Автореферати та дисертаційні роботи
Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995
Browse
62 results
Search Results
Item Імпульсні регулятори нелінійних систем керування в тепловій енергетиці(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Федоришин, Роман Миронович; Пістун, Євген Павлович; Національний університет "Львівська політехніка"; Пальчевський, Богдан Олексійович; Максимов, Максим Віталійович; Жученко, Анатолій ІвановичДисертаційна робота присвячена вирішенню науково-технічної проблеми – керування нелінійними об’єктами за допомогою імпульсних регуляторів з метою підвищення ефективності та надійності роботи як технологічного обладнання, так і пристроїв систем автоматизації в тепловій енергетиці, зокрема для теплових об’єктів, для теплогенеруючого обладнання, а також для процесу розмелювання вугілля за допомогою кульових барабанних млинів на теплових електростанціях. У роботі виконано огляд існуючих схем імпульсних ПІД-регуляторів, проаналізовано конфігурації цих схем з їх параметрами налаштування та досліджено точність імпульсних ПІД-регуляторів на базі таких схем: імпульсний ПІД-регулятор з подвійним диференціюванням, ПІД-регулятор з диференціатором та широтно-імпульсним модулятором, ПІД-регулятор з імпульсним перетворювачем, а також ПІ-регулятор з генератором імпульсів. Запропоновано нову класифікацію схем автоматичних регуляторів. Представлено удосконалений алгоритм широтно-імпульсної модуляції в імпульсному ПІД-регуляторі для керування тепловим об’єктом та розроблено методику розрахунку оптимального фільтра аналогового сигналу на вході автоматичного регулятора. Виконано дослідження нелінійних об’єктів регулювання, зокрема тепловий об’єкт (електрична піч) та кульовий барабанний млин для розмелювання вугілля на тепловій електростанції. На основі отриманих експериментальних даних побудовано математичні моделі вказаних об’єктів регулювання та виконано розрахунок автоматичних регуляторів для них. Розроблено алгоритм управління кульовим барабанним млином для оптимізації його завантаженості. Проаналізовано ефективність роботи теплогенеруючих об’єктів із врахуванням похибок обліку енергоносіїв. Розроблено математичні моделі похибок вимірювання температури природного газу, зумовлених інерційністю термоперетворювача в імпульсних режимах протікання газу та теплообміном між потоком газу і корпусом лічильника газу. Запропоновано заходи для підвищення точності автоматизованих систем обліку природного газу на теплогенеруючих об’єктах. Диссертация посвящена решению научно-технической проблемы – управления нелинейными объектами с помощью импульсных регуляторов с целью повышения эффективности и надежности работы как технологического оборудования, так и устройств систем автоматизации в тепловой энергетике, в частности для тепловых объектов, для теплогенерирующего оборудования, а также для процесса размола угля с помощью шаровых барабанных мельниц на тепловых электростанциях. В работе выполнен обзор существующих схем импульсных ПИД-регуляторов, проанализированы конфигурации этих схем с их параметрами настройки и исследована точность импульсных ПИД-регуляторов на базе таких схем: импульсный ПИД-регулятор с двойным дифференцированием, ПИД-регулятор с дифференциатором и широтно-импульсным модулятором, ПИД-регулятор с импульсным преобразователем, а также ПИ-регулятор с генератором импульсов. Предложена новая классификация схем автоматических регуляторов. Представлен усовершенствованный алгоритм широтно-импульсной модуляции в импульсном ПИД-регулятора для управления тепловым объектом и разработана методика расчета оптимального фильтра аналогового сигнала на входе автоматического регулятора. Выполнены исследования нелинейных объектов регулирования таких как тепловой объект (электрическая печь) и шаровая барабанная мельница для размола угля на тепловой электростанции. На основе полученных экспериментальных данных построены математические модели указанных объектов регулирования и выполнен расчет автоматических регуляторов для них. Разработан алгоритм управления шаровой барабанной мельницей для оптимизации ее загруженности. Проанализирована эффективность работы теплогенерирующих объектов с учетом погрешностей учета энергоносителей. Разработаны математические модели погрешностей измерения температуры природного газа, обусловленных инерционностью термопреобразователя в импульсных режимах протекания газа и теплообменом между потоком газа и корпусом счетчика газа. Предложены мероприятия для повышения точности автоматизированых систем учета природного газа на теплогенерирующих объектах. The dissertation is devoted to the solution of the scientific and technical problem of control of nonlinear objects by means of step controllers for the purpose of increasing efficiency and reliability of work of both technological equipment and devices of automation systems for thermal objects, for heat generating equipment, as well as for the process of grinding of coal by means of ball drum mills at thermal power stations. The diagrams of step controllers working in conjunction with the actuators of the integrating action have been analyzed in the work. The following diagrams have been analyzed: step PID controller with double differentiation, PID controller with a differentiator and a pulse-width modulator, PID controller with a pulse converter, as well as PI-controller with a pulse generator. The accuracy of the step controllers has been analyzed. A new classification of diagrams of automatic controllers is proposed. Analysis of pulse-width modulation (PWM) algorithms has been performed. An improved PWM algorithm based on a sawtooth waveform generator is proposed. A methodology is developed to design the optimal filter of analog signal at the input of an automatic controller. Experimental studies were carried out for a thermal object (electric furnace) and a ball drum mill for coal grinding. Mathematical models of the controlled objects were built on the basis of the obtained experimental data. Automatic controllers were designed for these objects. An improved algorithm for automatic control of the ball drum mill operation is proposed. The accuracy of automated systems for measurement of flow rate and volume of fluid energy carriers (natural gas) has been analyzed. The influence of the inertia of a temperature transducer on the accuracy of gas metering in pulsed modes of the measurement system has been investigated. Heat exchange between the gas flow and a gas meter body has been studied. Measures have been developed to improve the accuracy of automated natural gas metering systems at heat-generating facilities.Item Підвищення ефективності енерготехнологічного процесу спалювання здрібненої деревної біомаси(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Ялечко, Володимир Іванович; Матіко, Федір Дмитрович; Національний університет "Львівська політехніка"; Ганжа, Антон Миколайович; Чейлитко, Андрій ОлександровичДисертаційна робота присвячена розв'язанню актуального завдання – розвитку наукових основ процесу спалювання здрібненої деревної біомаси та вдосконалення паливневих пристроїв для підвищення ефективності її спалювання. У роботі уточнено умови застосування математичної моделі процесу теплового самозаймання деревної біомаси, що дало можливість дослідити особливості перебігу цього процесу з урахуванням та без урахування тепловідведення і сформувати вимоги до ефективного спалювання деревної біомаси в паливневих пристроях. Шляхом застосування у сукупності рівняння кінетики реакції горіння та методу найменших квадратів розроблено систему рівнянь для обчислення значень кінетичних констант реакції горіння деревини на основі результатів неізотермічного методу дослідження процесу горіння. Виконано експериментальні дослідження та визначено елементний склад різних порід деревини, зокрема і швидкоростучих сортів. За результатами термогравіметричного аналізу визначено кінетичні константи реакції горіння для верби енергетичної Salix, а також отримано аналітичні залежності відносної втрати маси зразка верби Salix від оберненої температури зразка, що дає можливість проаналізувати перебіг стадій процесу горіння зразка та сформувати вимоги до умов спалювання цієї породи деревини в паливневих пристроях. Визначено вплив коефіцієнта надлишку повітря на паливневий режим при спалюванні генетично модифікованої деревини, що