Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки

Титульні сторінки

Андрій Гудима — 2023-12-05

Відомості про випуск 24

Підхід до комп’ютерного моделювання періодичних режимів енергетичних пристроїв

Андрій Верлань — 2023-10-19

Зростаюча складність силових енергетичних установок ставить перед конструкторами нові завдання, вирішення яких залежить від ефективності та адекватності комп’ютерного моделювання електромагнітних процесів у реальних схемах енергетичних пристроїв з необхідною точністю. Використовуючи відомі методи побудови схем заміщення, можна отримати схеми заміщення силових енергетичних установок. Однак велика кількість вузлів еквівалентних схем (отже, високий порядок систем диференціальних рівнянь) часто не забезпечує вирішення задач аналізу з необхідною точністю та часовими обмеженнями, що вимагає нових, більш ефективних підходів до моделювання періодичних режимів силових енергетичних установок

Моделювання коливальних процесів віброударних систем

Ярослав Іванчук — 2023-06-20

З метою підвищення ефективності методів і засобів математичного моделювання віброударних систем розроблено узагальнену функцію періодичного режиму руху виконавчого органу у формі залежності ударного імпульсу від співвідношення кутових швидкостей лінійної консервативної системи та власної. При отриманні даної функції було використано інтегральну функцію одиничного стрибка Хевісайда та періодичну функцію Гріна. Функція залежності частоти коливань від ударного імпульсу визначена із умов співударяння для функції реакції системи на періодичну послідовність імпульсів. Розглянута розрахункова модель віброударної системи, як з одним ударним елементом та обмежувачем руху, так із двосторонньою ударною парою при почергових ударних взаємодіях з обмежувачами із лінійною силовою взаємодією в проміжках між ударами. При розробці математичної моделі було використано стереомеханічну модель удару, яка характеризується коефіцієнтом відновлення швидкості після удару. Аналіз функції залежності частоти коливань від ударного імпульсу дозволив отримати скелетні діаграми резонансних та квазірезонансних коливань віброударних систем з однією і багатьма степенями вільності. На основі отриманих фазових діаграм стану віброударних систем визначено, що у системі із зазором збільшення швидкості удару збільшує частоту коливань і віброударна нелінійність є «жорсткою», а в системі із натягом, при збільшенні значення ударного імпульсу, частота коливань зменшується тобто нелінійність є «м’якою». При відсутності зазору система є ізохронною. У залежності від початкового запасу енергії і розміщення обмежувачів в несиметричній коливальній системі, з однією степеню вільності, можуть існувати віброударні режими як з одним (ближче розміщений), так і з обома обмежувачами. У лінійній консервативній системі із декількома степенями вільності реалізується одноударний Т-періодичний режим. Якщо дисипація при русі і при ударі дуже мала, тоді в системі може існувати режим, який близький до резонансного. При цьому періодичні коливання підтримуються слабкою зовнішньою періодичною силою. Розроблена математична модель також дозволяє повністю описати процес зміни відносної координати переміщення робочого органу, як в перехідних, так і у встановлених режимах руху системи.

Автоматизовані засоби тестування програмних модулів розв’язування інтегральних рівнянь Вольтерри другого роду

Віталій Іванюк — 2023-11-15

У статті розглянута методологія автоматизованого тестування програмних модулів розв’язування інтегральних рівнянь Вольтерри другого роду. Для реалізації автоматизованого тестування вибрано програмне середовище Matlab, яке має широкий спектр можливостей тестування програмного забезпечення, зокрема: функції для генерації наборів даних для тестування; функції для порівняння результатів тестування; функції для формування звітів тестування тощо. У якості бази для розробки автоматизованих засобів тестування вибрано Unit Testing Framework, що є складовою MATLAB Test Framework, має багато готових методів для перевірки коректності значень і формування статистики помилкових випадків. Розроблено набір тестових задач для інтегральних рівнянь Вольтерри другого роду, який поділяється на різні типи рівнянь, включаючи лінійні інтегральні рівняння Вольтерри другого роду, які містять ядра із степеневими, експоненціальними, гіперболічними, логарифмічними, тригонометричними, оберненими тригонометричними функціями та їх комбінації. Розроблені засоби автоматизованого тестування використано для перевірки якості програмних модулів, побудованих на основі методів лівих прямокутників, правих прямокутників, методу трапецій та методу Сімпсона. Розроблений набір тестових задач дозволяє покривати широкий спектр можливих умов роботи програмних модулів. Результати тестування дозволили виявити шляхи вдосконалення наявних програмних модулів для досягнення виставлених умов їх функціонування. Проведенні дослідження будуть сприяти розробці більш надійних і ефективних програмних модулів розв’язування інтегральних рівнянь Вольтерри другого роду. Отримані результати є основою для подальших досліджень, які будуть спрямовані в таких напрямах: розробка методів тестування для більш складних типів інтегральних рівнянь Вольтерри другого роду, включаючи рівняння з нелінійними та нестаціонарними ядрами.

