Манжула В. І. Методи та програмні засоби ідентифікації інтервальних моделей статичних систем з нелінійними характеристиками

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора наук

Державний реєстраційний номер

0524U000386

Облікова картка дисертації

0524U000386.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 01.05.02 - Математичне моделювання та обчислювальні методи

19-12-2024

Спеціалізована вчена рада

Д 58.082.02

Західноукраїнський національний університет

Анотація

У дисертаційній роботі вирішується науково-прикладна проблема зниження обчислювальної складності процедур реалізації методів ідентифікації математичних моделей із заданою точністю статичних систем з нелінійними характеристиками в умовах інтервальної невизначеності. Проблема вирішується у спосіб розробки та реалізації комплексного наукового підходу на основі поєднання онтологічного опису предметної області ідентифікації цих моделей, методів аналізу інтервальних даних та гібридних методів глобальної і локальної оптимізації. Для вирішення поставлених завдань в дисертаційній роботі застосовуються методи теорії систем, теорії ідентифікації, математичного моделювання, інтервальної математики, теорії ймовірностей, математичної статистики, теорії оптимізації та реляційної алгебри. Запропоновано та обґрунтовано комплексний підхід до ідентифікації інтервальних моделей статичних систем з нелінійними характеристиками, який ґрунтується на поєднанні онтологічного опису предметної області теоретичних засад ідентифікації цих моделей, методів аналізу інтервальних даних та гібридних методів глобальної і локальної оптимізації. Розроблено метод параметричної ідентифікації інтервальних моделей статичних систем з нелінійними характеристиками, який ґрунтується на розв’язувані оптимізаційної задачі з нелінійною цільовою функцією, яка мінімізує квадратичне відхилення між обчисленими значеннями модельованої характеристики статичної системи та значеннями, вибраними на числових інтервалах результатів експерименту, що уможливило гарантовану квадратичну збіжність методу на основі застосування квазі-Ньютонівських методів оптимізації, зокрема алгоритму Бройдена-Флетчера-Гольдфарба-Шанно. Удосконалено систему критеріїв обчислювальної процедури оптимізації в задачах параметричної ідентифікації інтервальних моделей статичних систем з нелінійними характеристиками. Розроблено метод структурної ідентифікації інтервальних моделей статичних систем з нелінійними характеристиками, який ґрунтується на аналізі градієнта цільової функції та часткової похідної по параметру моделі редукованого чи доданого структурного елемента, що уможливило напрямлений вибір структурних елементів і зниження кількості ітерацій обчислюваних процедур. Розроблено уніфікований метод ідентифікації інтервальних моделей статичних систем з нелінійними характеристиками, який ґрунтується на знання-орієнтованому підході вибору методів параметричної та структурної ідентифікації в залежності від характеристик задачі, що забезпечило зниження часової складності реалізації методу ідентифікації. Запропоновано та обґрунтовано архітектуру програмного забезпечення та комп’ютерне середовище для математичного моделювання статичних систем з нелінійними характеристиками на основі аналізу інтервальних даних, яке імплементує підсистему інтервального моделювання в сервісно-орієнтоване середовище із використанням платформи Google Cloud Run, моделі розподілених обчислень MapReduce, інтелектуалізованої консультативно-діагностичної підсистеми на основі штучного інтелекту та програмно-інтерпретованих засобів на всіх етапах математичного моделювання. Розроблено інтервальні моделі залежності pH середовища у ферментаторі біогазової установки від складу завантаженої у біореактор сировини та технологічних параметрів процесу виробництва біогазу на основі багатокомпонентного субстрату, що уможливило визначення допустимих варіацій значень pH середовища в залежності від співвідношення сухої та рідкої фракції сировини для забезпечення стабільності процесу бродіння у ферментаторі. Набули подальшого розвитку інтервальні моделі генерованої електроенергії малою гідроелектростанцією в залежності від характеристик її гідротехнічних споруд. Основні результати дисертаційної роботи впроваджено у ТОВ «Теофіпольська енергетична компанія» при виробництві біогазу для забезпечення стабільності бродіння в біореакторах, у Тернопільській міській комунальній лікарні №2 при інтраопераційній ідентифікації нервів гортані при проведенні операцій тиреоїдектомій, у комунальному підприємстві теплових мереж «Тернопільміськтеплокомуненерго» Тернопільської міської ради для підтримки рішень щодо декарбонізації об’єктів виробництва теплової енергії (котелень), які працюють на газоподібному паливі, у ТзОВ «Топольки» для оцінювання потенційних можливостей використання наявних гідроресурсів малою гідроелектростанцією.

Читати повністю

Публікації

Dyvak, N.P., Manzhula, V.I. The structural identification of interval models of static systems. Journal of Automation and Information Sciences, 2008 40(4). P. 49–61.

Manzhula V., Dyvak M., Zabchuk V. The Improved Method for Identifying Parameters of Interval Nonlinear Models of Static Systems. International Journal of Computing. 2024. 23 (1). P. 19-25.

Borysiak O., Skowron Ł., Brych V., Manzhula V., Dluhopolskyi O., Sak-Skowron M., Wołowiec T. Towards Climate Management of District Heating Enterprises’ Innovative Resources. Energies 2022, 15 (21), 7841.

Dyvak M., Spivak I., Melnyk A., Manzhula V., Dyvak T., Rot, A., Hernes, M. Modeling Based on the Analysis of Interval Data of Atmospheric Air Pollution Processes with Nitrogen Dioxide due to the Spread of Vehicle Exhaust Gases. Sustainability (Switzerland). 2023. 15 (3). P. 2163.

