Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей

Предложен метод решения минимаксной задачи размещения источников физического поля, которое описывается смешанной краевой задачей с использованием уравнения Пуассона. Функция цели — максимальное значение физического поля на конечном множестве точек области. Множество допустимых значений параметров ра...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Электронное моделирование
Date:2014
Main Author: Крыжановский, В.Б.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України 2014
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101063
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей / В.Б. Крыжановский // Электронное моделирование. — 2014 — Т. 36, № 5. — С. 81-93. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859710403321266176
author Крыжановский, В.Б.
author_facet Крыжановский, В.Б.
citation_txt Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей / В.Б. Крыжановский // Электронное моделирование. — 2014 — Т. 36, № 5. — С. 81-93. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Электронное моделирование
description Предложен метод решения минимаксной задачи размещения источников физического поля, которое описывается смешанной краевой задачей с использованием уравнения Пуассона. Функция цели — максимальное значение физического поля на конечном множестве точек области. Множество допустимых значений параметров размещения источников определяется условиями взаимного непересечения и невыхода источников за пределы области. Предложен способ вычисления частных производных решения краевой задачи по параметрам размещения. Запропоновано метод розв’язання мінімаксної задачі розміщення джерел фізичного поля, яке описується змішаною крайовою задачею для рівняння Пуассона. Функція цілі — максимальне значення фізичного поля на скінченній множині точок області. Множина припустимих значень параметрів розміщення джерел визначається умовами взаємного неперетину та невиходу джерел за межі області. Запропоновано спосіб обчислення частинних похідних розв’язку крайової задачі за параметрами розміщення. The paper deals with minimax placement problem of discrete physical field sources. The field distribution is described by Poisson’s equation with mixed boundary conditions. The objective function is a maximum of field on a finite point set. In the practice these points form a regular grid on a given domain. The set of admissible values of source placement parameters is defined by mutual non-overlapping and