Разрабатываются математические модели интертеории знаковых систем в терминах векторного расслоения признаковых пространств методами дифференциальной геометрии в составе общей теории комплексов, используя системно-семиотические представления лингвистических знаний. Исследовано проявление метатеоретических (МТ) законов от уравнений формирования отдельных знаков к анализу и синтезу научных текстов и системных теорий. Предложенное универсальное уравнение позволяет сравнивать различные объекты и явления и использовать его в качестве аппарата для количественного и качественного анализа. Интертеория семиотики изучает свойства линейного порядка в форме чистого знания о законах, абстрагированных от контекста. В аксиомах семиотики постулируется существование разных форм знаковых систем расслоения с линейно-упорядоченной структурой: признакового пространства расслоения, базы расслоения, расслоенного векторного пространства и комплекса связности слоев-знаков. Используя процедуры векторизации и их обобщения, производятся знаковые системы разной сложности, проводится аналогия структуры текста с картографическими и техническими схемами. Знаковые изменения происходят средствами геометрических преобразований в различных системах координат с сохранением узнаваемости. Свойства простых знаков распространяются на свойства знаковых систем и МТ-модели географической и технической реальности. Триадическая форма организации МТзнаний позволяет считать означаемый объект обобщенной суммой предмета (концепта) исследования и означающих знаков, что логически связывается с моделью трансцедентальной аргументации. Структуры порядка моделируются единичным отрезком [0,1], что позволяет перенести известные свойства действительных и гипердействительных чисел на сложные знаковые системы (комплексы) семиотики, лингвистики и других наук о сложных явлениях и представить научные тексты естественного языка в терминах формального метаязыка преобразований и отношений алгебраических систем. В итоге знаками (схемами) является все то, что воспроизводит и сохраняет линейный порядок, т.е. ограничено, индексировано, фрактально-иерархически организовано, гомотопически подобно и т.д.

Статья посвящена разработке и применению математических моделей для исследования влияния преднамеренной расстройки на долговечность рабочих колес энергетических турбомашин методом конечных элементов (МКЭ). Выполнено численное исследование введения преднамеренной расстройки и оптимизации ресурсных характеристик энергетических турбомашин, на основе созданных или развитых математических моделей динамической нагрузки лопаток турбомашин и оценки ресурсных характеристик. Использование полученных математических моделей и численного МКЭ в данной работе позволяет повысить эффективность и надежность новых конструкций на стадии проектирования и доводки роторных деталей рабочих колес турбомашин. Подтверждено, что на основе созданных математических моделей и комплекса программ, возможно получить необходимую точность расчетов и провести вычислительные эксперименты для оценки влияния преднамеренной расстройки параметров в идеальных циклических симметричных системах и системах с расстройкой. Для исследования влияния преднамеренной расстройки рабочих колес турбомашин применены программный комплекс ANSYS WORKBENCH и оригинальные авторские программы. Объектом исследования является академическое рабочее колесо с 10-ю лопатками, изготовленное в Бранденбургском техническом университете

В работе исследуется влияние различных параметров математической модели диффузии на результаты расчетов конвективной диффузии дисперсной примеси в жидкости. Необходимость исследования и моделирования диффузионных процессов дисперсных примесей связана с экологическими проблемами углубления русла рек. Природные условия на рыбохозяйственных водоемах подвергаются отрицательному воздействию в результате проводимых гидротехнических работ. В данной работе представлены результаты теоретического исследования диффузии твердой примеси, оценивается влияние как различных подходов в моделировании, так и параметров дисперсных сред. Уравнения математической модели выведены из уравнения конвективной диффузии в двухмерном нестационарном виде. Водоток предполагается прямолинейным, постоянной глубины, с постоянной средней продольной скоростью, при
этом поперечная и вертикальная осредненные скорости водотока считают равными нулю. Ось Ox направлена вдоль берега в сторону течения, ось Oz – вертикально вверх, ось Oy – поперек потока. Предполагается, что точечный источник сохраняет свою интенсивность достаточно долго, чтобы можно было решать задачу в стационарном приближении. После применения упрощений получена плоская математическая модель стационарной диффузии. Методом разделения переменных, в виде ряда Фурье, получено решение для совокупности уравнений математической модели диффузии нескольких фракций частиц. Решение реализовано в виде компьютерной программы. С ee использованием определено влияние различных параметров модели (скорости осаждения частиц, учета седиментации частиц, линейного размера частиц дисперсной примеси) на результаты расчетов диффузии дисперсной примеси в продольном и поперечном направлениях.

