики узла нагрузки.
A method for calculating of transients in segments of power supply systems with powerful electric motors are designed. The simulation is done by the direct current synthetic schemes method in the instantaneous values of magnitudes. On the basis of the method the software was developed. The shutdown mode with the subsequent renewal of power supply of the complex load node with a powerful induction motor is considered. The main results of modeling and a brief analysis of the modes are presented. The switching off and back on of the switch on low-voltage bus is simulated. The change in the electromagnetic torque of the motor during the transient processes is shown. The influence of the electric motor mode on the static load of the node is noted. The running-out mode of the motor with recuperation is characterized by the influence of the generator mode of the motor on the load of the node. The self-starting mode is connected by increased power takeoff by motor from other power consumers within the load node. The self-starting mode of the motor from the incomplete run-out mode is shortened relative to the start from the state of rest. The overloads occurring in this mode in the power supply network and the engine are shown. The overloads occurring in this mode in the power supply network and the motor are shown. These examples show the possibility to consider different sequential transients in the load node and to evaluate the mutual influence of load elements. This approach can be useful when setting up and selecting the parameters of protection and load node automation.
621.311.001.57
З27-016:3261.8
transient processes
the node of complex load
induction motor
running-out
self-starting
Воронов П.Л., Щедрин В.А. О параметрах мощных электрических машин в симметричных и несимметричных режимах // Региональная энергетика и электротехника: проблемы и решения: сб. науч. тр. Вып. VIII. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2012. С. 45-57.
Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. М.: Изд-во МЭИ, 1997. 421 с.
Донской Н.В. Асинхронный двигатель в системах автоматического управления. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2012. 283 c.
Калинин А.Г., Аракелян А.К. Анализ провалов напряжения при пусках электро двигателей с вентиляторной нагрузкой // Электричество. 20 11. № 6. С. 46-50.
Славутский А.Л. Моделирование переходных режимов узла нагрузки с асинхронным двигателем в фазных координатах // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2015. № 1. С. 38-45.
Славутский А.Л., Пряников В.С., Славутский Л.А. Моделирование переходных режимов узла нагрузки с трехобмоточным трансформатором на разных уровнях напряжения // Электротехника. 2017. № 7. С. 20-24.
Славутский А.Л. Оценка динамических характеристик измерительных органов при переходных процессах в энергосистеме // Вестник Чувашского университета. 2012. № 3. С. 161-165.
Щедрин В.А. Электро магнитные переходные процессы в электрических системах. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2007. 422 с.
Paul C.K, Wasynczuk O., Sudhoff S.D. Krause Analysis of the machinery and drive systems. N.Y., IEEE PRESS, 2002, 630 p.
Marti J.R., Myers T.O. Phase-Domain Indiction Motor Model for Power System Simulators. IEEE Wescanex '95 Proc., pp. 276-282.
Wang L., Jatskevich J., Dinavahi V. et al. Method of Interfacing Rotating Machine Models in Transient Simulation Programs. IEEE Trasactions on Power Delivery, 2010, vol. 25, no. 2, pp. 891-903.
Vasyliv K.M. A mathematical model of thermal power plants smoke exhausters induction motors system operation modes. Electrical engineering & electromechanics, 2017, no. 3, pp. 19-26.
Wang L., Jatskewich J., Wang C., Li P. A Voltage-Behind-Reactance Induction Machine Model for the EMTP-Type Solution. IEEE Transctions on Power Systems, 2008, vol. 23, no. 3, pp. 1226-1238.
Работа поддержана грантом Фонда содействия инновациям (конкурс "УМНИК"), договор 11555ГУ/2017
ВЧУ_2018_номер_3_с.132-138.pdf
INFORMATICS, COMPUTER ENGINEERING AND CONTROL
139-150
RAR
Алексеев
Борис Васильевич
кандидат физико-математических наук, доцент, программист
ООО "4 капли" (г. Красногорск)
a402539@yandex.ru
Alekseev
Boris
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assistant Professor, Programmer
LLC "4 kapli"
Иваницкий
Александр Юрьевич
кандидат физико-математических наук, профессор, декан факультета прикладной математики, физики и информационных технологий
Чувашский государственный университет
ivanitsky@hotmail.com
Ivanitskiy
Alexander
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Dean of the Faculty of Applied Mathematics, Physics and Information Technology
Chuvash State University
Плотникова
Екатерина Васильевна
Чувашский государственный университет
магистрант кафедры прикладной математики и информатики
ekplotnikova@mail.ru
Plotnikova
Ekaterina
Master's Program Student of Department of Applied Mathematics and Informatics
Chuvash State University
ОБ ОЦЕНКЕ КОНСТАНТЫ В ЛЕММЕ ХОФФМАНА
ESTIMATION OF CONSTANT IN HOFFMAN'S LEMMA
В работе предлагается новый способ оценки константы Хоффмана, более удобный при его практическом использовании в отличие от способов, предложенных в работах Белоусова Е.Г. "О вычислении точных констант Липшица и Хоффмана для систем линейных неравенств" и A.Hoffman "On Approximate Solutions of Systems of Linear Inequalities". Для пространства R2 приведены формулы для вычисления точного значения этой константы, в которых используется лишь скалярное произведение и длины векторов строк матрицы ограничений неравенств. На простом примере показано сравнение оценок константы, полученных различными способами. Результаты работы могут быть использованы для оценки погрешности приближенных решений технических и инженерных задач.
The article proposes a new method of estimation of Hoffman's constant which is more convenient for its practical use in comparison with those, offered in works by E.G. Belousov "On sharp Lipschitz and Hoffman constants for system of linear inequalities" and A. Hoffman "On Approximate solutions of systems of linear inequalities". For space R2 the formulas for finding more accurate value of this constant are given, and in these formulas, only scalar product and lengths of the vectors of rows of the inequality constraint matrix are used. The simple example shows comparison of constant estimations, obtained by different methods. The results of work can be used for error estimation of approximate solutions in technical and engineering problems.
004.9:[519.852:519.6]
В 183.41:В193.1
error estimation of approximate solutions in technical and engineering problems
Hoffman's constant
Белоусов Е.Г. О вычислении точных констант Липшица и Хоффмана для систем линейных неравенств // Вестник Тамбовского университета. 2000. № 4. С. 416-417.
Васильев Ф.П. Оценка скорости сходимости метода квазирешений для задач линейного программирования // Вестник Моск. ун-та. Сер. 15. Вычислительная математика и кибернетика. 1991. № 1. С. 16-22.
Васильев Ф.П., Иваницкий А.Ю. Линейное программирование. М.: Факториал Пресс, 2008. 328 с.
Васильев Ф.П., Иваницкий А.Ю., Морозов В.А. Оценка скорости сходимости метода невязки для задач линейного программирования с приближенными данными // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1990. Т. 30, № 8. С. 1257-1262.
Васильев Ф.П., Морозов В.В., Ячимович М.Д. Оценка скорости сходимости метода регуляризации для задач линейного программирования // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1989. Т. 29, № 4. С. 631-635.
Иваницкий А.Ю., Васильев Ф.П., Морозов В.А. Метод поточечной невязки для решения некоторых задач линейной алгебры и линейного программирования // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1998. Т. 38, № 8. С. 1140-1152.
Иваницкий А.Ю., Васильев Ф.П., Морозов В.А. Оценка скорости сходимости метода поточечной невязки для решения задач линейной алгебры // О кооперируемых работах НИВЦ МГУ и БУВЦ: сб. тр. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990, С. 24-31.
Иваницкий А.Ю., Карасева Ж.К. Об одном методе регуляризации прямой и двойственной задачи линейного программирования с приближенными данными // Вестник Чувашского университета. 2015. № 3. С. 141-148.
