МЕТОД МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ КАК ИНСТРУМЕНТ СИНТЕЗА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ЯДРА ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ 

Игорь Евгеньевич Старостин, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры электротехники и авиационного электрооборудования, Московский государственный технический университет гражданской авиации (Россия, г. Москва, Кронштадтский бульвар, 20), E-mail: starostinigo@yandex.ru

Аннотация

Актуальность и цели. Цифровой двойник по своей сути представляет собой цифровую копию объекта, благодаря непрерывному обмену данными с объектом воспроизводящую актуальное его состояние.Это достигается путем применения в качестве математического ядра цифрового двойника математической модели, основывающейся на реальном поведении объекта, параметры которой обновляются в соответствии с актуальной информацией, получаемой с объекта. Для построения моделей систем различной физической и химической природы авторами был предложен метод математического прототипирования энергетических процессов, основывающийся на методах современной неравновесной термодинамики, механики, электродинамики. Благодаря чему упомянутый метод позволяет создать модели динамики процессов в системе, не противоречащие общим физическим законам, а также особенностям протекания процессов в конкретной физической или химической системе. Затем полученные модели преобразовываются к моделям систем, применимых для решения практических задач, с точностью до определяемых из экспериментальных данных постоянных коэффициентов. Однако здесь актуальным является вопрос выбора базиса, в котором строится преобразованная модель рассматриваемой системы и выбора алгоритма обучения предложенной модели. Решению приведенных вопросов посвящена настоящая работа. Материалы и методы. Синтез уравнений динамики физических и химических процессов осуществляется на базе метода математического прототипирования энергетических процессов. Преобразованные модели строятся путем качественного анализа динамик системы в различных режимах ее работы с последующим анализом связей между параметрами ее динамик и параметрами входных воздействий с дальнейшим построением интерполяционной преобразованной модели. Интерполяционные методы выбираются на основе вышеупомянутых результатов качественного анализа. Результаты. Предложенная концепция построения моделей системы дает корректные модели системы, вбирающие в себя качественное ее поведение. Это обеспечивает корректность математического ядра цифровых двойников при работе систем в различных режимах работы системы, для которых строятся вышеупомянутые цифровые двойники. Выводы. Предложенная концепция программной части цифровых двойников имеет широкую область их применения благодаря широте областей применимости метода математического прототипирования энергетических процессов.

Ключевые слова

метод математического прототипирования энергетических процессов, цифровые двойники, интерполяция, качественный анализ

 Скачать статью в формате PDF

Для цитирования:

Старостин И. Е. Метод математического прототипирования энергетических процессов как инструмент синтеза математического ядра цифровых двойников различных физико-химических систем // Надежность и качество сложных систем. 2024. № 3. С. 41–50. doi: 10.21685/2307-4205-2024-3-5