В работе приведены результаты применения моделей роста с насыщением для решения прогностических задач и оптимизации производства аграрной продукции на основе моделей
параметрического программирования. Решались задачи построения асимптотических и логистических моделей для среднесрочного прогнозирования показателей аграрного производства; сравнения результатов моделирования по асимптотическим и логистическим моделям; построения и применения моделей параметрического программирования с использованием моделей роста с насыщением для оптимизации производства аграрной продукции. При этом использованы методы математического моделирования, прогнозирования, теории вероятностей и математической статистики и параметрического программирования. В результате предложены многоуровневые асимптотические и логистические модели для прогнозирования производственно-экономических показателей сельскохозяйственного производства на примере урожайности зерновых культур. Верхний уровень (тренд пиков) характеризует благоприятные условия деятельности сельскохозяйственного товаропроизводителя, а нижний (тренд ложбин) описывает неблагоприятные ситуации получения продукции. Показано, что модели роста с насыщением имеют преимущество относительно линейных и нелинейных трендовых моделей, не ограниченных верхней оценкой, по точности и значимости. Кроме того, такие модели в меньшей степени ограничены заблаговременностью, зависимой от количества данных. При сравнении асимптотической и логистической моделей выделены их преимущества и недостатки. Разработанные математические модели реализованы на реальных объектах. Предложена многоуровневая модель параметрического программирования с использованием логистической функции для оптимизации производства аграрной продукции. Приведены прогнозы урожайности сельскохозяйственных культур и оптимальные планы производства продукции до 2024 года для разных ситуаций – благоприятная, усредненная и неблагоприятная. Предложенный алгоритм получения оптимальных решений направлен на улучшение управления производством аграрной продукции.

В статье рассматривается разработанный авторами пакет программ (ПП) MEOPT для численного исследования невыпуклых задач параметрической идентификации динамических моделей. В
состав программного обеспечения входят библиотеки алгоритмов оптимизации и тестовых задач, инструментальные и сервисные модули, метакомпоненты. Реализованные библиотеки оптимизационных алгоритмов включают методы многомерной и одномерной невыпуклой оптимизации. Программное обеспечение создано на языке Си с применением компилятора GCC, поддерживает работу в операционных системах Windows, Linux и MacOS. На сегодняшний день завершены прототипы основных модулей ПП. Выполнено техническое тестирование первой версии программного обеспечения.

При проектировании и эксплуатации систем тягового электроснабжения (СТЭ) особое внимание уделяется вопросам безопасности функционирования объектов транспортной электроэнергетики. Одним из определяющих факторов таких воздействий является возможность появления наведенных напряжений на протяженных металлических конструкциях, расположенных вдоль трассы железной дороги. В современных условиях, характеризующихся масштабным использованием средств цифровизации, выбор таких мероприятий должен осуществляться на основе компьютерного моделирования, поэтому необходима разработка алгоритмов определения наведенных напряжений, которые создаются тяговыми сетями. Для этого могут применяться цифровые модели, в основу которых положены методы определения режимов СТЭ, реализованные в программном комплексе Fazonord. В статье описаны ком-
пьютерные модели, позволяющие определять наведенные напряжения на трубопроводе, оборудованном изолирующими фланцами, которые применяются в целях электрохимической защиты сооружения. Практическое использование этих моделей позволит обоснованно выбирать мероприятия по снижению негативных воздействий наведенных напряжений на персонал, осуществляющий обслуживающий сооружения.

Широкое применение в электроэнергетических системах установок распределенной генерации (РГ) требует решения сложной задачи настройки их регуляторов. В статье предлагается использовать прогностические алгоритмы управления, позволяющие существенно упростить ее решение. На основе линейного прогнозирующего звена рассматриваются различные структуры и модели прогностических регуляторов напряжения и частоты, как для отдельных агрегатов станции, так и для группового регулирования.
Реализация прогностических алгоритмов в регуляторах установок РГ возможна на базе микропроцессорных систем. В связи с этим, требуется изучить влияние несанкционированного изменения постоянной времени прогнозирующего звена в результате кибератаки на работу систем управления синхронных генераторов. Цель представленного исследования состояла в определении работы линейных прогностических алгоритмов в групповых регуляторах напряжения и частоты при изменении времени прогноза. Моделирование выполнялось в системе MATLAB, результаты которого показали, что при внезапном изменении времени прогноза у групповых регуляторов напряжения и частоты генераторов малой гидроэлектростанции ухудшаются показатели качества управления с возможной потерей устойчивости. Показано, что для предотвращения таких ситуаций необходимо использовать аппаратное ограничение времени прогноза, обеспечивающего недопустимость работы с отрицательными значениями постоянных времени прогнозирующих звеньев. Кроме того, ограничение постоянных времени прогноза до значения n, определяющего количество генераторов в группе, дает лучшие результаты по качеству управления в переходном процессе.