дає можливість обрати оптимальні значення режимних параметрів процесу спалювання такої деревини та знизити рівень викиду шкідливих речовин. За результатами виконаних досліджень удосконалено конструкцію паливневих пристроїв для спалювання здрібненої деревної біомаси, що забезпечує зменшення втрат з механічним та хімічним недопалом і підвищення ефективність котлоагрегату на 1,0–2.0%. Результати дисертаційної роботи впроваджено на виробничих підприємствах, що займаються дослідженням, проектуванням, виробництвом та експлуатацією котельного устаткування. Диссертация посвящена решению актуальной задачи – развития научных основ процесса сжигания измельченной древесной биомассы и совершенствование топочных устройств для повышения эффективности ее сжигания. В работе уточнено условия применения математической модели процесса теплового самовоспламенения древесной биомассы, что позволило исследовать особенности протекания этого процесса с учетом и без учета теплоотвода и сформировать требования к эффективного сжигания древесной биомассы в топочных устройствах. Путем применения в совокупности уравнения кинетики реакции горения и метода наименьших квадратов разработана система уравнений для вычисления значений кинетических констант реакции горения древесины на основе результатов неизотермического метода исследования процесса горения. Выполнены экспериментальные исследования и определены элементный состав древесины, в том числе и быстрорастущих сортов. По результатам термогравиметрического анализа определены кинетические константы реакции горения для ивы энергетической Salix а также получены аналитические зависимости относительной потери массы образца ивы Salix от обратной температуры образца, что дает возможность проанализировать ход стадий процесса горения образца и сформировать требования к условиям сжигания этой породы древесины в топочных устройствах. Определено влияние коэффициента избытка воздуха на топочный режим при сжигании генетически модифицированной древесины, что позволяет выбрать оптимальные значения режимных параметров процесса сжигания такой древесины и снизить уровень выброса вредных веществ. По результатам выполненных исследований усовершенствована конструкция топочных устройств для сжигания измельченной древесной биомассы, обеспечивает уменьшение потерь с механическим и химическим недопалом и повышает эффективность котлоагрегата на 1,0–2.0%. Результаты диссертационной работы внедрены на производственных предприятиях, занимающихся исследованием, проектированием, производством и эксплуатацией котельного оборудования. The dissertation work is devoted to the solution of the actual problem - development of scientific bases of process of burning of the crushed wood biomass and improvement of fuel devices for increase of efficiency of its burning. The conditions of application of the mathematical model of the process of thermal spontaneous combustion of wood biomass are specified in the work, which made it possible to investigate the peculiarities of this process, taking into account and without taking into account heat dissipation and to form requirements for efficient combustion of wood biomass in fuel devices. By applying the combustion reaction kinetics equation and the least squares method together, a system of equations has been developed to calculate the values of the kinetic constants of the wood combustion reaction based on the results of the nonisothermal method of combustion process research. Experimental studies have been performed and the elemental composition of different wood species, including fast-growing varieties, has been determined. According to the results of thermogravimetric analysis, the kinetic constants of the combustion reaction for energy willow Salix were determined and the analytical dependences of the relative weight loss of the Salix willow sample on the inverse temperature of the sample were obtained, which makes it possible to analyze the stages of the combustion process of the sample and to form requirements for the conditions of combustion of this species of wood in fuel devices. The influence of the excess air coefficient on the fuel regime during the combustion of genetically modified wood is determined, which makes it possible to choose the optimal values of the regime parameters of the combustion process of such wood and reduce the level of emissions. According to the results of the performed researches the design of fuel devices for burning of crushed wood biomass is improved, which provides reduction of losses with mechanical and chemical afterburning and increases the efficiency of the boiler unit on 1,0–2.0%. The results of the dissertation work are implemented at the production enterprises engaged in research, design, production and operation of boiler equipment.Item Система керування електроприводом нафтовидобувної установки на основі нейронної мережі(Національний університет "Львівська політехніка", 2020) Андреїшин, Андрій Сергійович; Маляр, Андрій Васильович; Національний університет "Львівська політехніка"; Садовой, Олександр Валентинович; Борин, Василь СтепановичДисертація спрямована на вирішення актуальних проблем нафтовидобувної промисловості України – підвищення ефективності роботи нафтовидобувних установок та впровадження інтелектуальних технологій видобування нафти. В дисертації запропоновано систему керування роботою ШНВУ на базі модифікованої нейронної мережі Хемінга. Удосконалено спосіб представлення даних, отриманих від давачів, у результаті чого створено єдиний підхід щодо діагностики стану свердловини незалежно від масштабу знятої первинної інформації. Розроблено динамічну модель електромеханічної системи керування ШНВУ, яка є основою "інтелектуальної" системи керування свердловиною, і яку використано для відтворення реальних процесів та ідентифікації стану нафтовидобувного обладнання. Запропоновано алгоритм визначення допустимих меж регулювання швидкості привідного двигуна, а також її оптимального значення, що забезпечує збалансований режим відбору рідини із свердловини. На основі розроблених математичних моделей створено програмне забезпечення та запропоновано схемотехнічні рішення для здійснення ефективного оперативного керування роботою нафтовидобувної установки та запобігання виникненню аварійних ситуацій. The thesis research is aimed at the solution of a number of topical issues in Ukraine’s oil industry such as raising the efficiency of oil production units and implementation of intellectual technologies for oil production. The thesis provides a review of literary sources, which showed that there are currently no automated control systems for oil production on the basis of intellectual wells in Ukraine. This creates the need for research in the area of developing new ways to control electric drives of sucker-rod pumping units. One of the main tasks in designing a control system is to select informative parameters to identify the status of the pumping equipment. The thesis shows that the most appropriate method of recognizing the state of the well and its equipment is the use of neural networks. To determine the optimal structure of the neural network, a series of mathematical experiments were conducted with the real dependencies of the force in the polished rod and the current of the drive motor of the operating oil production facilities. Based on the comparison of the results of the recognition of experimental curves, it is concluded that recurrent neural networks, in particular the Hemming network, are most suitable for the recognition of load curves or time-current curves. The thesis proposes a modification of the Hemming network, in particular, replacing the first layer of the network with the algorithm of bitwise comparison of data arrays. This modification has greatly improved the performance of the neural network and increased the recognition accuracy of the input signal. Based on the proposed modification of the Hemming neural network, an algorithm for its operation was created. It is shown that bringing an input data set to one standard (binary representation) enhances the versatility of the recognition system, enabling it to be used in different control systems where load curves, time-current curves or active power curves are inputs. For the rapid control of many oil wells, it is necessary to have equipment