Информационные технологии, моделирование и управление. Рубрика в журнале - Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий
Методика статистического анализа стационарной кинетической модели ячейки идеального смешения
Статья научная
В статье рассмотрена методика статистического анализа стационарной кинетической модели ячейки идеального смешения, которую можно применить для аппаратов, использующих пространственную комбинацию ячеек идеального смешения. Разработана имитационная модель процессов взаимодействия двух веществ в прямоточном реакторе идеального смешения и построены графики химического взаимодействия этих веществ. Проведена параметрическая идентификация имитационной модели методом наименьших квадратов. Оценена адекватность полученной модели с помощью F-критерия и гипотезы о неоднородности дисперсий случайных процессов и функций. Оценены доверительные интервалы коэффициентов линеаризованного уравнения с помощью t-критерия, определена значимость коэффициентов для выбранной формы уравнения. Полученные значения доверительных интервалов обусловлены заложенными в имитационную модель стохастическими факторами и взаимным влиянием отклонений разных параметров. Результаты расчетов приведены в примере 1 и примере 2. Величина относительной ошибки для выходных концентраций составила более 10%. Поэтому было выполнено усреднение по пяти повторным наблюдениям в каждой точке для уменьшения дисперсии. Усредненные значения параметров пригодны для имитационного моделирования и анализа процессов. Результаты исследований можно использовать для разработки методов математического моделирования и анализа в стационарных химико-технологических процессов, протекающих в растворах.
Бесплатно
Статья научная
Изложена методика и результаты экспериментального исследования энергетических состояний аморфного сплава гидрогенизированного карбида кремния. Показано применение энергетических спектров валентной зоны кремния для определения фазовой структуры его аморфного гидрогенизированного карбида. Установлена количественная зависимость доли карбидной фазы аморфного кремния в структуре его сплава от содержания метана в исходной газовой смеси.
Бесплатно
Методы проверки транзитивности индивидуальных экспертных предпочтений
Статья научная
Результатом обработки экспертной информации является построение бинарного отношения предпочтения, на основе которого будет осуществляться выбор. Одним из важнейших свойств такого отношения является транзитивность. Однако в силу несовершенности человеческой системы переработки информации, при оценивании выборки в результат вносятся случайные ошибки, вследствие которых может возникать нетранзитивность и противоречивость в предпочтениях.Во многом проблема нарушения транзитивности индивидуального экспертного ранжирования связана с тем, что эксперт, сравнивая альтернативы попарно, вообще говоря, не обязан думать о том, как соотносятся эти альтернативы со всеми остальными. При этом велика вероятность нарушения согласованности предпочтений, которые делают бесполезной дальнейшую обработку результатов экспертизы.В данной работе предлагаются: новый универсальный алгоритм оценки транзитивности отношения экспертных предпочтений при упорядочении исходной выборки альтернатив на порядковой шкале; модифицированный алгоритм оценки непротиворечивости экспертных суждений и построения структурных матриц всевозможных экспертных предпочтений между всеми парами альтернатив выборки, ранжирование которой осуществляется на разностно-классификационной шкале. Базовая идея алгоритма состоит в том, чтобы на основе вспомогательных матриц парных индивидуальных сравнений альтернатив выборки обеспечить не только проверку профиля экспертных упорядочений на транзитивность, но и, по окончании опроса экспертов, сформировать структурные матрицы всевозможных предпочтений между всеми парами альтернатив выборки. Данные алгоритмы используют исходную информацию в виде матрицы парных индивидуальных сравнений альтернатив выборки. В статье приведены иллюстрирующие примеры работы вышеупомянутых алгоритмов.
Бесплатно
Механизм выбора вариантов при заданных отношениях для компонент объектов сравнения
Статья научная
Рассмотрен синтез механизма выбора составных объектов на основе сравнения их компонент.
Бесплатно
Механический аналог реологических моделей, демонстрирующих проявление эффекта “отвердевания”
Статья научная
Приводится описание механизма с поведением, подобным поведению жидкости с «отвердеванием» при сдвиге.