В данной работе представлена универсальная методика расчета срока службы аккумуляторных батарей в автономных фотоэлектрических системах. Описывается метод категоризации аккумуляторных батарей и его важность при формировании потенциально-возможных вариантов компоновки системы аккумулирования. Режимы работы аккумуляторных батарей рассчитываются с помощью хронологического метода, который позволяет определить основные показатели для каждого часа рассматриваемого периода. Кроме того, вводятся понятия частичного цикла и локально-минимального состояния заряда аккумуляторной батареи. Эти показатели необходимы для правильной оценки количества циклов батареи до ее замены. После определения предельного количества циклов до замены и среднегодового количества циклов заряд/разряд можно определить срок службы аккумуляторной батареи. Данная методика была использована в 2015 году при проектировании фотоэлектрической системы «Верхняя Амга» (Республике Якутия). Результаты показали, что лучше всего использовать свинцово-карбоновые аккумуляторные батареи суммарной емкостью 144 кВт·ч. Полученная емкость позволяет использовать аккумуляторные батареи в тяжелых цикличных режимах работы фотоэлектрической системы. Представленная методика является универсальной и может использоваться в различных задачах системного характера в области энергетики.

Рассматривается проблема распространения существующих методов индикативного анализа текущего состояния энергетической безопасности (ЭБ) на комплексную оценку вариантов развития систем энергетики. Актуальность этой проблемы обусловлена ростом неопределенности будущего, в том числе из-за начинающегося перехода к низкоуглеродной стратегии. Предложен состав индикаторов, меняющийся в зависимости от рассматриваемой перспективы и учитывающий экономический и экологический аспекты ЭБ. Описан подход к оценке значимости отдельных индикаторов при формировании комплексных обобщающих показателей состояния ЭБ. Представлены результаты оптимизационных расчетов по оценке изменения этих показателей для двух вариантов электроснабжения Европейской части страны и Урала. Эти варианты отличаются стоимостью топлива для электростанций (во втором варианте газ на 25%, а уголь на 5% дороже, чем в первом). Удорожание топлива сказывается на структуре ввода мощностей в разных регионах, увеличивая долю безуглеродных станций и уменьшая
эмиссию СО2. Но при этом увеличивается стоимость генерации электроэнергии и риски для потенциальных инвесторов. Комплексный показатель ЭБ учитывает это разнонаправленное влияние. Его рост говорит о предпочтительности первого варианта с позиции ЭБ. Сделан вывод о возможности и целесообразности использования такого рода показателей в качестве дополнительного критерия эффективности при сравнении вариантов развития ТЭК и региональной системы энергоснабжения. С увеличением горизонта прогнозирования состав используемых индикаторов должен уменьшаться, а значимость экономического и экологического аспектов ЭБ будет расти.

Устойчивый тренд последних десятилетий – поиск и внедрение эффективных, рациональных и возобновляемых источников тепловой энергии для снижения загрязнения окружающей
среды. Пеллеты из биомассы (отходов древесины и сельского хозяйства) можно использовать в качестве биотоплива, что является эффективным методом получения биотоплива с такими же характеристиками, как древесина. В статье приведены результаты экспериментов по получению пеллет с включением отходов животноводства и предложена математическая модель процесса горения биотоплива, подтверждающие, что добавление в определенных пропорциях к биомассе сырья отходов животноводства – экологичная, ресурсосберегающая и эффективная альтернатива производства традиционного топлива.

Ханты-Мансийский автономный округ-Югра обладает большой площадью лесных территорий (более 90% от всей площади округа). А лесная растительность естественным образом рано или поздно отмирает, вследствие чего из органического вещества происходит выделение углекислого газа в атмосферу и усиление глобального потепления.
Для недопущения повышения глобальной температуры необходимо вести учет запасов углерода. Помимо выбросов от сжигания топлива, диоксид углерода (CO2), который является парниковым газом, образуется при разложении мертвой растительности, поскольку растения накапливают и хранят в себе углерод. При этом Ханты-Мансийский автономный округ-Югра (ХМАО-Югра) обладает большой площадью лесов: по состоянию на 2020 год она составляет 503990 км2 при общей площади территории округа в 534,8 тыс. км2 [1, c. 608-610], что составляет 94,2% площади всего округа. Поэтому для учета запаса углерода в рамках округа необходимо оценить данный запас в виде количества растительной (лесной) биомассы.
Один из способов оценки растительной биомассы – создание углеродных карт с применением методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Применение полученных с помощью методов ДЗЗ спутниковых снимков и методов их обработки позволит получить карту округа с полным охватом всей территории, а применение моделей машинного обучения позволит разработать модель, с помощью которой будет возможно получать углеродную карту округа с заданной точностью.
В данной работе приведен обзор решений зарубежных ученых за последние 5 лет в области ДЗЗ, направленных на создание углеродных карт. На основании данного обзора предложена программа исследований, которая позволит разработать подход, позволяющий получать цифровую углеродную карту ХМАО с необходимой точностью.