Иваницкий А.Ю., Урусов А.М. Численный анализ метода поточечной невязки для решения прямой и двойственной неустойчивой задачи линейного программирования с приближенными данными // Вестник Чувашского университета. 2018. № 1. С. 108-116.
Морозов В.В., Ячимович М.Д. Оценка скорости сходимости одного метода регуляризации задачи линейного программирования // Вычислительные комплексы и моделирование сложных систем: сб. тр. ф-та ВМиК МГУ. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989. С. 134-138.
Agmon S. The relaxation method for linear inequalities. Canadian Journal of Mathematics, 1954, no. 6, pp. 382-392.
Vasilyev F.P., Ivanitskiy A.Yu. In-depth analysis of linear programming. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Boston, London, 2001, 312 p.
Hoffman A. On Approximate Solutions of Systems of Linear Inequalities. Journal of Research of the National Bureau of Standards, 1952, no. 4, pp. 263-265.
ВЧУ_2018_номер_3_с.139-150.pdf
151-162
RAR
Бакаева
Ольга Александровна
кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и вычислительной техники
Мордовский государственный педагогический институт имени М.Е. Евсевьева
helga_rm@rambler.ru
Bakaeva
Olga
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Department of Informatics and Computer Engineering
Mordovian State Pedagogical Institute named after M.E. Evsevyev
АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЧИСЛА ПИ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО
ANALYSIS OF PROCESSES OF COMPUTER MODELING OF NUMBER PI CALCULATION BY MONTE CARLO METHOD
Компьютерное моделирование благодаря огромным вычислительным возможностям, автоматизации обработки информации и наглядному представлению любого процесса активно применяется в различных научных областях. Цель данной статьи - сравнительный анализ процессов компьютерного моделирования вычисления числа Пи методом Монте-Карло с использованием табличного процессор MS Excel и языка программирования Pascal. Задачи ставятся следующим образом: оценить точность, надежность и вычислительную мощность метода статистических испытаний Монте-Карло при решении задачи нахождения числа Пи в каждой среде. Моделирование вычисления числа Пи осуществляется методом статистических испытаний Монте-Карло и сводится к заполнению некоторых областей точками, координаты которых определяются случайным образом с использованием генератора случайных чисел. Находится величина, равная отношению количества точек, которые попали в определенные области. Для моделирования используются два вычислительных инструмента: табличный процессор MS Excel и среда программирования PascalABC. Проведены серии вычислительных экспериментов в табличном процессоре MS Excel и среде PascalABC, в результате которых получены различные аппроксимации значения числа Пи. Серии экспериментов проводились для разного количества точек. При максимальной мощности получено значение числа, близкое к точному, вычислены абсолютная и относительная ошибки отклонения. Для наглядности процесса моделирования приведены несколько диаграмм, соответствующих разным мощностям эксперимента.
Computer modeling, due to huge computing opportunities, automation of information processing and visual representation of any process, is actively used in various scientific areas. The purpose of this article is the comparative analysis of processes of computer modeling of number Pi calculation by Monte-Carlo method, using the Excel MS tabular processor and the Pascal programming language. Tasks are set as follows: to estimate the accuracy, reliability and computing power of Monte-Carlo statistical tests method, when solving the problem of finding number Pi in each environment. Modeling of calculation of number Pi is carried out by Monte-Carlo statistical tests method and is reduced to filling some areas with points, the coordinates of which are randomly determined with the use of a random number generator. There is a value equal to the ratio of the number of points that fall into certain areas. For modeling, two computing tools are used: the Excel MS tabular processor and the PascalABC programming environment. We conducted series of computing experiments in the Excel MS tabular processor and the PascalABC environment, as a result of which various approximations of number Pi value are received. The series of experiments were carried out for a different number of points. At maximum power, the value of the number is close to accurate, absolute and relative deviation errors are calculated. To illustrate the modeling process, several diagrams, corresponding to different experimental powers, are presented.
004.9(045)
32.973-018.2
number Pi
calculation of number Pi value
imitating modeling
Monte-Carlo method
MS Excel
PascalABC programming environment
absolute and relative errors of calculation
Бакаева О.А. Сравнительный анализ методов вычисления числа Пи стандартными средствами // Программные продукты и системы. 2018. Т. 31, № 2. С. 409-413. DOI: 10.15827/0236-235X.031.2.409-413.
Григорьев Ю.Д. Метод Монте-Карло: вопросы точности асимптотических решений и качества генераторов псевдослучайных чисел // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 7. С. 72-84.
Девятков В.В. Некоторые вопросы развития методологии имитационных исследований // Прикладная информатика. 2014. № 4(52). С. 81-88.
Жуков А.В. О числе ?. М.: МЦНМО, 2013. 32 с.
Знакомство с методом Монте-Карло [Электронный ресурс]. URL: http://datareview.info/ article/znakomstvo-s-metodom-monte-karlo/ (дата обращения: 10.06.2018).
Как вычислить значение Пи? [Электронный ресурс]. URL: http://ru.wikihow.com/ вычислить-значение-Пи (дата обращения: 09.06.2018).
Карягина Т.В., Тусова А.Е. Анализ и прогноз результатов финансово-хозяйственной деятельности предприятий: возможности современных компьютерных программ // Экономическое прогнозирование: модели и методы: материалы XII Междунар. науч.-практ. конф. / Воронежский Центральный научно-технический институт - филиал ФГБУ "РЭА" Минэнерго России. Воронеж, 2016. С. 350-354.
Кормилицына Т.В. Исследование имитационных моделей в специализированных математических системах // Учебный эксперимент в образовании. 2010. № 3. С. 32a-36.
Кымпан Ф. История числа Пи. М.: Наука, 1971. 217 с.
Орлов А.И. Предельные теоремы и метод Монте-Карло // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 7. С. 67-72.
Сальников М.М. О точности исчисления числа Пи // Вестник Пермского университета. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2009. № 7. С. 148-156.
Сафонов В.И. Использование компьютерного моделирования в школьном образовании // Информатика: проблемы, методология, технологии: материалы XVI Междунар. науч.-метод. конф. Воронеж: Научно-исследовательские публикации, 2016. С. 573-575.
Целищева М.С., Мутагирова А.И. Имитационное моделирование - метод Монте-Карло // Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. СПб.: Санкт-Петербургский гос. электротехнический ун-т "ЛЭТИ" имени В.И. Ульянова (Ленина), 2016. Т. 1. С. 425-428.
Чепасов В.И., Токарева М.А., Буреш О.В. Вычисление числа Пи методом касательных в длинной арифметике. Оренбург: Оренбургский гос. ун-т., 2011. 119 с.
Arndt J., Haenel C. Pi. Algorithmen, Computer, Arithmetik. Springer, 2000, 264 p.
Bailey D., Borwein J.M. Pi: The Next Generation A Sourcebook on the Recent History of Pi and Its Computation. Springer, 2016, 507 p.
Metropolis N., Ulam S. The Monte Carlo Method. Journal of the American Statistical Association, 1949, vol. 44, no. 247, pp. 335-341.
Shanks D., Wrench J.W. Calculation of pi to 100,000 Decimals. Mathematics of Computation, 1962, vol. 16(77), pp. 76-99. doi:10.1090/s0025-5718-1962-0136051-9.