characteristics and training samples for each well. To this end, the thesis proposes a database which records the data of all wells, and which is accessible for the controller of each well. This approach significantly simplifies the real-time control of a group of oil production units, since the state recognition data of one well can be used to control other (similar) wells. The thesis proposes a system for control of a sucker-rod pumping unit based on a modified Hemming neural network with a feedback on the coefficient of filling. Taking into account the specificities of the intermittent operation of stripper wells, a dynamic model of the electromechanical control system of a deep-well sucker-rod pumping unit was developed. Using the developed dynamic model of the electric drive system of the sucker-rod pumping unit, there was proposed an algorithm for determining the admissible limits of control of the driving motor speed and for finding its optimal value that provides a balanced mode of fluid withdrawal from the well. The mathematical model of the electromechanical system of the oil production unit developed in the thesis is the basis of an intelligent well control system used to reproduce real processes and to identify the state of the oil production equipment. For conducting mathematical experiments in the MATLAB environment, a model of an electromechanical control system for a sucker-rod pumping unit was created. It is based on high-adequacy mathematical models of frequency-controlled asynchronous electric drive and sucker-rod pump, mathematical model of the neural network; a method of calculating the periodic dependencies of the coordinates of the operation mode of an oil production unit based on solving the boundary value problem. This approach makes it possible to obtain the result of mathematical modeling with high reliability and minimal-volume calculations in the timeless domain, which is important for the development of control systems in real time. Based on the created model, a number of mathematical experiments were carried out, which confirmed the effectiveness of the proposed modification of the Hamming neural network with respect to the accuracy and speed of recognition of the input arrays of load curves and time-current curves. The example demonstrates that the developed system of sucker-rod pumping unit control can quickly in real time adapt to changing wells operation modes. The thesis presents the modelling of the electromechanical system both in working and emergency modes. To carry out the experimental studies, a laboratory workbench was created for the electromechanical control system of the sucker-rod pumping unit. The thesis describes the element base and the software used, outlines the schematics of the developed laboratory workbench, the algorithm of operation and the sequence of operations performed during the acquisition of experimental data. On the basis of the experimental results obtained at the laboratory workbench, it is concluded that the theoretical solutions proposed in the thesis and the application of the developed algorithms are correct. Диссертация направлена на решение актуальных проблем нефтедобывающей промышленности Украины – повышение эффективности работы нефтедобывающих установок и внедрение интеллектуальных технологий добычи нефти. В диссертации предложена система управления работой ШНВУ на базе модифицированной нейронной сети Хемминга. Усовершенствован способ представления данных, полученных от датчиков, в результате чего создан единый подход к диагностике состояния скважины независимо от масштаба снятой первичной информации. Разработана динамическая модель электромеханической системы управления ШНВУ, которая является основой "интеллектуальной" системы управления скважиной, и которую использовано для воспроизведения реальных процессов и идентификации состояния нефтедобывающего оборудования. Предложен алгоритм определения допустимых пределов регулирования скорости приводного двигателя, а также ее оптимального значения, что обеспечивает сбалансированный режим отбора жидкости из скважины. На основе разработанных математических моделей создано программное обеспечение и предложены схемотехнические решения для осуществления эффективного оперативного управления работой нефтедобывающей установки и предотвращения возникновения аварийных ситуаций.Item Математичне моделювання конвективного процесу сушіння деревини з врахуванням границь фазових переходів(Національний лісотехнічний університет України, 2019) Борецька, Ірина Богданівна; Соколовський, Ярослав Іванович; Національний лісотехнічний університет України; Костробій, Петро Петрович; Гребеннік, Ігор ВалерійовичДисертацію присвячено вирішенню актуального науково–прикладного завдання побудови та реалізації математичних моделей неізотермічного вологоперенесення та в‟язко-пружного деформування при сушінні капілярно-пористих матеріалів, зокрема деревини, з врахуванням руху зони випаровування для нестаціонарних режимів сушіння та розроблення ефективних аналітико-числових методів їх реалізації. Побудовано нелінійну математичну модель неізотермічного вологоперенесення під час сушіння анізотропних капілярно-пористих матеріалів, зокрема деревини з врахуванням рухомих границь зони випаровування вологи. Розроблено аналітично-числовий метод для визначення теплоперенесення в ортотропній деревній пластині з рухомою границею фазових переходів та встановлення рухомих меж фазового переходу у прямокутній області з врахуванням головних осей анізотропії. Побудовано математичну модель в‟язкопружного деформування капілярно-пористої пластини в умовах зміни вологоперенесення з врахуванням зони випаровування вологи. Розроблено прикладне програмне забезпечення для реалізації математичних моделей неізотермічного вологоперенесення та в‟язко-пружного деформування у середовищах з врахуванням руху зони випаровування. Встановлено закономірності впливу анізотропії теплофізичних та механічних характеристик деревини, її початкової вологості, геометричних параметрів і характеристик агента сушіння на зміну температурно-вологісного та в‟язкопружного стану деревини під час конвективного сушіння з врахуванням динаміки зміни границі фазового переходу. Встановлено розрахункові співвідношення для визначення температури фазового переходу з урахуванням градієнтів перенесення та часу, для якого відносна насиченість досягає границь фазового переходу. Диссертация посвящена решению актуальной научно-прикладной задачи построения и реализации математических моделей неизотермического влагопереноса и вязкоупругой деформации при сушке капиллярно-пористых материалов, в частности древесины, с учетом движения зоны испарения для нестационарных режимов сушки, и разработке эффективных аналитико-численных методов их реализации. Построена нелинейная математическая модель неизотермического влагопереноса во время сушки анизотропных капиллярно-пористых материалов, в частности древесины с учетом подвижных границ зоны испарения влаги. Разработан аналитически-числовой метод для анализа теплопереноса в ортотропной древесной пластинке с подвижной границей фазовых переходов и определения подвижных границ фазового перехода в прямоугольной области с учетом главных осей анизотропии. Построена математическая модель вязкоупругого деформирования капиллярно-пористой пластины в условиях изменения влагопереноса с учетом зоны испарения влаги. Разработано прикладное программное обеспечение для реализации математических моделей неизотермического влагоперноса и вязко-упругой деформации в средах с учетом движения зоны испарения. Установлены закономерности влияния анизотропии теплофизических и механических характеристик древесины, ее начальной влажности, геометрических параметров и характеристик агента сушки на смену температурно-влажностного и вязкоупругого состояния древесины при конвективной сушке с учетом динамики изменения границы фазового перехода. Установлены расчетные соотношения для определения температуры фазового перехода с учетом градиентов переноса и времени, для которого относительная насыщенность достигает границ фазового перехода. The dissertation is devoted to solving the urgent scientific and applied task of constructing and implementing mathematical models of nonisothermic moisture transfer and visco-elastic deformation during drying of capillary-porous