Ансамблевий метод уточнення параметрів моделі регресії: прямий підхід

Іван Ізонін — 2023-11-19

Інтелектуальний аналіз табличних наборів даних у галузі біомедичної інженерії являється складним завданням. Це пояснюється як багатовимірними наборами даних і складними взаємозв’язками між компонентами набору так і висока ціна помилки у прогнозуванні. Задача стає складнішою у випадку обмеженості даних для навчання, що часто виникає у цій галузі. Це пов’язано з величезними часовими, матеріальними чи людськими ресурсами, необхідними для збору достатньої кількості даних для реалізації процедур навчання класичним інструментарієм машинного навчання. У цій статті представлено новий підхід до розв’язання цієї задачі. Автором розроблено новий ансамблевий метод уточнення параметрів моделі регресії (прямий підхід) із можливістю циклічного підвищення точності інтелектуального аналізу коротких наборів даних. В основі методу покладено використання формули раціонального дробу та двох алгоритмів машинного навчання для її параметричної ідентифікації. Моделювання роботи методу на реальному короткому наборі даних з галузі біомедичної інженерії продемонстрував високу точність роботи розробленого методу. Зокрема, автору вдалося підвищити точність прогнозу нейронної мережі узагальненої регресії на більші ніж 14% (на основі коефіцієнту детермінації. Саме тому, розроблений метод можна використовувати для розв’язання різноманітних прикладних задач біомедичної інженерії у випадку необхідності аналізу даних малих обсягів

Підвищення точності інтерпретації нейромережевих моделей нелінійних динамічних об'єктів

Валентин Крикун — 2023-10-26

Робота присвячена проблемі інтерпретації нейронних мереж в задачах моделювання нелінійних динамічних об'єктів. Метою роботи є підвищення точності інтерпретації нейромережевих моделей нелінійних динамічних об’єктів та визначення сфери їх ефективного застосування.

В результаті аналітичного огляду підходів до інтерпретації нейронних мереж: візуалізація, числові оцінки ознак та аналітичні вирази, – визначено сфери ефективного застосування аналітичних інтерпретаційних моделей. Так, підходи до інтерпретації моделей машинно-го навчання на основі візуалізації та числові оцінки ознак не дозволяють збудувати аналітичного виразу залежності «вхід/вихід» об'єкту контролю. Тому, при моделюванні складних об'єктів типу «чорна скриня» з нелінійними і динамічними властивостями для забезпечення підвищених вимог до безпеки результатів моделювання (для переконаності у відсутності прихованої поведінки чи логіки, які впливають на поведінку моделі) доцільно використовувати інтерпретаційні аналітичні моделі у вигляді інтегро-ступеневих рядів на основі багатовимірних вагових функцій.

На прикладі тестового нелінійного динамічного об'єкту збудовано модель у вигляді нейронної мережі з часовими затримками. Для отриманої нейромережевої моделі збудовано інтерпретаційну модель у вигляді інтегро-ступеневих рядів на основі багатовимірних вагових функцій, яка дозволяє забезпечити одночасно підвищення точності моделювання на 10-12% у порівнянні з лінійними інтерпретаційними моделями та зменшення обчислювального навантаження інтерпретації складних об'єктів дослідження у порівнянні з нейронними мережа-ми з часовими затримками.

Дослідження показників точності моделей нелінійних динамічних систем

Андрій Прокофьев — 2023-11-10

Розробка та удосконалення методів розрахунку та контролю процесів функціонування та експлуатаційних режимів технічних систем, в тому числі електронних управляючих та моделюючих засобів, являє собою серйозну наукову проблему, що має актуальне прикладне значення. Проведення розрахунків з метою забезпечення якісної оптимізації параметрів технічних засобів за різними категоріями, організації ефективного виробничого та експлуатаційного контролю можливо лише на основі створення дієвих методів та алгоритмів аналізу процесів функціонування та точності складних структур та принципових схем систем та пристроїв, які проектуються і розробляються. При розробці зазначених методів та алгоритмів виникає комплекс складних наукових задач, розв’язок яких потребує проведення низки наукових досліджень.