ВЧУ_2018_номер_3_с.151-162.pdf
163-171
RAR
Бычкова
Ирина Юрьевна
Чувашский государственный университет
biy.quint@gmail.com
аспирантка кафедры автоматики и управления в технических системах
Bychkova
Irina
Chuvash State University
Post-Graduate Student, Department of Automatics and Control in Technical Systems
Бычков
Анатолий Владимирович
Чувашский государственный университет
bav.xlab@gmail.com
аспирант кафедры электрических и электронных аппаратов
Bychkov
Anatoly
Chuvash State University
Post-Graduate Student, Department of Automatics and Control in Technical Systems
Васильева
Лидия Николаевна
Чувашский государственный университет
кандидат педагогических наук, доцент кафедры автоматики и управления в технических системах
oln2404@mail.ru
Vasileva
Lidiya
Chuvash State University
Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Department of Automatics and Control in Technical Systems
Гильденберг
Борис Моисеевич
Чувашский государственный университет
доцент кафедры автоматики и управления в технических системах
bor-gildenberg@yandex.ru
Gildenberg
Boris
Chuvash State University
Associate Professor, Department of Automatics and Control in Technical Systems
Горбунов
Владимир Иванович
Чувашский государственный университет
кандидат педагогических наук, доцент кафедры автоматики и управления в технических системах
vigor21@mail.ru
Gorbunov
Vladimir
Chuvash State University
Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Department of Automatics and Control in Technical Systems
ПОГРЕШНОСТИ ИМПУЛЬСНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
CORRELATION PROCESSING OF SIGNALS FOR REDUCING THE ERROR OF PULSE ULTRASONIC MEASUREMENTS
Приводятся результаты цифровой обработки сигналов при импульсных ультразвуковых измерениях. Анализ построен на сравнении двух подходов в измерении задержки ультразвуковых импульсов: традиционного, по определению положения фронта импульса, и предлагаемого авторами подхода с помощью корреляционной обработки фазово-модулированных сигналов. Представлены сравнительные показатели статистической погрешности в измерении задержки импульсов: математическое ожидание, дисперсия, коэффициент асимметрии распределения. Анализ показывает, что ширина статистического распределения измеряемой задержки с помощью предлагаемого корреляционного алгоритма на два порядка меньше ширины статистического распределения при измерении задержки по фронту. Предлагаемый алгоритм менее подвержен влиянию шума в приемном тракте ультразвуковых приборов: при корреляционной обработке сигналов с цифровой фазовой модуляцией с ростом уровня помех математическое ожидание, дисперсия и асимметрия статистического распределения погрешности измерений временной задержки сигналов меняются незначительно. Значительно уменьшается также влияние апериодических и низкочастотных составляющих сигнала в приемном тракте. При этом снижается не только статистическая погрешность, но и регулярная погрешность, неизбежно возникающая при импульсном контроле в неоднородной среде. Предлагаемый алгоритм регистрации задержки импульсов может позволить значительно повысить точность и быстродействие импульсных ультразвуковых контрольно-измерительных приборов.
The results of digital signal processing for pulsed ultrasonic measurements are presented. The analysis is based on comparison of two approaches for measuring the delay of ultrasonic pulses: the traditional approach by definition of the pulse front's position and the approach proposed by the authors, using correlation processing of phase-modulated signals. Comparative parameters of the statistical measurement error of the delay of pulses are presented: mathematical expectation, variance, skewness of distribution. The analysis shows that the width of the statistical distribution of the measured delay, using the proposed correlation algorithm, is two orders smaller than the width of the statistical distribution, when measuring the delay through the front. The proposed algorithm is less exposed to noise in the receiver of ultrasonic devices: when using correlation processing of signals and digital phase modulation with increasing noise level, the mathematical expectation, variance and skewness of the statistical distribution of the measurement error of the time delay of signals vary slightly. The influence of the aperiodic and low-frequency components of the signal in the receiver also decreases significantly. In this case, not only the statistical error is reduced, but also the regular error that inevitably arises in pulsed control in an inhomogeneous medium. The proposed pulse delay detection algorithm can significantly improve the accuracy and speed of pulsed ultrasonic devices.
681.586.48
32.873
ultrasound
pulse measurements
correlation processing of signals
phase modulation
statistical error
Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов: практический подход. 2-е изд. М.: Вильямс, 2004. 992 с.
Бархатов В.А. Нормализация ультразвуковых импульсов в системах измерения задержки и расстояния // Дефектоскопия. 2009. № 6. С. 76-82.
Бычкова И.Ю., Бычков А.В., Славутский Л.А. Цифровая фазовая модуляция и корреляционная обработка ультразвуковых сигналов для импульсных измерений в неоднородной среде // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 3. С. 114-119.
Бычкова И.Ю., Бычков А.В., Славутский Л.А. Импульсный ультразвуковой контроль стратификации воздуха над нагретой поверхностью // Вестник Чувашского университета. 2016. № 1. С. 39-46.
Жданкин В. Ультразвуковые датчики для систем управления // Современные технологии автоматизации. 2003. № 4. C. 48-62.
Жмудь В.А., Кондратьев Н.О., Кузнецов К.А., Трубин В.Г., Димитров Л.В. Ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR04 // Автоматика и программная инженерия. 2017. № 4. С. 18-26.
Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения. М.: Изд. стандартов, 1970. 210 с.
Костюков А.С., Никандров М.В., Славутский Л.А. Изменчивость случайной погрешности ультразвуковых импульсных и доплеровских измерений в неоднородной среде // Нелинейный мир. 2009. Т. 7, № 9. С. 700-705.
Костюков А.С., Славутский Л.А. Моделирование статистической погрешности ультразвуковых уровнемеров // Вестник Чувашского университета. 2007. № 2. С. 257-260.
Костюков А.С., Славутский Л.А. Статистическая погрешность ультразвуковых измерений уровня жидкости при измерении состояния ее поверхности // Вестник Чувашского университета. 2009. № 2. С. 272-275.
Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества вещества. Справочник. 5-е изд., перераб. и доп. СПб.: Политехника, 2004. Кн. 2. 412 с.
Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: пер. с англ. М.: Мир, 1990. 584 с.
Славутский Л.А. Волновые процессы и устройства. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2001. 224 с.
Шульгина Ю.В., Солдатов А.И. Повышение точности ультразвуковых измерений методом двух компараторов // Известия ЮФУ. Технические науки. 2010. № 9. С. 102-106.
Aldawi F.J., Longstaff A.P., Fletcher S., Mather P., Myers A. A high accuracy ultrasound distance measurement system using binary frequency shift-keyed signal and phase detection. Proc. of Computing and Engineering Annual Researchers, 2007, pp. 1-7.
Barker R.H. Group synchronizing of binary digital sequences. In: Communication theory. London, Butterworth Publ., 1953, pp. 273-287.
Bui G.T., Jiang Y.T. Pang D.C. Two Capacitive Micro-Machined Ultrasonic Transducers for Wind Speed Measurement. Sensors, 2016, vol. 16, no. 6, pp. 814-822.
Coulthard J., Yan Y. Ultrasonic cross-correlation flowmeters. Measurement and control, 1993, vol. 26, pp. 164-167.
Cruette D., Marillier A., Dufresne J.L., Grandpeix J.Y. Fast Temperature and True Airspeed Measurements with the Airborne Ultrasonic Anemometer-Thermometer. Journal of atmospheric and oceanic technology, 1999, vol. 17, pp. 1020-1039.
Elmer H., Schweinzer H. Effect of frequency dependent radiation of ultrasonic transducers to correlation based distance measurement systems. In: Intelligent Components and Instruments for Control Applications, 2003, pp. 273-278.
Hazas M., Hopper A. Broadband Ultrasonic Location Systems for Improved Indoor Positioning. IEEE Transactions on Mobile Computing, 2006, vol. 5, iss. 5, pp. 536-547.
Huang Y.P., Wang J.S., Huang K.N., Ho C.T., Huang J.D., Young M.S. Envelope pulsed ultrasonic distance measurement system based upon amplitude modulation and phase modulation. Review of Scientific Instruments, 2007, vol. 78, no. 6.
Kupnik M., Schroder A., O'Leary P., Benes E., Groschl M. Adaptive Pulse Repetition Frequency Technique for an Ultrasonic Transit-Time Gas Flowmeter for Hot Pulsating Gases. IEEE Sensors journal, 2006, vol. 6, no. 4, pp. 906-915.