В работе рассматривается необходимость интеграции исследований энергетических и социо-экологических систем, обусловленная их взаимным влиянием. Для поддержки междисциплинарных исследований в этих областях, предполагающих интеграцию энергетической, экологической и социальной систем, предлагается использование онтологического подхода к выявлению, описанию и структурированию взаимосвязей между этими сложными системами. Рассмотрены взаимосвязи, отражающие как отрицательное, так и положительное влияние функционирования объектов энергетики на соответствующую социо-экологическую систему. Предложены индикаторы устойчивого развития социо-экологических систем. Для сопоставления положительного и отрицательного влияния функционирования объектов энергетики на население рассматриваются индикаторы качества жизни, как способ оценки этого влияния. Представлены онтологии, структурирующие базовые понятия предметной области исследований антропогенного влияния объектов энергетики, качества жизни и отражающие их интеграцию.

В работе на основе онтологического моделирования отражаются основные особенности такой предметной области, как летательные аппараты на динамической воздушной подушке. Показана связь онтологий с различными задачами предметной области, включая задачи оптимизации формы крыла конечного размаха, движущегося на сверхмалых отстояниях от опорной поверхности. Выделены особенности постановок задач оптимального проектирования низколетящих крыльев. Отмечено, что соответствующие онтологии можно развивать и они могут использоваться для классификации и систематизации различных задач, позволяя явно сформулировать идеи и концепции, лежащие в основе получаемых решений.

В статье разработаны математические модели трехколесного мобильного робота на основе аппарата переменных состояния и в операторном виде, на основе которых осуществляется синтез его адаптивной системы управления по методике построения модальных ПИД-регуляторов и по методу об-ратных задач динамики. Математическая модель позволяет без аппаратной реализации мобильного робо-та проанализировать работу создаваемой системы управления и при необходимости внести необходимые коррекции. Математическая модель мобильного робота состоит из кинематической и динамической мо-делей. Кинематическая модель является простейшим описанием поведения мобильного робота и допус-кает исследование его свойств. Динамическая модель является более подробным описанием мобильного робота и учитывает силомоментные воздействия, произведѐнные исполнительными механизмами. Для того чтобы математически описать мобильный робот, введен ряд условий, сформулированных в виде следующих допущений: 1) мобильный робот рассматривается при условии, что его механизм является жѐстко связанным; 2) колѐса являются недеформируемыми и находятся в точечном контакте с поверхно-стью; 3) движение робота осуществляется без проскальзывания; 4) платформа рассматривается как твѐр-дое тело, на котором закреплена колѐсная система. В работе приведены следующие результаты исследо-вания: разработаны математические модели мобильного робота в пространстве состояний и в оператор-ной форме; синтезирован алгоритм управления движением робота на основе метода обратных задач ди-намики; разработана Simulink-модель управляемого мобильного робота на основе методики модального ПИД- регулирования. Устойчивость системы управления обеспечивается за счет введения внешней от-рицательной обратной связи по угловой скорости движения платформы робота. Результаты моделирова-ния показывают, что по сравнению с точной непрерывной математической моделью управления робота погрешности по координатам, угловым и линейным скоростям и моментам составляют 5-7 %, что позво-ляет сделать вывод о соответствии разработанной цифровой модели робота, ее точному непрерывному аналогу.

В статье представлена клиент-серверная библиотека для взаимодействия коллаборативного робота Kuka LBR iiwa (на операционной системе KUKA Sunrise.OS) с удаленным персональным компь-ютером (ПК). Интуитивно понятная высокоуровневая библиотека, реализована в программном пакете Matlab. Включает в себя сервер для контроллера Kuka iiwa, а также клиента на базе среды MathWorks Matlab. Набор инструментов библиотеки включает более 30 функций, охватывающих такие операции как, расчет прямой и обратной кинематики, управление роботом в декартовом пространстве и при помо-щи наборов изгибов осей, планирование траекторий, графическое отображение и обратная связь. Разра-ботанное программное обеспечение (ПО) работает на удаленном компьютере, подключенном к контрол-леру робота через протокол TCP/IP. В статье приведены разработанные методы и возможные примеры управления роботом из библиотеки.