belonging of sources to the given domain. The domain and sources are supposed to be rectangles. One of the methods for solving minimax problems, which provides a local optimum and requires computation of partial derivatives with respect to source placement parameters, is used as the solution method. Since the boundary value problem is solved by the method of finite elements, the algorithm to obtain these derivatives is proposed. As a practical example we solved the placement problem for electronic devices with thermal criterion.
first_indexed 2025-12-01T04:34:25Z
format Article
fulltext ÓÄÊ 519.85 Â.Á. Êðûæàíîâñêèé, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê Æèòîìèðñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíîëîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò (Óêðàèíà, 10005, Æèòîìèð, óë. ×åðíÿõîâñêîãî, 103, òåë./ôàêñ: +38 (0412) 241422, e-mail: officerector@ztu.edu.ua) Îïòèìèçàöèÿ ðàçìåùåíèÿ äèñêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ, îïèñûâàåìîãî ñìåøàííîé êðàåâîé çàäà÷åé Ïðåäëîæåí ìåòîä ðåøåíèÿ ìèíèìàêñíîé çàäà÷è ðàçìåùåíèÿ èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ, êîòîðîå îïèñûâàåòñÿ ñìåøàííîé êðàåâîé çàäà÷åé ñ èñïîëüçîâàíèåì óðàâíåíèÿ Ïóàññîíà. Ôóíêöèÿ öåëè — ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ íà êîíå÷íîì ìíî- æåñòâå òî÷åê îáëàñòè. Ìíîæåñòâî äîïóñòèìûõ çíà÷åíèé ïàðàìåòðîâ ðàçìåùåíèÿ èñòî÷- íèêîâ îïðåäåëÿåòñÿ óñëîâèÿìè âçàèìíîãî íåïåðåñå÷åíèÿ è íåâûõîäà èñòî÷íèêîâ çà ïðå- äåëû îáëàñòè. Ïðåäëîæåí ñïîñîá âû÷èñëåíèÿ ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ ðåøåíèÿ êðàåâîé çàäà÷è ïî ïàðàìåòðàì ðàçìåùåíèÿ. Çàïðîïîíîâàíî ìåòîä ðîçâ’ÿçàííÿ ì³í³ìàêñíî¿ çàäà÷³ ðîçì³ùåííÿ äæåðåë ô³çè÷íîãî ïîëÿ, ÿêå îïèñóºòüñÿ çì³øàíîþ êðàéîâîþ çàäà÷åþ äëÿ ð³âíÿííÿ Ïóàññîíà. Ôóíêö³ÿ ö³ë³ — ìàêñèìàëüíå çíà÷åííÿ ô³çè÷íîãî ïîëÿ íà ñê³í÷åíí³é ìíîæèí³ òî÷îê îáëàñò³. Ìíîæèíà ïðèïóñòèìèõ çíà÷åíü ïàðàìåòð³â ðîçì³ùåííÿ äæåðåë âèçíà÷àºòüñÿ óìîâàìè âçàºìíîãî íåïåðåòèíó òà íåâèõîäó äæåðåë çà ìåæ³ îáëàñò³. Çàïðîïîíîâàíî ñïîñ³á îá÷èñëåííÿ ÷àñ- òèííèõ ïîõ³äíèõ ðîçâ’ÿçêó êðàéîâî¿ çàäà÷³ çà ïàðàìåòðàìè ðîçì³ùåííÿ. Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: îïòèìèçàöèÿ ñèñòåì ñ ðàñïðåäåëåííûìè ïàðàìåòðàìè, ìàòåìà- òè÷åñêîå ïðîãðàììèðîâàíèå, ìåòîä êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ. Ñîñòîÿíèå ïðîáëåìû. Ìíîãèå òåõíè÷åñêèå ñèñòåìû ñîäåðæàò äèñêðåò- íûå èñòî÷íèêè òåïëîòû, íàïðèìåð îäíîêðèñòàëüíûå ñèñòåìû (system on a chip, SoC) [1], ðàäèàöèîííûå ïå÷è áåç êîíâåêöèîííîé ñåêöèè (radiant fur- nace) [2] è äðóãèå [3]. Èõ ôóíêöèîíèðîâàíèå â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè çàâèñèò îò ïîëîæåíèÿ èñòî÷íèêîâ òåïëîòû, êîòîðûå â íèõ ñîäåðæàòñÿ.  