materials, in particular wood, taking into account the movement of the evaporation zone for non-steady drying schedules, as well as to the development of effective analytical and numerical methods for their implementation. A new nonlinear mathematical model of non-isothermic moisture transfer during drying of anisotropic capillary-porous materials is constructed, taking into account the moving boundaries of the moisture evaporation zone. An analytical-numerical method for the determination of non-isothermic moisture transfer under non-steady schedules of the drying process has been developed, taking into account the dynamics of the phase transition boundary change. An analytical-numerical method has been developed for determining heat transfer in an orthotropic plate with a moving boundary of phase transitions and for setting moving boundaries of a phase transition in a rectangular region, taking into account the main axes of anisotropy. Constructed is a mathematical model of visco-elastic deformation of capillary-porous plate under conditions of changing moisture transfer, taking into account the zone of evaporation of moisture. Application software has been developed to implement mathematical models of non-isothermic moisture transfer and visco-elastic deformation in media, taking into account the motion of the evaporation zone. Calculation relationships are established for determining the phase transition temperature taking into account transport gradients and time for which the relative saturation reaches the boundaries of the phase transition. Identified are the influence patterns of anisotropy of thermophysical and mechanical characteristics of wood, its initial moisture content, geometrical parameters and characteristics of the drying agent on the change in the temperature-moisture and visco-elastic state of the wood during convection drying, taking into account the dynamics of the phase transition boundary. The effect of thermal diffusion, thermal-and-physical properties of the material, and operating parameters of the drying agent on the temperature of phase transitions is studied.Item Математичне моделювання деформаційних і тепломасо-обмінних процесів у середовищах з фрактальною структурою(Національний лісотехнічний університет України, 2019) Левкович, Марˈяна Володимирівна; Соколовський, Ярослав Іванович; Національний лісотехнічний університет України; Костробій, Петро Петрович; Михальов, Олександр ІллічДисертацію присвячено вирішенню актуального наукового завдання підвищення ефективності математичного моделювання процесів тепломасоперенесення та в‟язко-пружного деформування капілярно-пористих матеріалів, зокрема деревини, з врахуванням ефекту «пам‟яті» та самоорганізації у процесі сушіння для забезпечення відповідної якості висушуваного матеріалу, розроблення нових композитних матеріалів на основі деревини. Розроблено різницеві схеми для апроксимації математичних моделей процесів тепло-масоперенесення та в‟язко-пружного деформування у двовимірній області з урахуванням еридитарності та самоорганізації капілярно-пористих матеріалів під час сушіння. Адаптовано метод розщеплення двовимірних ядер повзучості для дробово-диференціальних реологічних моделей та здійснено ідентифікацію фрактальних параметрів моделей. Встановлено закономірності процесів тепловологоперенесення та в‟язкопружного деформування деревини з фрактальною структурою під час сушіння. Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи повышения эффективности математического моделирования процессов тепломассопереноса и вязкоупругой деформации капиллярно-пористых материалов, в частности древесины, с учетом эффекта «памяти» и самоорганизации в процессе сушки для обеспечения соответствующего качества высушиваемого материала, разработки новых композитных материалов на основе древесины. Разработано разностные схемы для аппроксимации математических моделей процессов тепломассопереноса и вязкоупругой деформации в двумерной области с учетом еридитарности и самоорганизации капиллярно-пористых материалов при сушке. Адаптирован метод расщепления двумерных ядер ползучести для дробно-дифференциальных реологических моделей и осуществлена идентификация фрактальных параметров моделей. Установлены закономерности процессов тепловлагопереноса и вязкоупругого деформирования древесины с фрактальной структурой при сушке. The dissertation is devoted to solving the actual scientific task of increasing the efficiency of mathematical modeling of heat and mass transfer processes and visco-elastic deformation of capillary-porous materials, in particular wood, taking into account the effect of "memory" and self-organization in the drying process to provide appropriate quality of dried material, the development of new composite materials based on wood. Based on a non-integral integro-differential apparatus the mathematical models of deformation and heat exchange processes in environments with fractal structure are constructed. Difference schemes are developed for approximation of mathematical models of processes of heat and mass transfer and visco-elastic deformation in a two-dimensional area taking into account the erydity and self-organization of capillary-porous materials during drying. The stability conditions for the system of difference schemes are established and the algorithm of their numerical solution is developed. Using the Laplace method, obtained the analytical dependence between the components of deformations and the stresses of fractional-differential rheological models. The method of decoupling of two-dimensional creep nuclei for fractional-differential rheological models is adapted, which made it possible to determine the shear nuclei and velocity of volumetric wood creep during drying. The algorithm of identification of fractal parameters of models is developed, which is based on the use of the iterative method and co-ordinate descent. The regularities of the processes of heat-moisture transfer and visco-elastic deformation of wood with fractal structure during drying are determined, depending on the change of fractional-differential parameters of models, the initial value of humidity and temperature, the parameters of the drying agent, the rheological and thermophysical characteristics of the material, the direction of anisotropy, the rock for the period steady and falling drying speed. Verification and validation of the obtained results were executed by comparison with experimental data and results of other researchers.Item Методи і пристрої генерування та формування сигналів з регулярною й хаотичною динамікою для інфокомунікаційних систем(Вінницький національний технічний університет, 2019) Семенов, Андрій Олександрович; Осадчук, Олександр Володимирович; Вінницький національний технічний університет; Бондарєв, Андрій Петрович; Дружинін, Володимир Анатолійович; Політанський, Леонід ФранцовичДисертаційну роботу присвячено розв’язанню науково-прикладної проблеми, яка полягає у необхідності розроблення нових та вдосконалення відомих методів і пристроїв генерування та формування сигналів, що забезпечують керування регулярною та хаотичною динамікою сигналів при електричному перелаштуванні параметрів автоколивних систем таких пристроїв у широких межах зі збереженням стійкості режимів їх роботи, що оптимізовані за максимумом інформаційних властивостей, зокрема ентропією й фрактальною розмірністю. Отримали подальший розвиток метод Ван дер Поля для побудови генераторів сигналів з регулярною динамікою та методи Чуа, Кияшко-Піковського-Рабіновича й Аніщенко-Астахова для побудови генераторів сигналів з хаотичною динамікою, які, на відміну від відомих, полягають у застосуванні нелінійних і реактивних властивостей транзисторних структур із від’ємним диференційним опором. Удосконалені математичні моделі генераторів Ван дер Поля періодичних і квазіперіодичних електричних коливань на основі транзисторних структур із від’ємним диференційним опором. Удосконалені математичні моделі генераторів Кияшко-Піковського-Рабіновича й Аніщенко-Астахова хаотичних електричних коливань на основі транзисторних структур із від’ємним диференційним опором. Розроблено нові та удосконалено відомі схеми генераторів з електричним керуванням динамікою регулярних і хаотичних коливань. Досліджені динамічні процеси в автоколивних системах таких генераторів при електричному