Ma S., Wilkinson A.J., Paulson K.S. A Phase Modulation-based Ultrasonic Communication System using Variable Structure Control. In: Communication Technology (ICCT), 2010.
Sato Y., Mori M., Takeda Y., Hishida K., Maeda M. Signal processing for advanced correlation ultrasonic velocity profiler. In: The third International Symposium on Ultrasonic Doppler Methods for Fluid Mechanics and Fluid Engineering EPFL, 2002, pp. 5-11.
Teufel M., Suchanek M. Cross correlation - the better Ultra Sonic Doppler - technique/ Proc. of 6th Int. Symposium on Ultrasonic Doppler Method for Fluid Mechanics and Fluid Engineering (ISUD-6), 2008, pp. 167-170.
Velmurugan R., Rajalakshmy P. Ultrasonic Flowmeter using Cross-Correlation Technique. International Journal of Computer Applications, 2013, vol. 66, no. 10, pp. 19-22.
ВЧУ_2018_номер_3_с.163-171.pdf
172-181
RAR
Галанина
Наталия Андреевна
доктор технических наук, профессор кафедры математического и аппаратного обеспечения информационных систем
Чувашский государственный университет
galaninacheb@mail.ru
Galanina
Nataliya
Doctor of Technical Sciences, Professor, Information Systems Math and Hardware Department
Chuvash State University
Иванова
Надежда Николаевна
Чувашский государственный университет
кандидат технических наук, доцент кафедры математического и аппаратного обеспечения информационных систем
naadeezdaa@rambler.ru
Ivanova
Nadezhda
Chuvash State University
Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Information Systems Math and Hardware Departmen
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ БЫСТРОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ И ВОПРОСЫ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ НА ПЛИС
COMPUTING ASPECTS OF FAST FOURIER TRANSFORM AND ISSUES OF ITS FPGA REALIZATION
Аппаратная реализация ДПФ на ПЛИС, сводящаяся традиционно к вычислению БПФ, является в ряде практических применений непростой задачей. Для разработчиков современных цифровых устройств (ЦУ) представляют интерес результаты моделирования известных методов вычисления БПФ на языке описания аппаратуры Verilog HDL и их сравнительный анализ по таким критериям, как скорость обработки сигналов, площадь, занимаемая кристаллом, максимальная тактовая частота и др., а также выработка практических рекомендаций по их использованию. Программирование ПЛИС, выбранных в качестве аппаратурной реализации моделируемых алгоритмов анализа спектра ЦУ, проводилось в среде Xilinx ISE WebPACK 14.3 на языке описания аппаратуры Verilog HDL с использованием системы моделирования цифровых схем ModelSim Xilinx edition (MXE III). В качестве методов спектрального анализа были апробированы алгоритмы БПФ по основанию 2, Кули - Тьюки, Гуда - Томаса и Рейдера.
The hardware implementation of the DFT on FPGAs, which is traditionally reduced to the calculation of FFT, is not a simple task in a number of practical applications. For the developers of modern digital devices, the results of known methods modeling of the FFT calculation in Verilog HDL description language and their comparative analysis by such criteria as the signal processing speed, the area occupied by the crystal, the maximum clock frequency, etc., as well as the development practical recommendations on their use are their fields of interest . Programming of FPGAs selected as the hardware implementation of the simulated spectrum analysis algorithms for the digital devices was carried out in the Xilinx ISE WebPACK 14.3 environment in Verilog HDL hardware description language using the ModelSim Xilinx edition (MXE III) digital circuit modeling system. As methods of spectral analysis, algorithms of FFT on base 2, Cooley - Tukey, Hood - Thomas and Rader's were tested.
621.391.037.37
З811.3
digital signal processing (DSP)
discrete Fourier transform (DFT)
fast Fourier transform (FFT)
Cooley - Tukey method
Good - Thomas algorithm
Rader's algorithm
Vinogradov algorithm
bitwise DFT algorithm
FPGA
Verilog HDL
residual number classes (RNS)
Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов: пер. с англ. М.: Мир, 1989. 451 с.
Галанина Н.А. Синтез функциональных модулей БПФ в СОК // Вестник Чувашского университета. 2005. № 2. С. 124-127.
Галанина Н.А., Дмитриев Д.Д. Синтез БПФ на ПЛИС с применением системы остаточных классов // Программные системы и вычислительные методы. 2013. № 1. С. 129-133.
Галанина Н.А., Иванова Н.Н., Иванов А.А. Реализация блоков шифрации и дешифрации в непозиционных устройствах ЦОС // Вестник Чувашского университета. 2007. № 2. С. 209-216.
Галанина Н.А., Песошин В.А., Иванова Н.Н. Разработка устройств цифровой фильтрации и спектрального анализа с индексированием данных в системе остаточных классов // Вестник Чувашского университета. 2014. № 2. С. 93-97.
Макклеллан Дж.Х., Рейдер Ч.М. Применение теории чисел в цифровой обработке сигналов: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1983. 263 с.
Нуссбаумер Г. Быстрое преобразование Фурье и алгоритмы вычисления свёрток: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1985. 248 с.
Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов / пер. с англ. под ред. Ю.Н. Александрова. М.: Мир, 1978. 848 с.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Кабинета министров Чувашской Республики в рамках научного проекта № 17-47-210790 р_а.
ВЧУ_2018_номер_3_с.172-181.pdf
182-191
RAR
Иванова
Надежда Николаевна
Чувашский государственный университет
naadeezdaa@rambler.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры математического и аппаратного обеспечения информационных систем
Ivanova
Nadezhda
Chuvash State University
Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Information Systems Math and Hardware Department
Галанина
Наталия Андреевна
Чувашский государственный университет
galaninacheb@mail.ru
доктор технических наук, профессор кафедры математического и аппаратного обеспечения информационных систем
Galanina
Nataliya
Chuvash State University
Doctor of Technical Sciences, Professor, Information Systems Math and Hardware Department
Моисеев
Денис Владимирович
Чувашский государственный университет
dnsmsv@gmail.com
аспирант кафедры математического и аппаратного обеспечения информационных систем
Moiseev
Denis
Chuvash State University
Post-Graduate Student of Information Systems Math and Hardware Department
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМА БПФ НА ПЛИС ТИПА FPGA
FFT ALGORITHM REALIZATION FEATURES ON FPGA
Быстрое преобразование Фурье (БПФ) является одним из часто используемых алгоритмов в цифровой обработке сигналов. В статье описываются алгоритм БПФ по основанию 22 (БПФ-22) и его реализация в виде одноканального конвейерного процессора с обратной связью. Данная архитектура БПФ имеет такую же мультипликативную сложность, как и БПФ по основанию 4, но сохраняет простую структуру так называемой "бабочки" БПФ по основанию 2. Реализация была выполнена на ПЛИС типа FPGA, поскольку они могут обеспечить более высокую вычислительную скорость, чем цифровые сигнальные процессоры. Процессор БПФ по основанию 22 был разработан с использованием языка описания аппаратных средств VHDL на Xilinx XC6VLX75T. Моделирование показало, что частота разработанного процессора равна 465 МГц, а время выполнения 256-точечного алгоритма БПФ - 0,113 мс. Полученные результаты могут быть использованы в дальнейших исследованиях при выборе оптимального варианта реализации алгоритма БПФ.
Fast Fourier Transform (FFT) is one of the most commonly used algorithms in digital signal processing. The article describes the FFT algorithm for base 22 (FFT-22) and its implementation in the form of a single-channel pipeline processor with feedback. This FFT architecture has the same multiplicative complexity as the FFT on the base 4, but retains a simple structure, the so-called "butterfly", FFT on the base 2. The implementation was performed on FPGA because they can provide higher computational speed, than digital signal processors. The base FFT-22 was developed using the VHDL hardware description language on the Xilinx XC6VLX75T. The simulation showed that the frequency of the developed processor is 465 MHz, and the execution time of the 256-point FFT algorithm is 0,113 ms. The obtained results can be used in further studies when choosing the optimal implementation of the FFT algorithm.