ñîâðåìåííûõ óñòðîéñòâàõ èñïîëüçóþòñÿ ìèëëèîíû òðàíçèñòîðîâ, ðàáîòàþùèõ íà ãèãàãåðöîâûõ ÷àñòîòàõ [1]. Ïðè ýòîì âûäåëÿåòñÿ çíà- ÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî ýíåðãèè, ÷òî ïðèâîäèò ê ïîâûøåíèþ òåìïåðàòóðû îäíîêðèñòàëüíûõ ñèñòåì. Ýòè òåðìè÷åñêèå ýôôåêòû îêàçûâàþò íåæåëà- òåëüíîå âîçäåéñòâèå íà ôóíêöèîíèðîâàíèå îäíîêðèñòàëüíûõ ñèñòåì. Íà- ïðèìåð, áîëüøèå ãðàäèåíòû òåìïåðàòóðû ïðèâîäÿò ê âîçíèêíîâåíèþ çíà- ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 5 81 � Â.Á. Êðûæàíîâñêèé, 2014 ÷èòåëüíûõ òåðìîíàïðÿæåíèé, ÷òî ìîæåò âûçâàòü îøèáêè ôóíêöèîíèðî- âàíèÿ èëè äàæå ðàçðóøåíèå ìèêðîñõåìû. Ïîýòîìó íà ýòàïå ïðîåêòèðîâàíèÿ òàêèõ îäíîêðèñòàëüíûõ ñèñòåì âîç- íèêàåò çàäà÷à ðàçìåùåíèÿ òåïëîâûäåëÿþùèõ ýëåìåíòîâ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ìèíèìèçèðîâàòü íåãàòèâíîå âëèÿíèå çíà÷èòåëüíûõ ïåðåïàäîâ òåì- ïåðàòóðû. Ïîñêîëüêó â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðîåêòèðîâàíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ñîîòâåòñòâóþùåãî ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ (CAD/CAE ñèñ- òåìû), îöåíêà àëüòåðíàòèâíûõ ïðîåêòíûõ ðåøåíèé è âûáîð èç íèõ îïòè- ìàëüíîãî, ïî îïðåäåëåííîìó êðèòåðèþ, ÿâëÿåòñÿ ïåðñïåêòèâíûì íàïðàâ- ëåíèåì ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ è ðàçâèòèÿ CAD/CAE ñèñòåì.  ðàáîòå [2] ðàññìîòðåí ïðèìåð ðàäèàöèîííîé ïå÷è, â êîòîðîé äëÿ îáðàáàòûâàåìîé äåòàëè ñëåäóåò ïîëó÷èòü ðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû. Òåïëîâûäåëÿþùèå ýëåìåíòû íàõîäÿòñÿ íà ñòåíêàõ ðàáî÷åé çîíû ïå÷è. Òåõíîëîãè÷åñêè îíè ðàçìåùåíû â âèäå ìàòðèöû. Ïîñðåäñòâîì èçìåíåíèÿ èõ òåïëîâûäåëåíèÿ ôîðìèðóåòñÿ æåëàåìîå òåìïåðàòóðíîå ïî- ëå. Ñ òî÷êè çðåíèÿ îïòèìèçàöèè òàêóþ çàäà÷ó ìîæíî êëàññèôèöèðîâàòü êàê ðàçìåùåíèå èñòî÷íèêîâ ðàçëè÷íîé èíòåíñèâíîñòè íà çàäàííûå ïîñà- äî÷íûå ìåñòà. Íà ýòàïå ïîäãîòîâêè ïðîèçâîäñòâà îïðåäåëåíèå ðàçìåùå- íèÿ èñòî÷íèêîâ â ìàòðèöå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîâåðêîé ïðîåêòíûõ ðåøåíèé ñ ïîìîùüþ ÑÀD/CAE ñèñòåì. Äëÿ òîãî ÷òîáû ðàññ÷èòàòü òåìïåðàòóðíîå ïîëå â çàäàííîé îáëàñòè, ñëåäóåò ðåøèòü êðàåâóþ çàäà÷ó òåïëîïðîâîäíîñòè. Îäíèì èç ìåòîäîâ ðåøåíèÿ òàêèõ êðàåâûõ çàäà÷ â ÑÀD/CAE ñèñòåìàõ ÿâëÿåòñÿ ìåòîä êîíå÷- íûõ ýëåìåíòîâ. Ñ îäíîé ñòîðîíû, äàííûå çàäà÷è êàñàþòñÿ îïòèìèçàöèè ñèñòåì ñ ðàñïðåäåëåííûìè ïàðàìåòðàìè, ñ äðóãîé, — â íèõ íåîáõîäèìî ó÷åñòü ãåîìåòðè÷åñêèå îãðàíè÷åíèÿ íà âçàèìíîå ðàñïîëîæåíèå èñòî÷íè- êîâ. Ìåòîäû, àëãîðèòìû, îñîáåííîñòè è êëàññèôèêàöèÿ çàäà÷ äàííîãî êëàññà ïîäðîáíî ðàññìîòðåíû â ðàáîòàõ [3—5 è äð.]