Бесплатно
Многокритериальная модель процесса дробления горных пород
Статья научная
В статье говорится о модернизации и наладке процесса измельчения тонкодисперсного мела. Процесс дробления энергозатратная процедура, ежегодно тратится около 5% всей вырабатываемой на Земле энергии, в том числе энергия двигателей внутреннего сгорания. Это говорит о его большой значимости. Помимо затрат на электричество, большие расходы идут на ремонт оборудования. Наибольшие замены производятся на основные рабочие части машин. В ходе замен тратится много времени, для того, чтобы не расходовать этот довольно важный ресурс, необходимо к данной процедуре подходить с научной точки зрения. Организация и проведение исследований по замене основных рабочих частей дробилок и мельниц позволит увеличить производительность основного оборудования, улучшить качество готового продукта и уменьшить затраты на производство в плане энергосбережения. Модернизация и наладка технологического оборудование в целях усовершенствования процесса производства тонкодисперсного мела значительно увеличить срок службы основного оборудования...
Бесплатно
Модели анализа функционирования производственных корпораций
Статья научная
В статье представлены модели анализа потокораспределения целевого продукта в установившемся режиме функционирования производственной корпорации. Рассмотрено получение модели установившегося потокораспределения целевого продукта производственной корпорации с учетом переменности потерь в участках сети на основе вариационного принципа.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье рассматривается существующие и перспективные модели и процедуры интервальной оценки результатов контроля знаний в компьютерных системах с применением биноминального закона распределения и геометрического распределения, как частного случая отрицательного биноминального распределения. С целью перейти от точечных оценок эмпирической частости к адекватным теоретически обоснованным оценкам вероятности правильного действия, которые имеют количественно оцениваемый доверительный интервал. В тенденциях развития ТОС ВМФ отмечается следующий ряд основных противоречий: 1) между ростом возможностей ТОС как средств моделирования управляемых объектов и неизменностью их дидактических характеристик; 2) между необходимостью индивидуализации процесса подготовки и ограниченными психофизиологическими возможностями обучающих по управлению обучением в группах с количественным составом более 5-7 обучаемых; 3) между ростом числа и сложности задач управления обучением и неизменностью психофизиологических возможностей руководителей обучения. В качестве средства разрешения этих противоречий рассматривается автоматизация в ТОС ВМФ функций управления обучением.
Бесплатно
Модели многокритериального поэтапного выбора решений, их использование в сахарной промышленности
Статья научная
Оптимальное управление действующими системами может быть сведено к задаче многокритериального поэтапного выбора эффективных решений в дискретных системах. Их структуру можно описать в виде ориентированного графа с заданными на его дугах векторными весами, а проблему выбора свести к проблеме поиска оптимальных путей на графе. Существующие методы поиска применяются только для линейных систем, структура которых описывается ациклическими графами. Нелинейные структуры содержит в своем составе разветвления и/или возвраты технологических потоков и для них методы многокритериального поэтапного выбора непосредственно неприменимы. Для решения таких задач предлагается использовать модель декомпозиции графа, описывающего структуру рассматриваемой системы, на ациклические подграфы и модель синтеза эффективных интегральных путей. Последнее будем осуществлять последовательным объединением их фрагментов - эффективных путей, найденных в ациклических подграфах, и сужением посредством функции выбора с учетом условия целостности системы. Далее в статье приводится численная реализация моделей декомпозиции и синтеза интегральных решений. Предлагаемые модели проверялись на примере оптимизации отделения кристаллизации в сахарной промышленности. Задача заключалась в выборе из множества возможных управляющих воздействий некоторой совокупности альтернативных вариантов, оптимальных по 3 аддитивным критериям эффективности. На каждой стадии процесса были выбраны соответствующие управляющие воздействия и построен граф вариантов управляющих воздействий с заданными на его дугах количественными оценками критериев эффективности. В результате применения разработанных моделей было получено множество эффективных интегральных путей, состоящее из 38 вариантов. Каждому такому решению соответствовал вариант значений управляющих воздействий на стадиях процесса.