004.421.2:517.443
З811.3:В161.911
Fast Fourier Transform (FFT)
pipeline architecture
FPGA
Бахмутский М.Л., Романцева Л.Ф. Алгоритм БПФ и повышение устойчивости явных разностных схем для уравнения теплопроводности // Стратегия развития геологического исследования недр: настоящее и будущее (к 100-летию МГРИ-РГГРУ): материалы Междунар. науч.-практ. конф.: в 7 т. / Российский гос. геологоразведочный ун-т имени Серго Орджоникидзе (МГРИ-РГГРУ). М., 2018. С. 89-90.
Выдрин Д.Ф., Абзалилова Ю.Р., Вдовин А.К. Быстрое преобразование Фурье в цифровой обработке сигналов // Теория и практика современной науки. 2017. № 2(20). С. 161-163.
Галанина Н.А. Методы и вычислительные устройства цифровой обработки сигналов в системе остаточных классов: дис. … д-ра техн. наук. Казань, 2010. 268 с.
Галанина Н.А., Ефимов А.Д. Моделирование оптимальных алгоритмов быстрого преобразования Фурье и их сравнительный анализ // Вестник Чувашского университета. 2009. № 2. С. 200-209.
Гасилин Д.В., Котельников В.Г. Реализация алгоритма Radix-2(k) для быстрого преобразования Фурье с прореживанием по частоте на ПЛИС // Достижения науки и образования. 2018. № 7(29). URL: https://scientifictext.ru/images/PDF/2018/DNO-7-29/realizatsiya-algoritma-radix.pdf.
Губанова Э.Р., Шемахин А.Ю., Желтухин В.С. Расчет ряда характеристик ВЧЕ-разряда пониженного давления в одномерном приближении с помощью метода БПФ // Крымская осенняя математическая школа-симпозиум по спектральным и эволюционным задачам (КРОМШ-2017): сб. материалов Междунар. конф. Симферополь, 2017. С. 39-40.
Колегов Н.Е., Жукова И.Н., Быстров Н.Е. Корреляционно-фильтровая обработка амплитудно-фазоманипулированных сигналов с использованием алгоритма полифазного БПФ // Наука в России: перспективные исследования и разработки: сб. материалов I Всерос. науч.-практ. конф. Новосибирск: ООО "Центр развития научного сотрудничества", 2017. С. 146-152.
Орехова Л.Г., Денисов О.В., Нафиков Т.А. Мониторинг нарушений работы ШСНУ путем анализа динамограмм методом БПФ // Достижения, проблемы и перспективы развития нефтегазовой отрасли: материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 60-летию высшего нефтегазового образования в Республике Татарстан / Альметьевский государственный нефтяной институт. Альметьевск, 2016. С. 207-209.
Петров А.С. Применение итерационного метода БПФ для синтеза диаграмм направленности линейных и планарных антенных решеток // Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: материалы 10-й Междунар. науч.-техн. конф. / Российское НТОРЭС им. А.С. Попова. Суздаль, 2017. С. 101-103.
Птичкин Е.А., Рассветалов Л.А. Исследование путей реализации алгоритма поточного БПФ // Вестник Новгородского государственного университета. 2003. № 23. С. 70-74.
Чкан А.В. Методы и средства создания параллельно-конвейерных программ с масштабируемой разрядностью для решения задач цифровой обработки сигналов на реконфигурируемых вычислительных системах: дис. … канд. техн. наук. Таганрог, 2016.
Янина Д.А., Сержантова Н.А. Особенности автоматизированного анализа электрокардиограммы // Научный альманах. 2016. № 3-3(17). С. 362-365.
He Shousheng, Torkelson M. A new approach to pipeline FFT processor. Proc. of IPPS, 1996, pp. 766-770. DOI: 10.1109/IPPS.1996.508145.
Virtex-6 // XILINX: сайт. URL: http://fpga.su/virtex-6.
Xiujie Qu, Cuimei Ma, Shixin Zhang, Sitong Lian. High Real-Time Design of Digital Pulse Compression Based on FPGA. Mathematical Problems in Engineering, 2015, vol. 2015. http://dx.doi.org/10.1155/2015/792862.
ВЧУ_2018_номер_3_с.182-191.pdf
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Кабинета министров Чувашской Республики в рамках научного проекта № 17-47-210790 р_а.
192-205
RAR
Ишмуратова
Тамара Вячеславовна
старший преподаватель кафедры актуарной и финансовой математики, Чувашский государственный университет; главный менеджер
ПАО "ВТБ"
ishmuratovatamara@gmail.com
Ishmuratova
Tamara
Chief Manager; Senior Lecturer, Department of Actuarial and Financial Mathematics, Chuvash State University
PJSC "VTB"
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТЕРЬ В СЛУЧАЕ НАСТУПЛЕНИЯ ДЕФОЛТА НА УРОВНЕ КРЕДИТНОГО ОБЯЗАТЕЛЬСТВА
MATHEMATICAL MODELS FOR ESTIMATING LGD
Рассматриваются различные модели оценки потерь в случае наступления дефолта на уровне кредитного обязательства (Account level LGD (Loss Given Default)) по портфелю необеспеченных кредитов, такие как линейная регрессия, бета-регрессия, бета-трансформация, линейная трансформация. Результаты моделирования представлены наглядно на графиках. Описаны характеристики кредитного обязательства, которые были проанализированы на предмет включения в модель. Вводится понятие периода возврата для кредитов, находящихся в состоянии дефолта. Приведена схема создания выборки данных для построения моделей LGD. Обсуждаются проблемы моделирования бимодального распределения LGD. В статье представлены способы оценки предсказательной силы моделей, получены формулы для KS и Gini для показателя LGD. Выявлены преимущества и недостатки каждой из рассмотренных моделей. Приведенные алгоритмы построения указанных моделей могут применяться в практике рисковых подразделений кредитных организаций.
The article considers different models for estimating loss given default (LGD) on unsecured loans, like linear regression, beta regression, beta transformation and linear transformation. The results of the simulation are presented graphically. The characteristics of credit liabilities that were analyzed for inclusion in the model are described. The definition of the repayment period for loans in a condition of default is given. Data sample scheme for constructing LGD models is described. Also the problems of modeling LGD bimodal shaped distribution are discussed. The article describes the ways to estimate predictive power of the model. Formulas for KS and Gini for LGD calculation are obtained. Advantages and disadvantages for each model are described. The proposed algorithms for constructing these models can be applied at work of risk departments of credit organizations.
[336.761:005.334]:510.67
У26-971в63
Basel II
scoring
estimating LGD
linear regression
beta regression
beta transformation
binary transformation
Круи М., Галай Д., Марк Р. Основы риск менеджмента. М.: Юрайт, 2011. 390 с.
О мерах по реализации Базеля III и о регулировании деятельности системно значимых банков [Электронный ресурс] // Центральный банк Российской Федерации: сайт. URL: http://www.cbr.ru/press/PR/?file=15072015_190947ik2015-07-15T19_06_47.htm.
Basel Committee on banking supervision, International convergence of capital measurement and capital standards. Available at: https://www.bis.org/publ/bcBS128.pdf.
Baesens B., Rosch D., Scheule H. Credit Risk Analytics: Measurement Techniques, Applications and Examples in SAS. New Jersey, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, 2016, 498 p.
Ferrari L.P.S., Cribari-Neto F. Beta Regression for Modelling Rates and Proportions. Journal of Applied Statistics, 2004, vol. 31, iss. 7, pp. 799-815.