. Áûëî óñòàíîâëåíî [6], ÷òî îäíèì èç ïåðñïåêòèâíûõ íàïðàâëåíèé ðàç- ðàáîòêè óêàçàííûõ ìåòîäîâ ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ìèíèìàêñíûõ ìåòî- äîâ ìàòåìàòè÷åñêîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ. Ïîñêîëüêó êðèòåðèé êà÷åñòâà ðàçìåùåíèÿ èñòî÷íèêîâ çàâèñèò îò ðåøåíèÿ êðàåâîé çàäà÷è, âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü èññëåäîâàíèÿ çàâèñèìîñòè ðåøåíèÿ êðàåâîé çàäà÷è îò ïàðàìåòðîâ ðàçìåùåíèÿ èñòî÷íèêîâ. Äëÿ îäíîãî êëàññà êðàåâûõ çàäà÷ äèôôåðåíöèðóåìîñòü èõ ðåøåíèÿ ïî ïàðàìåòðàì ðàçìåùåíèÿ äîêàçàíà â ðàáîòàõ [7, 8]. Îäíàêî êðàåâûå çàäà÷è â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ìîæíî ðåøàòü òîëüêî ÷èñëåííûìè ìåòîäàìè, â ÷àñòíîñòè ìåòîäîì êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ. Ïîýòîìó äàëüíåéøèå èññëåäîâàíèÿ áûëè íàïðàâëåíû íà ïîèñê àëãîðèòìîâ ÷èñëåííîãî äèôôåðåíöèðîâàíèÿ ðåøåíèé êðàåâûõ çàäà÷ ïî ïàðàìåòðàì ðàçìåùåíèÿ [9]. Â.Á. Êðûæàíîâñêèé 82 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2014. V. 36. ¹ 5 Ðàññìîòðèì ìèíèìàêñíóþ çàäà÷ó îïòèìàëüíîãî ðàçìåùåíèÿ èñòî÷- íèêîâ â ñëó÷àå, êîãäà ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû îïèñûâàåòñÿ ñìåøàí- íîé êðàåâîé çàäà÷åé äëÿ ýëëèïòè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ïîñòàíîâêà çàäà÷è. Ïóñòü A x y( , ) — ôèíèòíàÿ ôóíêöèÿ â ïðîñòðàíñòâå R 2. Åå íîñèòåëåì ÿâëÿåòñÿ ïðîèçâîëüíûé îáúåêò � [10], êîòîðûé íàçîâåì íîñèòåëåì èñòî÷íèêà D ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ è îáîçíà÷èì supp D. Ôóíêöèÿ A x y( , ) â ýòîì ñëó÷àå íàçûâàåòñÿ èíòåíñèâ- íîñòüþ èñòî÷íèêà D. Ðàññìîòðèì â äâóìåðíîì åâêëèäîâîì ïðîñòðàíñòâå îáëàñòü �, ñîäåð- æàùóþ íîñèòåëè èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ supp Di , i m�1,..., . Ñâÿæåì ñ êàæäûì íîñèòåëåì èñòî÷íèêà ñîáñòâåííóþ ëîêàëüíóþ ñèñòåìó êîîð- äèíàò Q x yi i i , i m�1,..., , à ñ îáëàñòüþ �— ãëîáàëüíóþ ñèñòåìó êîîðäèíàò Oxy. Âîçìîæíîñòü ïîâîðîòà ëîêàëüíûõ ñèñòåì êîîðäèíàò îòíîñèòåëüíî ãëîáàëüíîé íå äîïóñêàåòñÿ.  ðåçóëüòàòå ïîëîæåíèå êàæäîãî íîñèòåëÿ â ãëîáàëüíîé ñèñòåìå êîîðäèíàò îïðåäåëÿåòñÿ ïîëîæåíèåì òî÷êè îòñ÷åòà Oi ñîáñòâåííîé ñèñòåìû êîîðäèíàò. Îáîçíà÷èì êîîðäèíàòû Oi ÷åðåç z i i i� ( , )� � , i m�1,..., , â ãëîáàëüíîé ñèñòåìå êîîðäèíàò. Ñëåäîâàòåëüíî, ïîëîæåíèå âñåõ íîñèòåëåé â ãëîáàëü- íîé ñèñòåìå êîîðäèíàò çàäàíî âåêòîðîì Z z z zm� ( , ,..., )1 2 . Íà ðèñ. 1 ïðåä- ñòàâëåíû íîñèòåëè èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ, ðàñïîëîæåííûå â îá- ëàñòè �, â ñëó÷àå, êîãäà îíè ÿâëÿþòñÿ ïðÿìîóãîëüíèêàìè.  