перелаштуванні їх параметрів у широких межах. Досліджено нелінійні та хаотичні режими роботи у розроблених схемах генераторів із електричним керуванням динамікою періодичних і хаотичних сигналів та оптимізовані параметри їх автоколивних систем по максимуму ентропії Колмогорова-Сіная. Досліджено динамічні процеси в генераторах Колпітца з однотранзисторним і двотранзисторним активними елементами із застосуванням керованих напругою транзисторних еквівалентів ємності та оптимізовані параметри їх автоколивних систем по максимуму ентропії Колмогорова-Сіная. Запропонований новий метод формування періодичних сигналів у неавтономних пристроях на основі транзисторних структур із від’ємним диференційним опором зі статичною ВАХ Λ-типу. Розроблена нова математична модель пристроїв формування періодичних сигналів та досліджені динамічні процеси, що мають місце в них, у режимах підсилення вхідних сигналів, ділення частоти та амплітудної модуляції. Розроблено нові та удосконалені відомі схеми електрично керованих помножувачів частоти, електричних фільтрів та фазообертачів сигналів з регулярною динамікою, принцип роботи яких заснований на використанні нелінійних і реактивних властивостей транзисторних структур із від’ємним диференційним опором. Диссертационная работа посвящена решению научно-прикладной проблемы, которая заключается в необходимости разработки новых и усовершенствования известных методов и устройств генерирования и формирования сигналов, обеспечивающих управление регулярной и хаотической динамикой сигналов при электрической перестройке параметров автоколебательных систем таких устройств в широких пределах с сохранением устойчивости режимов их работы, оптимизированных по максимуму информационных свойств, в частности энтропии и фрактальной размерности. Получили дальнейшее развитие метод Ван дер Поля для построения генераторов сигналов с регулярной динамикой и методы Чуа, Кияшко-Пиковского-Рабиновича и Анищенко-Астахова для построения генераторов сигналов с хаотической динамикой, которые, в отличие от известных, заключаются в применении нелинейных и реактивных свойств транзисторных структур с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Усовершенствованы математические модели генераторов Ван дер Поля периодических и квазипериодических электрических колебаний на основе транзисторных структур с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Усовершенствованы математические модели генераторов Кияшко-Пиковского-Рабиновича и Анищенко-Астахова хаотических электрических колебаний на основе транзисторных структур с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Разработаны новые и усовершенствованы известные схемы генераторов с электрическим управлением динамикой регулярных и хаотических колебаний. Исследованы динамические процессы в автоколебательных системах таких генераторов при электрической перестройке их параметров в широких пределах. Исследованы нелинейные и хаотические режимы работы в разработанных схемах генераторов с электрическим управлением динамикой периодических и хаотических сигналов и оптимизированы параметры их автоколебательных систем по максимуму энтропии Колмогорова-Синая. Исследованы динамические процессы в генераторе Колпитца с однотранзисторным и двухтранзисторным активными элементами с применением управляемых напряжением транзисторных эквивалентов емкости и оптимизированы параметры их автоколебательных систем по максимуму энтропии Колмогорова-Синая. Предложен новый метод формирования периодических сигналов в неавтономных устройствах на основе транзисторных структур с отрицательным дифференциальным сопротивлением со статической ВАХ Λ-типа. Разработана новая математическая модель устройств формирования периодических сигналов и исследованы динамические процессы, имеющие место в них, в режимах усиления входных сигналов, деления частоты и амплитудной модуляции. Разработаны новые и усовершенствованы известные схемы электрически управляемых умножителей частоты, электрических фильтров и фазовращателей сигналов с регулярной динамикой, принцип работы которых основан на использовании нелинейных и реактивных свойств транзисторных структур с отрицательным дифференциальным сопротивлением. The thesis is dedicated to solving the scientific and practical problem, that is creating new and improving well-known methods and devices of generating and forming signals, that provide regular and chaotic signal dynamics control at electric retuning self-oscillatory system parameters of such devices in a wide range, preserving stability of their operating modes, optimized by the maximum of informational properties, particularly entropy and fractal dimension. The Van der Pol method for constructing oscillators of signals with regular dy-namics and the Chua, Kiyashko-Pikovsky-Rabinovich, and Anishchenko-Astakhov methods for constructing oscillators of signals with chaotic dynamics have got a further development. They differ from well-known ones by applying non-linear and reactive properties of the transistor structures with negative differential resistance. Mathematic models of the Van der Pol oscillators of periodic and quasiperiodic electric oscillations based on transistor structures with negative differential resistance have been improved. Mathematic models of the Kiyashko-Pikovsky-Rabinovich and Anishchenko-Astakhov oscillators of chaotic electric oscillations based on transistor structures with negative differential resistance have been improved. For oscillators with electric control of periodic and chaotic signal dynamics new circuits have been developed and well-known ones have been improved. Dynamic processes in the self-oscillatory systems of these oscilla-tors have been examined at electric retuning their parameters in a wide range. Non-linear and chaotic operating modes in the developed oscillator circuits with electric control of periodic and chaotic signal dynamics have been examined. Parameters of self-oscillatory systems of these oscillators have been optimized by the maximum of the Kolmogorov-Sinai entropy. Dynamic processes in the Colpitts oscillators with one-transistor and two-transistor active element using voltage-controlled transistor capacitance equivalents have been examined. Parameters of self-oscillatory systems of these oscillators have been optimized by the maximum of the Kolmogorov-Sinai entropy. A new method for forming periodic signals in non-autonomous devices based on the transistor structures with negative differential resistance and a Λ-type static I-V curve has been proposed. A new mathematical model of devices for forming periodic signals has been developed, dynamic processes in them have been examines in modes of input signal amplification, frequency division, and amplitude modulation. There have been developed new and improved wellknown circuits of electrically-controlled frequency multipliers, electric filters, and phase shifters with regular dynamics, which operate using nonlinear and reactive properties of the transistor structures with negative resistance.Item Статистичне моделювання технологічних процесів виробництва радіоапаратури методом характеристичних функцій(Національний університет "Львівська політехніка", 2019) Нестор, Наталія Ігорівна; Бондарєв, Андрій Петрович; Національний університет «Львівська політехніка»; Єфіменко, Анатолій Афанасійович; Шило, Галина МиколаївнаДисертацію присвячено розв’язанню важливого науково-технічного завдання -розробленню економного за витратами часу методу аналізу технологічних процесів виготовлення радіоелектронних пристроїв на основі ймовірнісно-статистичних моделей із використанням характеристичних функцій. У роботі було проведено аналіз реального стану забезпечення якості широкого спектру РЕП при їх серійному виробництві і визначені основні причини виникнення дефектів при виготовлення РЕП і їх відмов при експлуатації. На основі цього аналізу запропоновано методи моделювання реальних процесів формування якості виробів із використанням інформації, якою володіє підприємство. Такий підхід забезпечує отримання математичних моделей, які максимально точно відображають процеси, що є характерними для підприємства. Запропоновано методи визначення оптимальних вимог до якості матеріалів, напівфабрикатів, комплектуючих виробів та інших ресурсів, при яких забезпечується необхідний рівень якості РЕП при мінімальних