Thomas C. Lyn Consumer credit models - pricing, profit and portfolios. New York, Oxford University Press Inc., 2009, 385 p.
Siddiqi N. Intelligent Credit Scoring. Building and Implementing better credit risk scorecards. New Jersey, John Wiley&Sons, Inc., Hoboken, 2017, 438 p.
Smithson M., Verkuilen J. Beta regression: practical issues in estimation. Available at: http://www.michaelsmithson.online/stats/betareg/Readme.pdf.
Smithson M., Verkuilen J. A better lemon squeezer? Maximumlikelihood regression with beta-distributed dependent variables. Psychological Methods, 2006, no. 11, pp. 54-71.
ВЧУ_2018_номер_3_с.192-205.pdf
206-216
RAR
Казакова
Анастасия Олеговна
кандидат физико-математических наук, доцент кафедры актуарной и финансовой математики
Чувашский государственный университет
kazakova_anastasia@bk.ru
Kazakova
Anastasiya
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assistant Professor of Actuarial and Financial Mathematics Department
Chuvash State University
О СХОДИМОСТИ ЧИСЛЕННОГО МЕТОДА ЛИНЕЙНЫХ ГРАНИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПОЛИГАРМОНИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ
ON THE CONVERGENCE OF NUMERICAL LINEAR BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR SOLVING POLYGARMONIC EQUATION
Получены оценки точности численного метода линейных граничных элементов для решения плоских задач для полигармонического уравнения. Доказательство сходимости указанного метода проведено в два этапа: 1) оценка погрешности вычисления значений искомой функции при переходе от плоской области к многоугольнику; 2) доказательство сходимости интегральных сумм в системе линейных алгебраических уравнений к интегралам в соотношениях для полигармонических функций. Показано, что метод обеспечивает хорошую сходимость для рассматриваемого класса задач. Приведены тестовые примеры, в которых построены графики и таблицы относительных погрешностей искомых функций в зависимости от числа граничных элементов.
Estimates of the accuracy of the numerical linear boundary element method for the solution of plane problems for a polyharmonic equation are obtained. The proof of the convergence of this method was carried out in two stages: 1) the estimation of the error in calculating the values of the desired functions when going from a plane domain to a polygon; 2) the proof of the convergence of integral sums in a system of linear algebraic equations to integrals in relations for polyharmonic functions. It is shown that the method provides good convergence for the class of problems under consideration. Test examples are given, and graphs and tables of relative errors of the unknown functions, depending on the number of boundary elements, are constructed.
[514.116:517.9123]:519.6
В181.12в631.7
polyharmonic equation
numerical solution
linear boundary elements
error estimation
rate of convergence
Бреббиа К., Уокер С. Применение метода граничных элементов в технике. М.: Мир, 1982. 248 с.
Казакова А.О. Граничное интегральное представление полигармонической функции // Научный форум: Технические и физико-математические науки: сб. ст. по материалам XI Междунар. науч.-практ. конф. М.: МЦНО, 2018. С. 76-87.
Казакова А.О., Микишанина Е.А., Терентьев А.Г. Математическое моделирование в механике сплошных сред с использованием полигармонических уравнений и их систем // Современные проблемы механики сплошной среды: тез. докл. Междунар. конф., посвященной памяти академика Л.И. Седова в связи со 110-летием со дня его рождения / Математический институт имени В.А. Стеклова; Российский фонд фундаментальных исследований. М, 2017. С. 116-118.
Казакова А.О., Терентьев А.Г. Численное решение краевых задач для полигармонического уравнения // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2012. Т. 52, № 11. С. 2050-2059.
Смирнов В.И. Курс высшей математики. СПб.: БХВ-Петербург, 2017. Т. II. 842 с.
Терентьев А.Г. Компьютерное моделирование решений полигармонических уравнений // Механика: современное состояние, проблемы, перспективы: материалы Всерос. науч.-практ. конф., посвящённой 95-летию первого ректора Чувашского госуниверситета С.Ф. Сайкина. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2009. С. 174-185.
Терентьев А.Г., Афанасьев К.Е. Численные методы в гидродинамике. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1987. 80 с.
Терентьев А.Г., Казакова А.О. Применение полигармонических функций к решению двумерных задач теории упругости // XI Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: сб. докл. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2015. С. 3703-3706.
Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М.: Физматлит, 2008. Т. III. 728 с.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-31-00220.
ВЧУ_2018_номер_3_с.206-216.pdf
217-223
RAR
Микишанина
Евгения Арифжановна
кандидат физико-математических наук, старший преподаватель кафедры актуарной и финансовой математики
Чувашский государственный университет
evaeva_84@mail.ru
Mikishanina
Evgenia
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Lecturer, Department of Actuarial and Financial Mathematiс
Chuvash State University
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ КВАДРАТИЧНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ С ОГРАНИЧЕНИЯМИ, СОДЕРЖАЩИМИ ПАРАМЕТР
ALGORITHM FOR SOLVING THE PROBLEM OF QUADRATIC PROGRAMMING WITH CONSTRAINTS, CONTAINING THE PARAMETER
Настоящая работа посвящена построению алгоритма решения задачи квадратичного программирования с ограничениями типа равенств и неравенств, в одном из которых (ограничении-равенстве) содержится параметр. Математически решение данной задачи основано на модифицированном методе множителей Лагранжа, который позволяет параметрически определить искомые переменные как функции от введенного параметра l. Графики искомых функций представляют кусочно-ломаные линии. Те значения параметра l, в которых хотя бы одна из функций терпит излом, будут угловыми, а соответствующие им векторы, состоящие из значений искомых функций - угловыми векторами. Угловые векторы доставляют условный экстремум исходной задаче. Вектор, являющийся линейной комбинацией двух соседних угловых векторов, тоже будет доставлять условный экстремум исходной задаче. На основе предложенного вычислительного алгоритма в виде блок-схемы строится графическое решение поставленной задачи, которое также можно записать в табличной форме. Приводится тестовый пример, описывающий применение данного алгоритма при решении прикладной задачи управления финансовыми активами, а именно - определения эффективного множества оптимальных портфелей в общем виде, когда минимизируется функция оценки риска, связанного с инвестированием в портфель, а ожидаемая доходность портфеля равна произвольному значению m из определенного интервала.
This work is devoted to the construction of an algorithm for solving the problem of quadratic programming with restrictions of the type of equations and inequalities, one of which (restriction-equality) contains a parameter. Mathematically, the solution of this problem is based on the modified Lagrange multiplier method, which allows parametrically determining the sought variables as functions of the entered parameterl. Graphics of sought functions represent piecewise polyline. Those parameter l values, in which at least one of the functions suffers a fracture, will be angular, and their corresponding vectors, consisting of values of the sought functions, will be angular vectors. Angular vectors deliver a conditional extremum to the initial problem. The vector, which is a linear combination of two adjacent angular vectors, will also deliver a conditional extremum to the original problem. On the basis of the proposed computational algorithm in the form of a flowchart, a graphical solution of the problem is constructed, which can also be written in tabular form. The article provides a test example, describing the application of this algorithm in solving the applied problem of financial asset management, namely, determining the effective set of optimal portfolios in general, when the function of risk assessment associated with investing in a portfolio is minimized, and the expected return of the portfolio is equal to an arbitrary value m from a certain interval.
519.85
22.17+32.973
algorithm
block diagram
mathematical programming
optimization
Афанасьева Д.В., Бальбекова Е.А., Иваницкий А.Ю. Вероятностные модели рынка ценных бумаг. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2007. 92 с.
Балдин К.В., Брызгалов Н.А., Рукосуев А.В. Математическое программирование. М.: Дашков и Ко, 2013. 220 с.
Васильева О.Г., Игошкина Н.Г. Управление риском портфеля с помощью показателя дюрации // Вестник Российского университета кооперации. 2014. № 2. С. 116-120.
