Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления

Выполнен анализ существующих структур построения систем электродвижения судов большой мощности, представлены их достоинства и недостатки. Произведен сравнительный анализ различных типов гребных электродвигателей. На основе анализа предложено использовать в качестве гребного электродвигателя реактивный электродвигатель с анизотропной магнитной проводимостью ротора, отличающийся высокими энергетическими и лучшими эксплуатационными характеристиками по сравнению с другими известными типами электрических машин. Произведен сравнительный анализ различных типов электрических преобразователей используемых в регулируемом электроприводе, рассмотрены достоинства и недостатки. Предложена бестрансформаторная структура электродвижительной установки судна большой мощности с каскадным преобразователем частоты. Рассмотрены различные варианты схем построения бестрансформаторных гребных электроприводов с каскадным преобразователем частоты. Приведены достоинства использования систем электродвижения судов с каскадным преобразователем частоты и реактивным электродвигателем с анизотропной магнитной проводимостью ротора. Предложенная структура универсальна, обладает высокой надежностью и гибкостью построения, а также позволяет реализовать электродвижительную установку практически неограниченной мощности. На основе предложенной структуры электродвижительного комплекса судна выполнено проектирование альтернативного варианта построения электродвижительного комплекса ледокола проекта 22220. Представлены сравнительные диаграммы удельных показателей массы и объема, занимаемого электродвижительным комплексом, проекта 22220 изготовленного варианта и альтернативного бестрансформаторного варианта структуры электродвижительной установки с каскадным преобразователем частоты и реактивной электрической машиной с анизотропной магнитной проводимостью ротора. Приведенные количественные оценки показывают, что использование бестрансформаторного варианта структуры электродвижительной установки с каскадным преобразователем частоты и реактивной электрической машиной с анизотропной магнитной проводимостью ротора позволят значительно уменьшить массу и объем, занимаемый электродвижительным комплексом. Кроме того, предложенный вариант электродвижительного комплекса судна позволит значительно улучшить эксплуатационные характеристики по сравнению с известными структурами построения движительного комплекса.

В работе дано понятие биматричной игры, приведены определение ситуации равновесия, а также условие нахождения смешанных стратегий, составляющих ситуацию равновесия. Приведен алгоритм Лемке для решения биматричных игр с заданными платежными матрицами. Особенностью данного алгоритма является замена переменной, выводимой из базиса на соответствующее ей дополнение. Рассмотрена актуальная задача получения максимальной прибыли двумя конкурирующими магазинами при реализации кондитерских товаров, заказанных у одного поставщика. Показана сравнительная характеристика магазинов по нескольким критериям. Целью работы является нахождение оптимального количества ассортимента кондитерских изделий двух магазинов для получения ими максимальной средней прибыли. На основе мнения экспертов о приоритетах магазинов и их ассортимента, а также исходных данных по закупочным ценам товаров и величине наценки на них составлены платежные матрицы прибылей магазинов. Мнение экспертов послужило основным условием для формирования биматричной игры с заданными матрицами, при решении которой были найдены оптимальные смешанные стратегии реализации товаров на основе алгоритма Лемке. Размерность исходных матриц была изменена с помощью вычеркивания строк и столбцов, соответствующих доминируемым стратегиям игроков. Полученные в результате сокращения матрицы выигрышей игроков приводятся к эквивалентному виду, необходимому для составления начальной симплекс-таблицы алгоритма Лемке. Далее по правилам симплекс-метода осуществляется пересчет таблиц до нахождения оптимального решения по алгоритму Лемке. Результаты работы имеют реальное практическое значение, могут быть использованы для поиска оптимального решения для двух конкурирующих сторон в конфликтных ситуациях.

Одним из наиболее перспективных способов изготовления бесшовных труб являются так называемые пилигримовые станы. Это объясняется тем, что переход на разные диаметры труб можно осуществить в минимальные сроки. На данный момент концепция этого способа производства морально не устарела, но существующие станы, построенные несколько десятилетий назад, физически изношены и требуют замены. Данная статья посвящена этой актуальной проблеме. Заказчиком работы является Челябинский трубопрокатный завод, на котором пилигримовый стан работает с 1928 г. По требованию руководства предприятия необходимо заменить существующий коллекторный двигатель на современный высоконадежный привод, при этом повысить энергетические показатели. Требуется рассмотреть варианты разделения существующего привода, работающего одновременно на два цеха, на два раздельных привода, обслуживающего каждый цех. В статье проведен анализ различных вариантов электроприводов на базе асинхронных и синхронных двигателей. Для всех вариантов была использована программа точного расчета электрических машин на основе метода конечных элементов ANSYS Electronics Desktop. Проведен сравнительный анализ выбранных вариантов. В качестве показателей наилучшего варианта были выбраны минимальный расход активных материалов и энергетические показатели. Для замены существующего морально и физически устаревшего коллекторного электродвигателя постоянного тока предложен привод на базе вентильного электродвигателя с когтеобразными полюсами с постоянными магнитами, который имеет более высокую надежность за счет бесконтактного токоподвода, минимальный расход меди, лучшие энергетические показатели за счет исключения потерь на возбуждение.

В нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности в настоящее время активно внедряются системы усовершенствованного управления технологическими процессами. Данные системы обеспечивает оптимальное ведение технологического процесса в соответствии с выбранными критериями, а также позволяют формализовать и использовать экспертные знания операторов, снизив влияние человеческого фактора. Внедрение подобных систем управления особенно актуально для технологических процессов, на выходе из которых получают товарные продукты, ввиду прямой зависимости между показателями качества выпускаемой товарной продукции и экономическими показателями работы всего предприятия. В статье представлены результаты проектирования системы усовершенствованного управления для установки каталитического риформинга на предприятии ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», занимающей конечное положение в производства ароматических углеводородов. На основании особенностей технологического процесса и задач по управлению и оптимизации в состав системы усовершенствованного управления включены три контроллера для каждого из производственных блоков соответственно. Для демонстрации работы многопараметрического контроллера рассмотрена оптимизационная задача максимизации целевой функции прибыли, решаемая контроллером блока экстрактивной дистилляции и вторичной ректификации. Решение оптимизационной задачи осуществляется на основе технологических переменных и расчетов показателей качества продуктов, прогнозируемых виртуальными анализаторами. Для данного производства построены математические модели 39 виртуальных анализаторов в виде многопараметрических регрессионных уравнений. Для каждой модели проведена её структурная и параметрическая идентификация. На основании рассчитываемых виртуальным анализатором значений показателя качества и соответствующих реальных значений произведена проверка построенных моделей. Рассмотрен пример построения виртуального анализатора содержания основного вещества в толуоле.

Активное развитие теории оптимального управления распределёнными системами во второй половине прошлого столетия было вызвано высокой востребованностью в задачах технической направленности, однако достаточно быстро эта теория показала инвариантность и к другим областям применения. Сегодня все более актуальными представляются прикладные исследования, ориентированные на повышение эффективности управления сложными социально-экономическими процессами, на основе использования и развития методов теории оптимального управления системами с распределенными параметрами. Объектом исследования является распределенная система, описываемая начально-краевой задачей для дифференциального уравнения в частных производных параболического типа и моделирующая распределение народонаселения некоторого региона по объему денежных накоплений. Для исследуемой системы ставится задача оптимального управления типа «распределенное управление - финальное наблюдение». Это означает, что требуется приблизить состояния системы в фиксированный момент времени к некоторому заранее определенному виду за счет управления слагаемыми в уравнении состояния (т.е. притоком в систему новых членов или оттоком из нее). Приводится вывод оптимизационной системы в сильной форме и закона оптимального управления, полученный в терминах модели. Применяются методы теории дифференциальных уравнений в частных производных, теории оптимального управления распределенными системами, математического и компьютерного моделирования. Приводится пример численного расчета модели по данным Пермского края. Для проведения численных реализаций используется пакет Comsol Multiphysics. Предлагаемая авторами методология проведения подобных расчетов, учитывающих взаимозависимость миграционных процессов в регионе и финансового состояния населения в нем, может найти применение в разработке эффективных мер управления миграционными процессами, что является важной задачей как государственной, так и региональной политики.

Под автоматическим распознаванием речи понимается использование различных как аппаратных, так и программных средств для идентификации и обработки человеческой речи. Сегментация речи - это процесс разбиения речевого сигнала на небольшие сегменты. Этот процесс является важной частью систем автоматической обработки речи. Сегментация речи используется не только в системах автоматического распознавания речи, но также в системах работы с лингвистическими корпусами, системах идентификации говорящего и других системах. Ручная сегментация речи - это крайне неэффективный процесс, таким образом, разработка автоматических методов сегментации речевого сигнала является важной задачей. Базовыми единицами сегментации могут быть слова, фонемы и слоги. Слово - наиболее естественная и интуитивно понятная единица сегментации речевого сигнала. В данной работе предложены три новых метода сегментации речевого сигнала на слова. Они основаны на использовании различных методов кластеризации, таких как метод k-средних и метод нечетких c-средних, а также метода Оцу для анализа спектрограммы речевого сигнала. В работе также описан подход к выявлению точных границ слов. Разработанные методы были реализованы для тестирования в среде MatLab. Средняя точность сегментации подхода, основанного на использовании метода k-средних, составила 90,6 %, подхода, основанного на использовании метода нечетких c-средних, - 91 %, подхода, основанного на использовании метода Оцу, - 91,8 %. Полученные результаты были сравнены с другими методами сегментации речевого сигнала. Наиболее перспективным является дальнейшее развитие подхода, основанного на использовании метода Оцу.

Рассматриваются проблема наличия высоковязкой нефти в нефтяных скважинах и способ ее решения при помощи нагрева призабойной зоны скважины с использованием призабойного нагревателя. Рассмотрена двумерная математическая модель процесса тепломассопереноса в нефтяной скважине при помощи призабойного нагревателя для скважин с высоковязкой нефтью. Принято продольное сечение скважины глубиной 105 м, окружённой грунтом. Для исследования распределений вязкости, скоростей и температур исследованы три варианта модели с призабойным нагревателем, который находится на глубине 80 и 60 м и имеет различные размеры: 20 и 40 м. Численная реализация разработанной математической модели осуществлялась методом конечных элементов в среде ANSYS. Для построения геометрии и разбиения на сетку конечных элементов использовались препроцессор ICEM CFD и квадратичные элементы. Поставленная задача решалась численным методом конечных элементов в среде инженерных расчетов Fluent. В результате исследования получены поля скоростей, температур и вязкости во всем объеме скважины. Построены зависимости температуры нефти от мощности нагревателя, его размеров и глубины. Определена зависимость температуры на входе в электрический центробежный насос от дебита жидкости и распределения вязкости нефти по глубине до призабойного нагревателя. В результате данных исследований был выбран более рациональный вариант способа добычи высоковязкой нефти при использовании призабойного нагревателя в нефтяной скважине. Применение данного варианта поможет снизить нагрузку электрических центробежных насосов и увеличить их коэффициент полезного действия.