виробничих витратах. Розроблено методи визначення оптимальної глибини контролю і раціонального розміщення контрольних операцій у структурі процесу, при яких забезпечується необхідний рівень якості виробів при мінімальних виробничих витратах. На основі запропонованих методів і моделей розроблено прототип пакету процедур для аналізу технологічних процесів виробництва РЕП, за допомогою якого отримано прогнозовані показники якості готових виробів, що підтверджують адекватність запропонованих моделей і методів. Запропоновані моделі та методи оптимізації процесів формування і контролю якості характеризуються гнучкістю і можуть бути використані для оптимізації виробництва широкого спектру РЕП, що випускаються серійно. The dissertation is devoted to the solution of an important scientific and technical task - the development of economy time-consuming method of analysis of technological processes for the manufacture of radio-electronic devices based on probabilistic-statistical models using characteristic functions. In the work the analysis of the real state of quality assurance of a wide range of radioelectronic devices (RED) was conducted in their serial production field and the main causes of defects in the manufacture of RED and their failure during operation were determined. Based on this analysis, methods were contributed for modelling real processes of forming product quality using the information that the enterprise owns. This approach provides the obtaining of mathematical models that accurately reflect the processes that are typical for the enterprise. The methods of determining the optimal requirements for the quality of materials, semi-finished products, component parts and other resources, which provide the required level of quality of RED with minimum production costs, are offered. The methods of determining the optimum depth of control and rational placement of control operations in the structure of the process, in which the required level of quality of products at the minimum production costs is ensured. On the basis of the proposed methods and models a prototype of a package of procedures for the analysis of technological processes of RED production was developed, with the help of which predicted quality indicators of finished products were obtained, which confirm the adequacy of the proposed models and methods. The contributed models and methods of quality formation and quality controlling processes optimization are characterized by flexibility and can be used to optimize the production of a wide range of RED, which are produced serially. Диссертация посвящена решению важной научно-технической задачи - разработке экономного по затратам времени метода анализа технологических процессов изготовления радиоэлектронных устройств на основе вероятностно-статистических моделей с использованием характеристических функций. В работе был проведен анализ реального состояния качества широкого спектра радиоэлектронных устройств (РЭУ) при их серийном производстве и определены основные причины возникновения дефектов при изготовлении РЭУ и их отказов при эксплуатации. На основе этого анализа предложены методы моделирования реальных процессов формирования качества изделий с использованием информации, которой располагает предприятие. Такой подход обеспечивает получение математических моделей, которые максимально точно отражают процессы, характерные для предприятия. Предложены методы определения оптимальных требований к качеству материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий и других ресурсов, при которых обеспечиваетс необходимый уровень качества РЭУ при минимальных производственных затратах. Разработаны методы определения оптимальной глубины контроля и рационального размещения контрольных операций в структуре процесса, при которых обеспечивается необходимый уровень качества изделий при минимальных производственных затратах. На основе предложенных методов и моделей разработан прототип пакета процедур для анализа технологических процессов производства РЭУ, с помощью которого получены прогнозируемые показатели качества готовых изделий, подтверждающие адекватность предложенных моделей и методов. Предложенные модели и методы оптимизации процессов формирования и контроля качества характеризуются гибкостью и могут быть использованы для оптимизации производства широкого спектра РЭУ, выпускаемых серийно.Item Числово-аналітичні моделі процесів масопереносу на базі біортогональних многочленів(Інститут прикладних проблем механіки і математики ім. Я. С. Підстригача Національної акдемії наук України, 2018) Собко, Валентина Григорівна; П'янило, Ярослав Данилович; Журавчак, Любов Михайлівна; Лимарченко, Олег СтепановичРозв’язано актуальну наукову задачу − розроблення адаптивних аналітико-числових математичних моделей руху газу в трубопроводах та природних пористих утвореннях, які відповідають практичним завданням оптимізації потокорозподілу газу за критеріями раціонального споживання, та адаптивних методів розрахунку цих моделей, орієнтованих на використання апріорної інформації про шукані розв’язки. На основі аналізу нових практичних задач, зокрема виявлення витоків газу та оцінки об’ємів газу розчиненого у водах, які є наявні в пластах підземних сховищ, показана необхідність уточнення відповідних математичних моделей та методів розв’язування сформульованих крайових задач. В даній роботі побудовано квазіспектральні поліноми та повні біортогональні системи. На цій базі розроблені методи та відповідні алгоритми для розв’язування крайових задач масопереносу. Розроблені способи розв’язування апробовано на модельних задачах. Решена актуальная научная задача - разработка адаптивных аналитико-численных математических моделей движения газа в трубопроводах и природных пористых образованиях, которые соответствуют практическим задачам оптимизации потокораспределения газа по критериям рационального потребления, и адаптивных методов расчета этих моделей, ориентированных на использование априорной информации об искомом решении. На основе анализа новых практических задач, в частности обнаружения утечек газа и оценки объемов газа растворенного в водах, имеющихся в пластах подземных хранилищ, показана необходимость уточнения соответствующих математических моделей и методов решения сформулированных краевых задач. В данной работе построены квазиспектральные полиномы и полные биортогональные системы. На этой базе разработаны методы и соответствующие алгоритмы для решения краевых задач массопереноса. Разработаны способы решения апробированы на модельных задачах. The actual scientific problem – the development of adaptive analytical-numerical mathematical models of gas motion in the pipelines and in the natural porous formations, which correspond to the practical tasks of the gas distribution optimization according to the criteria of rational consumption and the development of adaptive methods of calculation of these models which are oriented to use apriori information about the desired solutions, is solved. Based on the analysis of new practical problems, in particular the detection of gas leaks and the estimation of volumes of gas dissolved in the water, which is available in the layers of underground storages, which emerge during the gas transportation process, the need to refine the known mathematical models of the gas motion processes in technological objects and the known metods of corresponding boundary value problems solving or to construct new ones to provide the obtaining the required accuracy of the results during a reasonable time is shown. In this work, the quasi-spectral polynomials and the complete biorthogonal systems are constructed. Their properties are researched and expansions of biorthogonal Chebyshev polynomials of the first kind and their derivatives using quasi-spectral and biorthogonal functions are found; as well as Fourier-Chebyshev series representations using biorthogonal expansions are obtained. On the basis of the constructed biorthogonal bases, the methods and accordant algorithms for boundary problems solving, which are used to describe a lot of physical processes, in particular the mass transfer of hydrocarbons in the pipelines and porous natural media, are developed. The way of solving problems by the method of separating variables on the biorthogonal polynomials basis is