Шведов А.С. Теория эффективных портфелей ценных бумаг. М.: Изд-во ГУ ВШЭ, 1999. 140 с.
ВЧУ_2018_номер_3_с.217-223.pdf
224-234
RAR
Песошин
Валерий Андреевич
Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева-КАИ
pesoshin-kai@mail.ru
доктор технических наук, профессор кафедры компьютерных систем
Pesoshin
Valery
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev - KAI
Doctor of Technical Sciences, Professor of Computer Systems Department
Кузнецов
Валерий Михайлович
Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева-КАИ
kuznet_evm@mail.ru
доктор технических наук, профессор кафедры компьютерных систем
Kuznetsov
Valery
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev - KAI
Doctor of Technical Sciences, Professor of Computer Systems Department
Рахматуллин
Арслан Ханафиевич
Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева-КАИ
arslan.rahmatullin@outlook.com
магистрант Германо-Российского института новых технологий
Rakhmatullin
Arslan
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev - KAI
Master of German-Russian Institute of Advanced Technologies
Галимов
Руслан Радикович
Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева-КАИ
ruselg@mail.ru
бакалавр кафедры компьютерных систем
Galimov
Ruslan
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev - KAI
Bachelor of Computer Systems Department
Ямщикова
Анастасия Дмитриевна
Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева-КАИ
ya.anastasiyadmitrievna@yandex.ru
бакалавр кафедры компьютерных систем
Yamshchikova
Anaztasiya
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev - KAI
Bachelor of Computer Systems Department
ГЕНЕРАТОРЫ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ НЕМАКСИМАЛЬНОЙ ДЛИНЫ НА ОСНОВЕ РЕГИСТРА С ВНУТРЕННИМИ СУММАТОРАМИ ПО МОДУЛЮ ДВА (Часть 4)
NONMAXIMAL LENGTH PSEUDORANDOM NUMBER GENERATORS BASED ON INTERNAL XORS SHIFT REGISTER (Part 4)
Рассматриваются неоднородные генераторы псевдослучайных сигналов, формирующие последовательности немаксимальной длины на основе регистра с внутренними сумматорами по модулю два. Математической основой генераторов выбран составной характеристический многочлен, одним из множителей которого является двучлен в степени не равной 2k (k - целое положительное число), благодаря чему расширен класс формируемых инверсно-сегментных последовательностей. На примерах демонстрируется многообразие одновременно формируемых последовательностей. Решаются задачи идентификации последовательностей и определения их периодических автокорреляционных функций.
The article considers non-uniform pseudorandom signal generators that form recursive sequences of non-maximal length based on the register with internal adder on module two. Characteristic polynomial is chosen as a mathematical foundation for the generators. It contains a binomial in the power not equal to 2k (k - positive integer), therefore expanding of classes variants of inverse-segment sequences has been achieved. Diversity of the sequences generated at the same time is shown with examples. The problems of identifying sequences and determining their periodic autocorrelation functions are solved.
681.325
32.971
heterogeneous generators
diversity of sequences
segment-reversal sequences
(L - 5)-, (L - 9)-,…, - and (L - (2m0 - 1))-sequences
Кирьянов Б.Ф., Мансуров Р.М. Об анализе последовательности псевдослучайных чисел, генерируемых устройством с многоразрядным сдвигом // Методы и средства преобразования сигналов. Рига: Зинатне, 1978. Т. 2. С. 56-58.
Кузнецов В.М., Песошин В.А. Генераторы случайных и псевдослучайных последовательностей на цифровых элементах задержки. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2013.
Песошин В.А., Кузнецов В.М. Генераторы псевдослучайных и случайных чисел на регистрах сдвига. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2007.
Песошин В.А., Кузнецов В.М., Гумиров А.И. Генераторы псевдослучайных последовательностей немаксимальной длины на основе регистра с внутренними сумматорами по модулю два (Часть 2) // Вестник Чувашского университета. 2017. № 1. С. 273-284.
Песошин В.А., Кузнецов В.М., Рахматуллин А.Х. Генераторы псевдослучайных последовательностей немаксимальной длины на основе регистра с внутренними сумматорами по модулю два (Часть 3) // Вестник Чувашского университета. 2017. № 3. С. 251-261.
Песошин В.А., Кузнецов В.М., Ширшова Д.В. Генераторы равновероятностных псевдослучайных последовательностей немаксимальной длины на основе регистра сдвига с линейной обратной связью // Автоматика и телемеханика. 2016. № 9. С. 136-149.
Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки. М.: Мир, 1976.
Сорвате Д.В., Персли М.Б. Взаимно-корреляционные свойства псевдослучайных и родственных последовательностей // ТИИЭР. 1980. Т. 68, № 5. С. 59-90.
Элспас Б. Теория автономных линейных последовательных сетей // Кибернетический сборник. М.: ИЛ, 1963. № 7. С. 90-128.
ВЧУ_2018_номер_3_с.224-234.pdf
Работа поддержана грантом РФФИ, проект № 18-47-160001.
235-242
RAR
Федорова
Полина Николаевна
студентка IV курса факультета радиоэлектроники и автоматики
Чувашский государственный университет
feodorowa.polya@yandex.ru
Fedorova
Polina
4th year Student, Radioelectronics and Automation Faculty
Chuvash State University
Иванова
Гульнара Фархадовна
аспирантка кафедры психологии и социальной педагогики
Чувашский государственный педагогический университет
gulnara_biametov@mail.ru
Ivanova
Gulnara
Post-Graduate Student of Psychology and Social Pedagogic Department
Chuvash State Pedagogical University
Славутская
Елена Владимировна
Чувашский государственный педагогический университет
доктор психологических наук, профессор кафедры психологии и социальной педагогики
elena@slavutskii.ru
Slavutskaya
Elena
Chuvash State Pedagogical University
Doctor of Psychological Sciences, Professor of Psychology and Social Pedagogic Department
НЕЙРОННАЯ СЕТЬ: СЕЛЕКТИВНАЯ И СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВНУТРИСИСТЕМНЫХ СВЯЗЕЙ НЕОДНОРОДНЫХ ПСИХОДИАГНОСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ
NEURAL NETWORK: SELECTIVE AND STATISTICAL ASSESSMENT OF INTRA SYSTEMIC LINKS OF INHOMOGENEOUS PSYCHODIAGNOSTIC DATA
Предлагается алгоритм обработки и системного анализа неоднородных случайных данных с использованием аппарата искусственных нейронных сетей (ИНС). Для обработки применяется нейронная сеть прямого распространения с простой архитектурой. В качестве исходного статистически неоднородного массива данных для анализа используются результаты психодиагностики, полученные при помощи тестов с разными числовыми шкалами. Распределение данных в выборке отлично от нормального (гауссова). ИНС позволяет количественно оценить связи между отдельными частями общего массива данных (значениями признаков) вне зависимости от их размерности. Контроль результатов обучения и тестирования нейронной сети позволяет сразу оценить наличие и степень структурирования связей между входными данными и целевой функцией. Показано, что использование нейросетевых моделей для системного анализа неоднородных многомерных данных позволяет делать выводы о наличии внутрисистемных связей и провести их количественную оценку как на основе статистических критериев, так и селективно - между отдельными элементами и группами внутри массива исходных данных. Обучение ИНС, как результат решения задачи многопараметрической нелинейной оптимизации, не накладывает ограничений, характерных для традиционных статистических методов анализа.