Бесплатно
Моделирование вероятностного конфликта технологических систем
Статья научная
В последнее время для исследования конфликтов все чаще применяется метод математического моделирования. Его значимость связана с тем, что экспериментальные исследования таких конфликтов достаточно трудоемки и сложны. Однако существующие подходы к исследованию конфликта не учитывают стохастический характер систем, страдают концептуальной неполнотой. Возникает потребность в разработке моделей, алгоритмов и принципов, позволяющих оценивать конфликтные взаимодействия, выбирать конфликтные решения для обеспечения не худших условий функционирования. Для стохастических технологических систем в качестве функции полезности будем рассматривать вероятность достижения заданной цели. Будем считать, что некоторая система S1 конфликтует с системой S2, (S2 К S1), если q(S1,S2)1,), где q - функция полезности надсистемы S = {S1,S2}. При этом можно говорить о конфликте случайных событий, заключающихся в достижении некоторых целевых состояний. Тогда, если А и В - совместные зависимые случайные события, то вероятностный конфликт между событиями (А К В) можно определить двумя способами: Определение 1. Между А и В наблюдается вероятностный конфликт первого рода (А К1 B), если P(A/B)2 B), если P(A/B)
Бесплатно
Статья научная
Разработана аппаратная аналоговая модель искусственной нейронной сети на основе специально обученной программной искусственной нейронной сети для моделирования процесса восстановления поврежденных биологических и биотехнических систем с использованием нейрочипов на основе эволюционного метода обучения. Проведена серия из 12 вычислительных экспериментов по восстановлению поврежденной аппаратной аналоговой искусственной нейронной сети с помощью программной искусственной нейронной сети. Для восстановления поврежденной сети используется эволюционный подход. В большинстве случаев удается восстановить поврежденную аппаратную аналоговую нейронную сеть до 100% точности. Полученные результаты подтверждают работоспособность предложенного подхода в рамках моделирования восстановления поврежденных биологических и биотехнических систем с использованием нейрочипа на основе эволюционного метода с применением механизма “изоляции”. Предложенный метод восстановления открывает перспективы для таких областей как: нейропротезирование, самообучающиеся и само адаптирующиеся системы; реверс-инжиниринг; восстановление поврежденных банков данных, восстановление изображений; принятие решений и управление и т. п.
Бесплатно
Статья научная
Математическое моделирование в программных пакетах CFD является мощным элементом проектирования и расчета задач любой сферы инженерной деятельности. CFD-пакет содержит в себе комплекс программ, которые позволяют на основе математических законов моделировать объекты различных областей науки. Для биотехнологических процессов, как и для других химико-технологических процессов, используется программа ANSYS Fluent, которая приспособлена для описания гидродинамики подобных систем. Поскольку одной из актуальных тем современной биотехнологии является культивирование клеток, то с помощью данного программного пакета была создана модель половолоконного мембранного биореактора. Изучаемые волокна представляют собой полые цилиндрические мембраны, предназначенные для культивирования клеток. Показателем эффективности процесса роста клеток в рассматриваемом биореакторе является увеличение численности клеток, а именно полное заполнение ими внешнего пространства мембранных волокон биореактора. С ростом клеток уменьшается проницаемость волокна, что влияет на проникновение питательной среды сквозь поры мембраны. Особенность процесса состоит в необходимости подачи такого количества жидкости, чтобы организовать доставку оптимального количества питательной среды клеткам, расположенным по всей поверхности мембраны. Для этого при различных объемных расходах рассчитано скоростное распределение потока питания внутри мембранного волокна и в целом биореакторе с учетом законов сохранения массы и импульса, а также допущений при составлении математической модели. В работе описан анализ гидродинамики в половолоконном мембранном биореакторе с помощью созданной трехмерной математической модели в программном комплексе ANSYS Fluent. Рассмотрены особенности построения модели для одной мембраны, а также отражены результаты моделирования гидродинамики потоков в объеме биореактора.