Розглядається задача оцінки вплив впливу відхилень параметрів нелінійних динамічних систем на їх рух та показники якості.

Як при аналізі точності динамічних систем, так і при розв’язуванні задач синтезу з умов точності, важливе значення має можливість аналітичного вираження додаткового руху динамічних систем. Отримано та проаналізовано відповідні формули щодо відхилень траєкторій динамічної системи відносно опорної траєкторії та відносно збудженого руху.

Запропоновано методику раціонального визначення вузлів інтерполяції при обчисленні функціоналів від вихідних координат динамічної системи. Методика відноситься до вибору вузлів гаусовських квадратур при обчисленні показників якості динамічних систем з найменшою похибкою обчислень.

Евристичні моделі вимірювальних процедур в задачах аналітичного дослідження тензометричних систем

Людмила Прокофьева — 2023-11-14

Тенденція зростання складності та апаратних засобів систем вимірювання (АЗСВ) залишається сталою у зв’язку з масовим застосуванням засобів обчислювальної техніки в процесах вимірювання. Надлишкова складність створюваних нових АЗСВ, висока вартість комплектуючих та програмних засобів і достатньо низький рівень якості виробництва не дозволяють виключити можливість виникнення похибок, які спричиняють порушення працездатності АЗСВ в цілому, а також зниження їх продуктивності.

Термін «надійність АЗСВ», аналогічно терміну «надійність апаратури» в задачах діагностики тензометричної апаратури, означає, що «відмови», в даному випадку, як результат появи похибок, має якісно відмінну фізичну природу, ніж відмови суто АЗ. Це свідчить про можливість використання певних термінів та показників надійності технічних засобів при дослідженні якості АЗСВ. Зокрема, це виправдовується і необхідністю розв’язування задачі розподілу ресурсів власно між АЗ та програмними засобами (ПЗ) при забезпеченні заданого показника надійності СВ.

Перевірка правильності функціонування АЗ та ПЗ, що входять до складу СВ, здійснюється на етапі налаштування та тестування. Як правило, основним фактором налаштування є витрачений на нього час. Тому в низці моделей оцінювання надійності СВ, поряд з необхідним часом їх функціонування в штатних режимах при реалізації процесу вимірювання, необхідно розглядати ще і інший часовий фактор – час налаштування АЗ і ПЗ щодо використання цих засобів за призначенням.

Дієвим шляхом визначення надійності тензометричних систем, а – особливо на етапі проектування – є застосування аналітичних методів, зокрема методів математичного моделювання, результати якого визначаються коректністю покладених в його основу моделей вимірювальних процедур.

Моделювання тестових сценаріїв для дослідження відмінностей між браузерами Chrome та Headless Chrome

Ольга Тарновецька — 2023-11-10

Введення автоматизації тестування має численні переваги в сучасному світі інформаційних технологій. До яких можна віднести скорочення часу тестування, спрощення процесу формування звітності та постійне покращення ефективності.

Застосування автоматизації тестування відкрило можливість ретельного аналізу відмінностей у роботі інтерфейсів браузерів Chrome та Headless Chrome. Виявлено, що продуктивність Headless браузера перевершує продуктивність його аналога з графічним інтерфейсом на 10,3%. Важливо враховувати, що хоча Headless Chrome є досить ефективним, він не завжди є універсальним для різних видів тестів.

У рамках дослідження обгрунтовано, що використання Selenium WebDriver для автоматизованого тестування надає потужні можливості для виконання як рутинних, так і складних тестових завдань, які важко виконати вручну. Вибір цього інструментарію зумовлений його багатофункціональністю, високою практичністю та сумісністю з різними мовами програмування.

Проведено докладний аналіз характеристик та атрибутів тестового веб-додатка, згідно якого розроблено модель функціонування програмного забезпечення для автоматизації тестових сценаріїв для проекту «trello.com» охоплює веб-додатки, які піддаються тестуванню через інтерфейс користувача. Отримані результати дозволили дослідити швидкість роботи Google Chrome i Headless Chrome та встановити їх переваги та недоліки. Зокрема, недоліки Headless браузера полягають у відсутності можливості використання певних функцій, які реалізовані в браузерах з графічним інтерфейсом, наприклад, випадаючі меню, що може призвести до збоїв у тестах. До недоліків Real Browser можна віднести високе споживання ресурсів, залежність від середовища, нестабільність та складність налаштувань.

Отже, вибір конкретної техніки тестування повинен залежати від конкретних вимог проекту, і для отримання оптимальних результатів може бути використана комбінація тестування Headless та Real Browser.