êà÷åñòâå Oi , i �1 2, , âûáðàíû ïåðåñå÷åíèÿ äèàãîíàëåé ïðÿìîóãîëüíèêîâ. Îñè ñîáñòâåí- Îïòèìèçàöèÿ ðàçìåùåíèÿ äèñêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 5 83 0 + P1 + P2 + kP dj di y, � lj li yj yi xj xi Oj Oi suppDj suppDi �i �� �� �� �� � � j x� � a b �i � j Ðèñ. 1. Íîñèòåëè èñòî÷íèêîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû, ðàñïîëîæåííûå â îáëàñòè � íûõ ñèñòåì êîîðäèíàò äëÿ óäîáñòâà âûáðàíû ïàðàëëåëüíûìè îñÿì ãëî- áàëüíîé ñèñòåìû êîîðäèíàò. Ôèçè÷åñêîå ïîëå, èíäóöèðóåìîå èñòî÷íèêàìè â ðàññìàòðèâàåìîé ðàñ÷åòíîé îáëàñòè ñ ó÷åòîì âëèÿíèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû, îïèñûâàåòñÿ ñëåäóþùåé êðàåâîé çàäà÷åé äëÿ óðàâíåíèÿ ýëëèïòè÷åñêîãî òèïà: k u x u y f x y Z � � � � 2 2 2 2 � � � � � � � � ( , , ) , (1) u k u n q� � � � � � � 1 2 � � �, , (2) f x y Z A x y z x y D x y i i i i m( , , ) ( , , ), ( , ) , ( , ) � � � � � if supp if s0 1 uppDi � � � �� , (3) ãäå ��1, ��2 — ó÷àñòêè ãðàíèöû îáëàñòè �; n — íîðìàëü ê ��2; � è q — ôóíêöèè, çàäàííûå íà ��1 è ��2; k — êîýôôèöèåíò, îòðàæàþùèé ñâîéñò- âà ìàòåðèàëà ðàñ÷åòíîé îáëàñòè �. Ôóíêöèÿ öåëè, çàâèñÿùàÿ îò ðàçìåùåíèÿ íîñèòåëåé èñòî÷íèêîâ ôèçè- ÷åñêîãî ïîëÿ, èìååò âèä F Z u x y Z j j j( ) max ( , , )� , j p�{ , , ..., }1 2 , (4) ãäå P x yj j j( , ), j p�1 2, , ..., , — ôèêñèðîâàííûå òî÷êè îáëàñòè �. Êîîðäè- íàòû ôèêñèðîâàííûõ òî÷åê îáëàñòè �, ïî êîòîðûì áåðåòñÿ ìàêñèìóì çíà÷åíèé ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ, îïðåäåëÿþòñÿ ðåøàåìîé ïðàêòè÷åñêîé çàäà- ÷åé. Åñëè ðàññìàòðèâàòü çíà÷åíèÿ ïîëÿ â óçëàõ íåêîòîðîé ðåãóëÿðíîé ñåòêè â �, òî ìîæíî ïîëó÷èòü â íåêîòîðîì ïðèáëèæåíèè ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ïîëÿ â îáëàñòè �. Ïðè ïîñòàíîâêå îïòèìèçàöèîííîé çàäà÷è íåîáõîäèìî ðàçìåñòèòü èñòî÷íèêè ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ â îáëàñòè òàê, ÷òîáû çàäàííàÿ ôóíêöèÿ ìàê- ñèìóìà äîñòèãëà ìèíèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ, êîãäà íîñèòåëè èñòî÷íèêîâ íå ïåðåñåêàþòñÿ ìåæäó ñîáîé è íå âûõîäÿò çà ãðàíèöû îáëàñòè: óñëîâèå íåïåðåñå÷åíèÿ íîñèòåëåé èñòî÷íèêîâ — supp suppD Di j� � �, i j m� �1 2, , ..., , (5) óñëîâèå íåâûõîäà èñòî÷íèêîâ çà ãðàíèöû îáëàñòè — i m iD � � 1 � supp � . (6) Óñëîâèÿ (5), (6) îïðåäåëÿþò äîïóñòèìîå ìíîæåñòâî G çíà÷åíèé Z. Â.