investigated. Approximate-analytical and approximate solutions of the mass transfer problems are found. The way of solving is tested both on the examples of known functions expansion and on the model problems, the solutions of which are known in analytical form. This is done to research the method efficiency and its parameters influence on the accuracy and adequacy of the desired solution. Since the problems of such type are incorrect according to Tikhonov, then the researches of such type are actual because they allow us to construct the regularizing algorithms. Note that apriori information about the process studied, which is sufficiently simple taken into account in the constructed method, makes a significant contribution into the construction of the regularizing algorithms.Item Математичне моделювання дифузійних процесів в рамках статистики Рені(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Візнович, Олександра Василівна; Костробій, Петро Петрович; Національний університет «Львівська політехніка»; Соколовський, Ярослав Іванович; Власюк, Анатолій ПавловичДисертація присвячена побудові та дослідженню математичних моделей дифузійних та субдифузійних процесів частинок у просторово-неоднорідних системах на основі узагальнених рівнянь дифузії, отриманих методом нерівноважного статистичного оператора Зубарєва у рамках статистики на основі ентропії Рені. Виведено узагальнені рівняння q-дифузiї та електродифузії (для носіїв заряду) у дробових похідних на основі рівняння Ліувілля у дробових похідних, запропоно-ваного Тарасовим у методі нерівноважного статистичного оператора. Вперше отримано узагальнені рівняння електродифузії типу Кеттано для систем з просторово-часовою фрактальністю. Проведено чисельне моделювання субдифузійного імпедансу на основі рівняння Кеттано у дробових похідних, що дало можливість проаналізувати нелінійну природу явищ переносу заряду в мультишарових наноструктурах на основі частотної залежності дійсної та уявної частин загальненого опору. Отримано якісне погодження із експериментальними дослідженнями для мультишарових наноструктур. Проведено числовий розрахунок просторово-часової залежності функцiї розсiювання та коефiцiєнта q-дифузiї при вiдповiдних значеннях параметра Ренi q для модельної системи iз застосуванням кумулянтних розкладiв. Запропоновано математичну модель опису кінетичних та гідродинамічних процесів для системи взаємодіючих частинок, що перебувають у нерівноважних станах, далеких від рівноваги, на основі узагальнених кiнетичних рiвнянь для нерiвноважних одночастинкової та двочастинкової функцiй розподілу, отриманих методом нерiвноважного статистичного оператора Зубарєва для класичних систем далеких вiд рiвноваги у статистиці Рені. Показано, що у структуру рівнянь входять узагальнені коефiцiєнти дифузiї i тертя частинок у просторi координат та iмпульсiв. Диссертация посвячена построению и исследованию математических моделей диффузионных и субдиффузионных процессов частиц в пространственно-неоднородных системах на основании обобщенных уравнений диффузии, полученых методом неравновесного статистического оператора Зубарева в рамках статистики на основе энтропии Реньи. Выведено обобщенное уравнение q-диффузии и электродиффузии (для носителей заряда) в дробных производных на основании уравнения Лиувилля в дробных производных, предложенного Тарасовым в методе неравновесного статистического оператора. Впервые получено обобщенные уравнения электродиффузии типа Кеттано для систем с пространственно-временной фрактальностью. Проведено чисельное моделирование субдиффузионного импеданса на основании уравнения Кеттано в дробных производных. Это дало возможность проанализировать нелинейную природу явлений переноса зарядов в мультислоистых наноструктурах на основе частотной зависимости действительной и мнимой частей обобщенного сопротивления. Получено качественное согласование с экспериментальными исследованиями для мультислоистых наноструктур. Проведен чисельный расчет функции рассеяния и коэффициента q-диффузии при соответствующих значениях параметра Реньи q для модельной системы с применением куммулянтных разложений. Предложена математическая модель описания кинетических и гидродинамических процессов для системы взаимодействующих частиц, что находятся в неравновесных состояниях далеких от равновесия на основании обобщенных кинетических уравнений для неравновесных одночастичной и двучастичной функций распределения, полученных методом неравновесного статистического оператора Зубарева для классических систем, далеких от равновесия в статистике Реньи. Показано, что в структуру уравнений входят обобщенные коэффициенты диффузии и трения частиц в пространстве координат и импульсов. The dissertation is devoted to the construction and research of mathematical models of diffusion and subdiffusion processes of particles in spatially inhomogeneous systems on the basis of generalized diffusion equations obtained by the method of the non-equilibrium statistical operator Zubarev in the framework of statistics on the basis of Renyi entropy. The generalized equation (non-Markovian) of the diffusion in fractional derivatives was obtained using the NSO method. With q =1 the generalized equation of q -diffusion in the Renyi statistics goes into a generalized equation of the diffusion of Gibbs statistics in fractional derivatives. The generalized equations of q-diffusion and electrodifusion (for ions, electrons) in fractional derivatives have been established on the basis of the Liouville equation in fractional derivatives in the non-equilibrium statistical operator method. For the first time, generalized Kettano-type electrodiffusion equations for systems with spatialtemporal fractality have been obtained. A numerical modelling of the sub-diffusion impedance on the basis of Kettano equation in fractional derivatives has been carried out, enabling to analyse the nonlinear nature of charge transfer phenomena in multi-layer nanostructures based on the frequency dependence of the real and imaginary parts of its generalized resistance. A qualitative coordination with the experimental studies for multi-layer nanostructures has been obtained. The analysis of the outlined Nyquist diagrams has led to a somewhat unexpected result: the increase of the frequency dispersion of the impedance hodograph, observed in the experiment, in the synthesis in an electric field with simultaneous illumination is not due to the growth of τ, as it was expected, but due to the change in the temporal fractal dimension α. This also applies to the appearance of inductive response in the high-frequency area. The increase in the frequency dispersion Z (iω) under illumination, which involves photoinduced polarization in such systems, also correlates primarily with the change of α. For mathematical modelling of diffusion processes, the q-diffusion equation for an one-component system of interacting particles in the non-equilibrium statistical operator method has been obtained and a numerical calculation of the spatial-temporal dependence of the scattering function and the q-diffusion coefficient with the corresponding values of the Renyi q parameter for the model system with applying cumulative decompositions has been carried out. With q 1 the results are obtained that correspond to the processes of normal diffusion. It is important to note that in the temporal dependence of the correlation functions, a negative area of dependence has been observed which is actively researched by other methods, in particular by the Mori projection operators’ method in the Gibbs statistics. A mathematical model for describing kinetic and hydrodynamic processes for a system of interacting particles in non-equilibrium states distant from equilibrium based on generalized kinetic equations for non-equilibrium single-particle and two-particle distribution functions obtained by Zubarev’s method of a non-equilibrium statistical operator for classical systems distant from equilibrium in the Renyi statistics has been proposed. It has been shown that the structure of the equations includes generalized coefficients of diffusion and friction of particles in the space of coordinates and impulses. The internal structure of the generalized memory functions has been revealed, which made it possible to show that the kinetic equations are of Fokker-Planck