Бесплатно
Статья научная
Разработана математическая модель кинематики пластического течения при обжатии тонкостенной прецизионной трубы, применяемом для калибровки концов унифицированных элементов трубопровода летательных аппаратов из титановых сплавов и коррозионно-стойких сталей перед сборкой в трассу посредством автоматической аргонодуговой сварки кольцевых стыков. Для моделирования применяется энергетический критерий устойчивости с использованием кинематически возможных полей скоростей для получения верхней оценки усилия деформирования. Разработанная модель кинематики пластического течения позволяет получить энергосиловые параметры основного состояния процесса калибровки обжатием и может быть использована для решения задачи об устойчивости процесса деформирования по результатам сопоставления энергетических (силовых) параметров для основного (устойчивого) и возмущенного состояний. Моделирование производится в цилиндрической системе координат путем сравнения вариантов кинематически возможных полей скоростей течения, удовлетворяющих условию несжимаемости и кинематическим краевым условиям. По результатам моделирования был выбран вариант разрывного поля скоростей, при котором уменьшение наружного радиуса R происходит только за счет увеличения толщины стенки трубы t. Для данного варианта величина давления обжатия имела наименьшее значение, следовательно выбранное поле скоростей наиболее близко к действительному. Установлено, что с увеличением шага подачи l при калибровке многосекторным инструментом требуемое давление обжатия q уменьшается. При одинаковом шаге подачи l трубу с меньшей относительной толщиной t/R необходимо калибровать меньшим давлением обжатия. С возрастанием предела текучести при сдвиге материала трубной заготовки давление обжатия q увеличивается.
Бесплатно
Моделирование кинематики пластического течения при формообразовании гофра облегченного фланца
Статья научная
Определение предельных возможностей формообразования гофра фланца раздачей со свободным перемещением конца трубной заготовки в жестких разъемных матрицах эластичной средой.
Бесплатно
Статья научная
Процесс синтеза стирола, протекающий в двухступенчатом адиабатическом реакторе непрерывного действия, является сложной химико-технологической системой. Он характеризуется недетерминированностью, нестационарностью и протекает в условиях постоянно действующих неконтролируемых возмущений. В связи с этим задача разработки системы предиктивного управления концентрацией основного продукта реакции дегидрирования - стирола для поддержания данной величины в заданном диапазоне на протяжении всего периода эксплуатации является актуальной. Ее решение невозможно без разработки на основе уточненной кинетической схемы процесса модели, учитывающей падение активности каталитического слоя реактора вследствие коксообразования на его поверхности. В статье обоснованы и предложены: зависимость изменения падения активности каталитического слоя как функция времени эксплуатации реакторного блока и усовершенствованная модель кинетики химических превращений. Синтезированная математическая модель процесса представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений и позволяет: рассчитывать профили концентраций компонентов реакционной смеси за время прохождения шихты через ступени адиабатического реактора, определять состав контактного газа на выходе из реакторных ступеней на протяжении всего цикла работы каталитической системы, с учетом изменения температурного режима протекания процесса и падения активности каталитического слоя. Выполнена оценка значений констант скоростей химических реакций, а также расчет и анализ концентраций основных и побочных продуктов реакции дегидрирования на выходе из реакторной установки. Результаты моделирования показывают, что изменение температурного режима работы реактора, производимое по экспоненциальному закону с учетом дезактивации каталитического слоя, позволяет обеспечить выход конечного продукта в заданном технологическим регламентом диапазоне на протяжении всего цикла эксплуатации реакторного блока.
Бесплатно
Моделирование одномерного гармонического осциллятора в среде matlab/simulink
Статья научная
Изложены результаты моделирования одномерного гармонического осциллятора средствами MATLAB/SIMULINK. На примере осцилляторов показаны возможные подходы и технологии построения моделей реальных физических систем на основе их математического описания.