The algorithm of processing and system analysis of heterogeneous random data, using the apparatus of artificial neural networks (ANN), is proposed. A neural network of forward propagation with a simple architecture is used. As the initial statistically inhomogeneous matrix of data for analysis, the results of psycho-diagnostics obtained, using tests with different numerical scales, are used. The data distribution in the sample is different from the normal (Gaussian). ANN allows to quantify the relationships between different parts of a general data set (characteristic's values), regardless of their dimensionality. Monitoring the learning and testing results of a neural network allows to immediately evaluate presence and the degree of structuring of the links between the input data and the objective function. It is shown that the use of neural network models for system analysis of inhomogeneous multidimensional data allows to draw conclusions about the presence of intra systemic links and make their quantitative assessment, both on the basis of statistical criteria and selectively - between individual elements and groups within an array of initial data. Training ANN, as a result of solving the problem of multiparametric nonlinear optimization, does not impose restrictions which are typical for traditional statistical methods of analysis.
004.8.032.26:159.922.7.016.2
З97:Ю983.402
artificial neural networks
system analysis
inhomogeneous multidimensional data
psycho-diagnostics
Абруков В.С., Ефремов Л.Г., Кощеев И.Г. Возможности создания системы поддержки принятия решений и управления вузом с помощью аналитической платформы deductor // Интеграция образования. 2013. № 1(70). C. 17-23.
Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: СПбГТУ, 1997. 510 с.
Воробьев А.В. Обзор применения математических методов при проведении психологических исследований // Психологические исследования. 2010. № 2(10).
Дюк В.А., Самойленко А.П. Data Mining. СПб.: Питер, 2001. 370 с.
Елисеев О.П. Практикум по психологии личности. СПб.: Питер, 2003. С. 427-428.
Иберла К. Факторный анализ. М.: Статистика, 1980. 308 с.
Ким Дж., Мюллер Ч., Клекка У., Олдендерфер М., Блэшфилд Р. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. М.: Финансы и статистика, 1989. 216 с.
Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. М.: Горячая линия - Телеком, 2002. 382 с.
Славутская Е.В., Абруков В.С., Славутский Л.А. Нейросетевой системный анализ уровневых психологических характеристик // Вестник Чувашского университета. 2016. № 1. С. 164-173.
Славутская Е.В. Гендерные различия в личностных качествах, определяющих дезадаптациию младших подростков // Психологическая наука и образование. 2011. № 3. С. 151-160.
Славутская Е.В., Славутский Л.А. Нейросетевой анализ взаимосвязи вербального и невербального интеллекта младших подростков // Психологический журнал. 2014. Т. 35, № 5. С. 28-36.
Фетискин Н.П., Козлов В.В., Мануйлов Г.М. Социально-психологическая диагностика развития личности и малых групп. М.: Изд-во Ин-та психотерапии. 2002. C. 193-197.
Хайкин С. Нейронные сети: полный курс. 2-е изд.: пер. с англ. М.: И.Д. Вильямс, 2006. 1104 с.
Abrukov V.S., Karlovich E.V., Afanasyev V.N., Semenov Y.V., Abrukov S.V. Сreation of propellant combustion models by means of data mining tools. International Journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion, 2010, vol. 9, no. 5, pp. 385-394.
Baxt W.G. Complexity, chaos and human physiology: the justification for non-linear neural computational analysis. Cancer Lett., 1994, vol. 77, no. 2-3, pp. 85-93.
Cattell R.B. Advanced in Cattelian Personality Theory. Handbook of Personality. Theory and Research. New York, The Guilford Press, 1990.
Esbensen K. Multivariate Data Analysis - in Practice. 5th ed. Oslo, Norway, CAMO Process AS, 2002.
Hebb D. Organization of behavior: New York, Science Edition, 1961.
Slonim N., Atwal G.S., Tkachic G., Bialek W. Information-based clustering. Proc. of the National Academy of Sciences, 2005, vol. 102, pp. 18297-18302.
ВЧУ_2018_номер_3_с.235-242.pdf
243-255
RAR
Ширшова
Дарья Вадимовна
старший преподаватель кафедры компьютерных систем
Казанский государственный технический университет имени А.Н. Туполева (КНИТУ-КАИ)
Einstein_Darya@mail.ru
Shirshova
Daria
Senior Lecturer of Computer Systems Department
Kazan State Technical University named after A. Tupolev (KNITU-KAI)
КРИТЕРИЙ ЗНАЧИМОЙ ОДНОРОДНОСТИ ДВОИЧНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
CRITERION OF SIGNIFICANT HOMOGENEITY OF BINARY SEQUENCES
Целью данной статьи является формирование комплекса алгоритмических процедур, образующих критерий статистической однородности двух последовательностей на всех длинах частных выборок до заданной максимальной, или критической. Актуальность данного комплекса обусловлена задачей замены всех или ряда последовательностей, используемых при имитационном моделировании, более простыми в алгоритмическом отношении их эквивалентами, т.е. альтернативными реализациями для освобождения части аппаратных ресурсов ЭВМ. Рассмотренные подходы к применению двухэтапного вида критерия статистической однородности выборок случайных или псевдослучайных последовательностей по вероятностным моментам первого и второго порядков реализованы в многоцикловом варианте, что является отличительной особенностью данного метода. В качестве основного аргумента используется длина выборки. Приведены примеры работы критерия для зон статистической однородности и неоднородности псевдослучайных последовательностей (ПСП). Разработанный критерий позволяет дать оценку статистической однородности последовательностей на выборках, не кратных периоду. Особенность рассмотренного подхода заключается в его двухэтапности, подразумевающей сравнение по АКФ для последовательностей, имеющих внутренние корреляционные зависимости. Применение данного критерия в имитационных моделях позволит сократить аппаратные, временные или алгоритмические затраты, что достигается путем замены одной последовательности другой, но более простой в плане реализации.
The purpose of this article is to form a complex of algorithmic procedures, forming a criterion of statistical homogeneity of two sequences at all lengths of partial samples to a given maximum or critical. The relevance of this complex is due to the task of replacing all or a number of sequences used in the simulation with their simpler equivalents in algorithmic terms, that is by alternative implementations for the release of computer hardware resources. The considered approaches to the use of a two-stage type of statistical homogeneity criterion for random or pseudo-random sequences samples by the probabilistic moments of the first and second orders are implemented in a multi-cycle version, which is a distinctive feature of this method. The main argument is the length of the sample. Examples of work of criterion for zones of statistical homogeneity and heterogeneity of pseudo-random sequences (PRS) are given. The developed criterion allows us to assess the statistical homogeneity of sequences on samples that are not multiples of the period. The peculiarity of the considered approach is its two-stage character, implying a comparison by ACF for sequences with internal correlation dependencies. The use of this criterion in simulation models will reduce hardware, time or algorithmic costs, by replacing one sequence with another, which is easier to implement.
519.24:681.3
32.971
statistical indistinguishability
criterion of statistical homogeneity
random sequence
pseudorandom sequence
length of sample
simulation model
trust half-interval
probabilistic moment
probabilistic moment assessment
Ватутин В.А., Ивченко Г.И., Медведев Ю.И., Чистяков В.П. Теория вероятностей и математическая статистика в задачах. М.: Дрофа, 2003.
Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Физматлит, 1962.
Иванов М.А., Чугунков И.В. Теория, применение и оценка качества генераторов псевдослучайных последовательностей. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2003.
Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002.
Кузнецов В.М., Песошин В.А. Генераторы случайных и псевдослучайных последовательностей на цифровых элементах задержки. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2013.
Ниворожкина Л.И., Морозова З.А. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Эксмо, 2008.
Песошин В.А., Кузнецов В.М. Генераторы псевдослучайных и случайных чисел на регистрах сдвига. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2007.
Песошин В.А., Кузнецов В.М., Ширшова Д.В. Генераторы равновероятностных псевдослучайных последовательностей немаксимальной длины на основе регистра сдвига с линейной обратной связью // Автоматика и телемеханика. 2016. № 9. С. 136-149.
Работа поддержана грантом РФФИ, проект № 18-47-160001.
ВЧУ_2018_номер_3_с.243-255.pdf