type, which contain the correlation functions of the second and higher orders according to the dynamic variables: the microscopic densities of the number of particles, their impulse and power in the space of coordinates and impulses. The fourth-order memory functions according to variables allow for approximations corresponding to the ideology of the theory of interacting modes and can be used to model nonlinear processes.Item Математичні моделі процесів емісії та стоку вуглекислого газу в лісовому господарстві та при змінах землекористування(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Густі, Микола Іванович; Бунь, Ростислав Адамович; Національний університет «Львівська політехніка»; Виклюк, Ярослав Ігорович; Гера, Богдан Васильович; Мартинюк, Петро МиколайовичРозв’язано комплекс задач, які у сукупності вирішили науково-прикладну проблему математичного моделювання процесів емісії та стоку СО2 у лісовому господарстві та при змінах землекористування для підвищення ефективності прийняття природоохоронних управлінських рішень щодо пом’якшення зміни клімату на глобальному, регіональному та національному рівнях. Зокрема, розроблено метод моделювання вуглецевого балансу лісової екосистеми, з врахуванням таксаційних параметрів деревостану; метод геопросторового моделювання процесів лісокористування та зміни землекористування на глобальному рівні із врахуванням взаємного впливу цих процесів; метод моделювання процесу просторового поширення знеліснення для глобальної геопросторової моделі G4M; метод моделювання процесу прийняття рішень щодо заготівлі заданої кількості деревини та зменшення емісій СО2 від лісокористування при збереженні заготівлі деревини на рівні регіону; метод ідентифікації параметрів G4M (для моделювання процесів зміни землекористування) за даними міжнародних організацій. З використанням розроблених методів створено математичні моделі та проведено аналіз похибок моделей. Розроблено схеми взаємозв’язку G4M з іншими моделями для формування комплексів моделей для інтегральної оцінки. Решен комплекс задач, которые в совокупности разрешили научно-прикладную проблему математического моделирования процессов эмиссии и стока СО2 в лесном хозяйстве и при изменениях землепользования для повышения эффективности принятия природоохранных управленческих решений по смягчению изменения климата на глобальном, региональном и национальном уровнях. В частности, разработан метод моделирования углеродного баланса лесной экосистемы с учетом таксационных параметров древостоя; метод геопространственного моделирования процессов лесопользования и изменения землепользования на глобальном уровне с учетом взаимного влияния этих процессов; метод моделирования процесса пространственного распространения вырубки лесов для глобальной геопространственной модели G4M; метод моделирования процесса принятия решений по заготовке заданного количества древесины и уменьшения эмиссий СО2 от лесопользования при сохранении заготовки древесины в регионе; метод идентификации параметров G4M (для моделирования процессов изменения землепользования) за данными международных организаций. С использованием разработанных методов созданы математические модели и проведен анализ погрешностей моделей. Разработаны схемы взаимосвязи G4M с другими моделями для формирования комплексов моделей для интегральной оценки. The dissertation is devoted to the actual scientific and applied problem of mathematical modeling of CO2 emissions and sinks in land use change and forestry (LUCF) in order to increase the effectiveness of decisions on climate change mitigation at the global, regional and national levels. The 1st chapter analyzes the global CO2 budget, the main processes of carbon cycle in forest ecosystems and mathematical models used for studying processes related to CO2 budget. The 2nd chapter is devoted to development of methods and mathematical models for modeling the carbon budget of forest ecosystems. The 3rd chapter considers the mathematical modeling of forest management (FM) and land use change (LUC) processes and the development of the geospatial mathematical model of FM and LUC - G4M. The 4th chapter describes the validation of the G4M model. In the 5th chapter we give examples of the practical application of the G4M model, describe the schemes of data exchange between G4M and other models for the formation of modelling frameworks for integrated assessments. The 6th chapter considers methods for estimating emission uncertainties and the effect of uncertainties on decision making. Based on the models developed in the 2nd and 3rd chapters computer simulation tools were elaborated. A method for modeling of carbon budget of a forest ecosystem combining processes of carbon cycle and tree-stand taxation parameters is developed. The structure of the mathematical model of the carbon budget of a forest ecosystem has been improved taking into account the available data on forest ecosystems and climatic conditions in Ukraine by introducing additional reservoirs and flows of carbon that makes it possible to account for the dependence of the intensity of the carbon cycle processes on age of the tree stands, as well as reproduce the age and seasonal dynamics of the carbon cycle processes more adequately. A mathematical model of phenological processes in beech and oak forests of the Ukrainian Carpathians is developed based on observational data; the model takes into account the time shift of these processes due to climate change and gives an opportunity to reproduce the seasonal dynamics of carbon cycle processes more adequately. These developments are used for creation of mathematical models of tree stands, which are used to analyze the dynamics of carbon stocks in the components of forest ecosystem during afforestation. A method for geospatial modeling of FM and LUC processes at the global level is developed. The method takes into account the interdependence of these processes, as well as trade in harvested wood, and afforestation and deforestation, making it possible to consistently analyze and project these processes depending on the economic development and CO2 emission limitations. A method for modeling the process of decision-making on harvesting a given amount of wood and reducing FM CO2 emissions while preserving the harvest amount at the country or region level is developed for G4M; it is based on the principle of maximizing net present value, combining information on the harvesting of wood at various geospatial levels (regions, countries and individual raster cells) and gives an opportunity to simulate logging process and implementation of environmental policies. A method for identification of the G4M parameters reflecting the processes of afforestation and deforestation at the local level and taking into account data on afforestation, deforestation and the trend of changes in forest area at the national level is developed; the method makes it possible to reproduce historical LUC CO2 emissions in countries, as well as projecting emissions for different scenarios of socioeconomic development and CO2 prices. The methods and an algorithm for estimating the CO2 emissions from biomass, litter, soil and wetlands are used to improve the G4M model. G4M is used to analyze strategies of CO2 emission reduction at global, regional and national scales. In particular, G4M was applied to assess the effectiveness of the CO2 emission reduction policy for Ukrainian forests under various socio-economic scenarios; for numerical assessment of the Shared Socio-economic Pathways together with scenarios of Representative Concentration Pathways; for the analysis of the potential and costs of using land and forest resources by EU countries; creation of a reference scenario for LULUCF greenhouse gas (GHG) emissions by 2050 for EU countries; for preparation of the European Commission (EC) assessment of the impact of sustainable bioenergy use in EU countries; to support the decision of the EC to reduce LULUCF GHG emissions; preparing scenarios for enhanced emission reduction measures for countries that emit most of the GHGs; preparation of an integrated assessment of climate change mitigation and adaptation in developing countries for the World Bank; analysis of synergy measures to reduce CO2 emissions from deforestation and the risk of species extinction, etc.