Бесплатно
Моделирование поведения водителя при управлении автотранспортным средством
Статья научная
В статье выполнено поэтапное формирование образов и действий водителя. В изложенных рассуждениях авторы исходили из следующих предположений: рассматривалось движение массовых, серийно выпускаемых в настоящее время отечественной промышленностью автомобилей; рассматривалось движение одиночных автомобилей, как наиболее типичных и наиболее опасных случаев, позволяющих оценить влияние параметров дороги на режим движения "в чистом виде"; водители стремятся к сокращению времени поездки и потому движутся с максимально-возможной скоростью; водители выбирают скорость движения, зрительно оценивая лежащий впереди участок пути и учитывая скорость к моменту этой оценки; поведение водителя при прочих равных условиях определялось влиянием ограничения видимости и условиями зрительного восприятия; рассматривалось движение на подъём и спуск, но определяющим являлось направление спуска. Совокупность операций, ответвляемых водителем, можно представить как многоуровневую систему, содержащую три основные группы психофизиологических процессов: деятельность анализаторов (восприятие информации); работа центральной нервной системы (переработка и хранение информации); эффективная деятельность (ответные действия по реализации принятого решения). На основании принятой информации в сознании человека формируются образы внешней среды, совокупность которых составляет информационную модель объекта. Сравнивая ее с эталонами (энграммами памяти), водитель вырабатывает наиболее целесообразный в данных условиях комплекс действий. Реализация принятого решения является заключительным этапом реакции человека на внешнюю среду и выражается в изменении степени использования силы тяги двигателя или тормозной силы; изменение положения управляемых колес, как не отражающееся на скорости движения, можно в алгоритме работы водителя не учитывать. Анализ представленных схем алгоритмов позволяет получить количественные характеристики процесса движения автомобиля: показатели стереотипности, логической сложности.
Бесплатно
Моделирование процесса пиролиза прямогонного бензина с использованием генетического алгоритма
Статья научная
При эксплуатации промышленных печей пиролиза основной задачей является выбор оптимального режима термического разложения исходного сырья в зависимости от выхода целевых продуктов в условиях технологических ограничений на процесс. Для решения данной проблемы для действующего реактора, в качестве которого в работе рассматривается промышленная крупнотоннажная печь SRT-VI, разработана математическая модель процесса пиролиза, использующая кинетическую схему, состоящую из первичной реакции разложения сырья и вторичных элементарных реакций взаимодействия рассматриваемых компонентов смеси, уравнения теплового баланса и гидродинамики потока в змеевике. Сырьем для установки выбранного типа служит прямогонный бензин. Выходными параметрами модели являются мольные расходы товарных углеводородов. Реактор описывается уравнением идеального вытеснения в статическом режиме функционирования. Принято, что все реакции имеют Аррениусовскую зависимость от температуры. Энергии активации химических процессов оценивались с помощью уравнения Поляни-Семёнова, а идентификация предэкспоненциальных множителей проводилась с помощью генетического алгоритма (ГА). Данная задача требует одновременного решения системы дифференциальных уравнений, описывающих процесс пиролиза и поиска большого количества неизвестных параметров, в связи с чем предложено модифицировать ГА. Оптимальная схема включает операторы кодировки по Грею, турнирной селекции, с рангом турнира больше 4, кроссовера с частичным случайным выбором аллей, мутации с высокой вероятностью ее свершения и эллитизма с конкурентным глобальным состязанием. С использованием предложенного подхода осуществляется параметрическая идентификация модели процесса. Анализ результатов моделирования с данными действующего реактора показал его пригодность для использования в целях управления процессом пиролиза.
Бесплатно
Статья научная
Эффективность сушки во многом определяется возможностью оперативного управления этим процессом и поддержания режимных параметров на заданном уровне. В основе любой системы управления лежит математическое описание процесса. В работе рассмотрен процесс сушки вторичных продуктов разделки рыб, как объект возможного моделирования и математического описания сложных физических явлений тепломассопереноса. Для моделирования процессов тепло- и влагопереноса используется метод, базирующийся на основе общепринятых уравнений тепло- и влагопереноса А.В. Лыкова. Для удобства моделирования и многократного проведения компьютерных экспериментов разработана компьютерная программа «Программа для моделирования сушки продуктов из рыбы с дополнительным СВЧ-нагревом» на языке Object Pascal в интегрированной среде программирования Borland Delphi 7. Программа предназначена для моделирования процесса сушки продуктов из рыбы путем решения задачи тепло- и влагопереноса на кубической сетке с учетом комбинированной технологии нагрева (конвективный и СВЧ-нагрев)...
Бесплатно
Моделирование процессов обезвоживания пищевого сырья в электромагнитном поле
Статья научная
Изучение процессов обезвоживания пищевого сырья под воздействием электромагнитного СВЧ поля. Разработка математической модели тепловлагопереноса при микроволновом подводе энергии. Экспериментальная сушильная установка с микроволновым подводом энергии.
Бесплатно
