Крячок Олександр Степанович. Математичні моделі та елементи інформаційної технології для магнітометричних систем вимірювання малих переміщень.: Дис канд наук: 05. 13. 06 2006
| Вид материала | Документы |
- Чоха Ю. М. Методи, моделі та інформаційна технологія прийняття рішень щодо діагностування, 127.56kb.
- Процюк Олександр Віталійович. Розвиток рухової навички з урахуванням психічної інтенсивності, 146.64kb.
- Годованюк Петро Дмитрович, 130.6kb.
- Назва модуля: Економіко-математичні методи І моделі в менеджменті Код модуля: мо 6019, 56.99kb.
- Палій Олександр Андрійович, 190.15kb.
- Ні підходи до прогнозування соціально-економічних показників, побудовано моделі прогнозу, 82.87kb.
- Огородник Костянтин Володимирович, 147.97kb.
- Національний педагогічий університет імені м. П. Драгоманова гамрецький іван Степанович, 731.33kb.
- Капля Олександр Миколайович. Органи внутрішніх справ України в умовах її інтеграції, 376.59kb.
- Це програмно-апаратний комплекс, призначений для організації, збереження, доповнення,, 162.32kb.
Крячок Олександр Степанович. Математичні моделі та елементи інформаційної технології для магнітометричних систем вимірювання малих переміщень.: Дис. канд. наук: 05.13.06 - 2006.
Анотація до роботи:
Актуальність теми. Дисертаційна робота присвячена розробці алгоритмів перетворення інформації, отриманої за допомогою чутливої частини датчика («гравіметра»), призначеного для реєстрації малих переміщень «пробного тіла». Створені моделі дозволяють, вимірюючи зміну величини однієї фізичної природи, а саме – градієнта магнітного поля в робочій зоні датчика, отримати інформацію про величину іншої фізичної природи – величину переміщення «пробного тіла».
По суті, вхідна інформація представлена у вигляді величин параметрів магнітного поля, залежних від координат чутливого елемента системи вимірювання. За відомими значеннями роздільної здатності магнітометра, градієнта магнітного поля та за величиною вихідного сигналу, визначається величина переміщення.
У зв’язку з цим актуальною є задача визначення параметрів датчика переміщень, а саме: геометричних розмірів, параметрів магнітної системи та зовнішнього середовища. Розроблені в дисертаційній роботі математичні моделі дозволяють вирішити цю задачу. В результаті з’являється можливість виконання оптимального проектування всього вимірювального комплексу і застосування отриманої інформації у задачах, пов’язаних з визначенням координат об’єкта.
Таким чином, для проектування вимірювальних приладів даного типу необхідно створити для них адекватну інформаційну модель. З цією метою вирішується задача розрахунку та аналізу електромагнітних процесів у системі підвісу чутливого елемента «гравіметра», головною частиною якого є магнітна система, призначена для створення та концентрації магнітного поля в заданому обмеженому об’ємі. Електромагнітним полем, створюваним магнітною системою, визначаються основні властивості та характеристики приладу. І саме розрахунок поля має вирішальне значення для проектування пристрою з певними характеристиками.
Ріст продуктивності обчислювальних машин породжує нові можливості для автоматизації обробки інформації при проектуванні нової техніки. При цьому істотно можуть бути скорочені терміни та підвищена якість розробки нових пристроїв за умови наявності алгоритмів та програмних пакетів для розрахунку полів в електромагнітних системах заданої геометрії. Створення таких програм у нашому випадку вимагає розробки математичних моделей електромагнітних процесів у неоднорідних середовищах з заданою формою поверхонь розділу середовищ.
Математичне забезпечення, реалізоване у вигляді підсистеми моделювання, дозволяє відмовитися від фізичного експерименту, а в ряді випадків отримати результат там, де експеримент взагалі неможливий.
Таким чином, актуальною є задача створення інформаційної моделі системі вимірювання малих переміщень, яка базується на розробці та дослідженні нових математичних моделей та алгоритмів просторового аналізу магнітних полів.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України в рамках основних наукових тем і проектів:
- тема № 6.03.01/013-92 «Розробка і створення інструментальних засобів для вирішення задач обробки, аналізу та відображення слабких магнітних полів різної фізичної природи на основі використання ПЕОМ і реєструючих датчиків на нових фізичних принципах». Виконувалась відповідно до Постанови Держкомітету України з питань науки і технологій (1992 – 1994 рр.), наказ № 39 від 05.03.1992;
- тема № В.Г.Е.225.04 «Розробити і створити на основі перспективних ПОК, що реалізують функції експертних систем для предметних областей (на прикладі задач електродинаміки), інструментальний комплекс для формування баз наукових знань». Виконувалась за Постановою Президії НАН України (1994 – 1995 рр.);
- тема № В.Ф.220.01 «Інтегровані технології і системи реєстрації, обробки та відображення сигналів». Виконувалась за Постановою Президії НАН України (1997 – 1999 рр.).
Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи – створення математичних моделей, аналітичних методів розв’язання прямої задачі магнітостатики, алгоритмів та програмного забезпечення стосовно задачі аналізу та формування просторової структури магнітного поля в робочій зоні датчика переміщень для розрахунку та оптимізації його характеристик.
У відповідності зі сформульованою метою у роботі розв’язуються такі задачі:
- побудова математичних моделей електромагнітних процесів в об’ємі, де розташована чутлива частина «гравіметра», для урахування впливу екрана на електромагнітні процеси в пристрої;
- розв’язання прямої задачі магнітостатики для робочої зони системи вимірювання на основі методу «вторинних джерел»;
- дослідження отриманих розв’язків та їх довизначення у можливих особливих точках;
- розробка алгоритмів та програмного забезпечення для моделювання електромагнітних процесів, яке дозволяє на етапі проектування «гравіметра» оцінювати його вихідні характеристики;
- проведення чисельних експериментів для оцінки та оптимізації характеристик розроблюваного «гравіметра».
Об’єкт дослідження – електромагнітні процеси в робочій зоні датчика малих переміщень.
Предмет дослідження – математичні моделі та інформаційні технології для систем оптимального проектування датчиків переміщень з системою реєстрації на основі надпровідних квантових інтерферометрів.
Методи дослідження. При розробці математичних моделей електромагнітних процесів у робочій зоні «гравіметра» застосовувалися теорія електромагнітного поля та методи чисельного аналізу. Розв’язання прямої задачі магнітостатики отримано аналітичним шляхом з використанням методу «вторинних джерел». Невелика кількість припущень при побудові математичних моделей істотно не змінює реальну фізичну картину досліджуваних явищ.
Наукова новизна одержаних результатів. У роботі вперше запропоновано й обґрунтовано математичні моделі електромагнітних процесів у робочій зоні пристрою, призначеного для вимірювання малих переміщень, в яких вплив контейнера-екрана замінено розподілом «вторинних» джерел, розташованих на межі розділу середовищ. Це дозволило виконати дослідження та оптимізацію характеристик пристрою і досягти більш високого рівня аналізу процесів у робочій зоні датчика переміщень, що є розв’язанням важливої науково-технічної задачі.
На основі запропонованих аналітичних методів отримані наукові результати, які складають зміст сформульованої задачі, а саме:
- уперше запропоновані нові математичні моделі, які адекватно відображають реальні електромагнітні процеси в області чутливої частини датчика переміщень;
- набув подальшого розвитку метод «вторинних джерел», на основі якого розроблені та досліджені нові аналітичні моделі розрахунку інтегральних характеристик «гравіметра», які на відміну від відомих, ураховують вплив надпровідного екрана на загальну картину електромагнітних процесів у робочій зоні приладу;
- уперше отримані оригінальні аналітичні співвідношення для електромагнітних процесів у системі підвісу чутливого елемента «гравіметра», що дозволило визначити основні параметри вихідного сигналу пристрою за заданими геометричними розмірами, характеристиками магнітів і параметрами магнітного екрана;
- на базі отриманих аналітичних співвідношень вирішено важливу науково-технічну задачу з розрахунку розподілу компонентів напруженості магнітного поля і градієнта потоку в робочій зоні датчика переміщень.
Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність дисертаційної роботи полягає у тому, що при виконанні роботи було:
- розроблено математичні моделі електромагнітних процесів для різних конструктивних рішень чутливої частини датчика малих переміщень;
- розроблено програмне забезпечення, яке реалізує запропоновані та досліджені алгоритми і дозволяє на етапі проектування «гравіметра» оцінювати шляхом моделювання його характеристики та оптимізувати конструкцію приладу;
- розроблені математичні моделі і алгоритми були використані при розробці зразків нової техніки;
- розроблене алгоритмічне та програмне забезпечення можна використовувати при внесенні модифікацій, які враховують специфіку конкретної задачі, для аналізу електромагнітних полів у пристроях, що мають іншу геометрію конструкції.
- Математичні моделі та алгоритми розв’язання задач просторового аналізу магнітних полів використовувалися при виконанні планових науково-дослідних робіт в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України.
Особистий внесок здобувача. Всі результати дисертаційної роботи автором отримані і опубліковані в [1 – 9] самостійно без співавторів.
Апробація результатів дисертації. Основні результати теоретичних досліджень, виконаних у дисертаційній роботі, доповідалися й обговорювалися на наукових семінарах в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України «Оптимальне керування фізичним експериментом», «Інтелектуальні технології при створенні нової техніки»; в Інституті проблем міцності НАН України «Вимірювання надслабких фізичних полів в механіці деформованого твердого тіла» та на науково-практичній конференції з міжнародною участю «Математичні моделі ключових технологій 21-го століття».
Публікації. Результати проведених досліджень, які викладені в дисертації, опубліковано в шести статтях наукових фахових виданнях. Опубліковано дві доповіді в матеріалах науково-технічних конференцій та зареєстровано одне авторське свідоцтво.