Mykytyuk P., Brych V., Manzhula V., Borysiak O., Sachenko A, Banasik A., Kempa W.M., Mykytyuk Yu., Czupryna-Nowak A., Lebid I. Efficient Management of Material Resources in Low-Carbon Construction. Energies. 2024. 17(3). C. 575.

Dyvak M., Manzhula V., Melnyk A., Rusyn B., Spivak I. Modeling the Efficiency of Biogas Plants by Using an Interval Data Analysis Method. Energies. 2024. 17 (14). P. 3537.

Дивак М.П., Манжула В.І. Франко Ю.П. Інтервальна модель для прогнозування потужності малої гідро-електростанції «Топольки». Енергетика та електрифікація. 2008. № 11(303). С. 21-29.

Дивак М., Манжула В., Войтюк І. Структурна ідентифікація інтервальних різницевих операторів. Вісник Тернопільського національного технічного університету. 2010. Том 15, № 4. C. 154-160.

Дивак М.П., Манжула В.І., Падлецька Н.І. Методи, засоби та інтервальна модель для задачі візуалізації поворотного гортанного нерва в процесі хірургічної операції на щитовидній залозі. Оптико-електроннi iнформацiйно-енергетичнi технологiї. 2011. Том 22. Вип. 2. C. 102-109.

Дивак М.П., Пукас А.В., Дивак Т.М., Манжула В.І. Макромодель розподілу вологості в листі гіпсокартону в процесі його сушіння на основі інтервального оператора різниці. Керуючі системи та машини. 2013. № 2. С. 72-78.

Дивак М.П., Крепич С.Я., Дивак Т.М., Манжула В.І. Моделювання та забезпечення функціональної придатності технологічного обладнання лінії по виготовленню гіпсокартону в умовах змінних характеристик сировини. Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. 2015. №3(52). С. 186-192.

Дивак М.П., Манжула В.І., Мельник А.М., Пукас А.В. Метод структурної ідентифікації нелінійних інтервальних моделей статичних об’єктів. Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія. 2022. Том 54, № 2, C. 103-114.

Мельник А.М., Дивак М.П., Манжула В.І. Моделювання динаміки концентрацій шкідливих викидів автотранспорту на основі поєднання методів інтервального аналізу та онтологічного підходу. Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. 2022 №. 2. С. 14-23.

Дивак М.П., Манжула В.І., Мельник А.М., Тимчишин В.С. Система моніторингу забруднення повітря автотранспортом на базі автономного аеромобільного вимірювального комплексу. Оптико-електроннi iнформацiйно-енергетичнi технологiї. 2022. 42, вип. 2. C. 73-83.

Манжула В.І., Дивак М.П. Інтервальна нелінійна модель розподілу амплітуди інформаційного сигналу в задачі виявлення та локалізації поворотного гортанного нерва в процесі хірургічних операцій. Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. 2022. № 43, вип.1. С. 65-75

Dyvak M., Manzhula V., Dyvak T. Identification of Parameters of Interval Nonlinear Models of Static Systems using Multidimensional Optimization. Computational Problems оf Electrical Engineering. 2022. Vol. 12, No. 2. P. 5-13.

Манжула В.І., Забчук В.В. Архітектура програмного забезпечення для моделювання процесів у біогазових установках. Наукові Праці ВНТУ. 2024. вип. 1. С. 1-10.

Дивак М., Манжула В., Мельник А., Юшко А. Архітектура програмного забезпечення для математичного моделювання на основі аналізу інтервальних даних з використанням хмарних технологій. Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. 2024. Вип.1. C. 125-139.

Манжула В.І., Дивак М.П., Мельник А.М. Метод структурної ідентифікації нелінійних моделей статичних систем на основі інтервальних даних. Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія. 2024. Вип.59, №1. С. 94-104.

Манжула В., Дивак М. Моделювання статичних систем з нелінійними характеристиками із застосуванням онтологічного підходу. Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. 2024. №2. C. 306-324.

Дивак М.П., Мельник А.М., Манжула В.І., Співак І.Я., Порплиця Н.П. Знання-орієнтовані системи для ідентифікації інтервальних математичних моделей складних динамічних та статичних об'єктів: монографія. Тернопіль: ВПЦ “Університетська думка”. 2024. 294 с.

Читати повністю

Файли

Dissertation_Manzhula1-1-88.pdf

Dissertation_Manzhula1-151-210.pdf

Dissertation_Manzhula1-211-260.pdf

Dissertation_Manzhula1-261-330.pdf

Dissertation_Manzhula1-331-350.pdf

Dissertation_Manzhula1-89-150.pdf

autoreferat-Referat_Manzhula1.pdf

Схожі дисертації

0524U000315

Коряшкіна Лариса Сергіївна

Математичні моделі та методи зонування і розміщення об’єктів в системах екстреної логістики

0423U100159

Сеник Юлія Андріївна

Моделювання та дослідження розмірних ефектів у електропровідних тілах

0523U100127

Кашпур Олена Федорівна

Iнтерполяцiя операторiв в гiльбертових та евклiдових просторах

0423U100110

Кураш Сергій Юрійович

Математичне моделювання реакції будівель та споруд на вибухові впливи

0523U100103

Шевченко Сергій Станіславович

Математичні моделі процесів в системах герметизації відцентрових машин