Á. Êðûæàíîâñêèé 84 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2014. V. 36. ¹ 5 Ïîëó÷åííàÿ çàäà÷à îïòèìèçàöèè èìååò âèä F Z( ) min� , Z G� , è êëàñ- ñèôèöèðóåòñÿ êàê íåïðåðûâíàÿ ìèíèìàêñíàÿ çàäà÷à [11]. Èñïîëüçîâàíèå ñîîòâåòñòâóþùèõ ìåòîäîâ äëÿ îòûñêàíèÿ ñòàöèîíàðíûõ òî÷åê ôóíêöèè F Z( ) íà ìíîæåñòâå G òðåáóåò âû÷èñëåíèÿ ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ ôóíêöèè u x y Z( , , ) ïî ïàðàìåòðàì ðàçìåùåíèÿ èñòî÷íèêîâ. Âû÷èñëåíèå ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ ïî ïàðàìåòðàì ðàçìåùåíèÿ èñ- òî÷íèêîâ. ×àñòíûå ïðîèçâîäíûå ôóíêöèè u x y Z( , , ) âû÷èñëÿåì êàê îïèñàíî â [9]. Ñîãëàñíî ìåòîäó êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ ïðèáëèæåííîå ðåøåíèå êðàåâîé çàäà÷è ïîëó÷àåì â âèäå ðàçëîæåíèÿ ïî áàçèñíûì ôóíêöèÿì: �u a N e M e e� � � ! 1 , (7) ãäå ! è áàçèñíûå ôóíêöèè N e , e M�1 2, ,..., , âûáèðàþòñÿ òàê, ÷òîáû âûïîë- íÿëîñü ðàâåíñòâî u u� � íà ��1, ò.å.! �� è N e �0, e M�1 2, ,..., , íà ��2. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ðàçëîæåíèÿ ae , e M�1 2, ,..., , èñïîëü- çóåì óðàâíåíèå ìåòîäà âçâåøåííûõ íåâÿçîê k u x u y W dxdy W f x y Z dxdyl l � � " "� # $ % & ' ( � � � � � � 2 2 2 2 � � ( , , ) , � � � � � � � �" � � � � )k u n q W dl � ,0 l M�1 2, , ..., , ãäåWl ,Wl — âåñîâûå ôóíêöèè. Íà îñíîâàíèè ôîðìóëû Ãðèíà ïîëó÷àåì � �# $% & '( �" "k W x u x W y u y dxdy W f x y Z dxl l l � � � � � � � � � � � � ( , , ) dy � � � � � � � � � � " " � � � � � � � � � � ) � ) 1 0k u n W d k u n q W dl l � � . (8) Âûáèðàåì âåñîâûå ôóíêöèè íà ãðàíèöå îáëàñòè: Wl � 0 íà ��1 è W Wl l� � íà ��2. Ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî èíòåãðàëû, ñîäåðæàùèå ïðîèç- âîäíóþ ïî íîðìàëè ê ãðàíèöå, âçàèìíî óíè÷òîæàþòñÿ è ñîîòíîøåíèå (8) ïðèíèìàåò âèä: k W x u x W y u y dxdy W f x y Z dxdl l l � � " "�# $% & '( � � � � � � � � � � � ( , , ) y W qdl� �" �� ) 0 . (9) Îïòèìèçàöèÿ ðàçìåùåíèÿ äèñêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 5 85 Ïîäñòàâèâ â óðàâíåíèå (9) ðàçëîæåíèå u ïî áàçèñíûì ôóíêöèÿì (7) è ïîëîæèâ â êà÷åñòâå áàçèñíûõ ôóíêöèé W Nl l� ,*l, ïîëó÷èì ñèñòåìó ëè- íåéíûõ àëãåáðàè÷åñêèõ óðàâíåíèé äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ðàç- ëîæåíèÿ Ka b� , (10) ãäå ýëåìåíòû ñèììåòðè÷íîé ìàòðèöû K è ïðàâîé ÷àñòè b îïðåäåëÿþòñÿ èç óðàâíåíèé K k N x N x N y N y dxdyij i j i j� � � � � � �" � � � � � � � � � , 1+ +i j M, , b N f x y Z dxdy N qd k N x x N y i l i i i� � � �" " " � � � )( , , ) � � � �! � � � �! �y dxdy � � � � � , 1+ +i M . (11)  (11) ïðàâàÿ ÷àñòü ñèñòåìû (10) äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ðàçëîæåíèÿ (7) çàâèñèò îò ïàðàìåòðîâ ðàçìåùåíèÿ Z. Ðåøàÿ ñèñòåìó óðàâ- íåíèé (10), ïîëó÷àåì êîýôôèöèåíòû ðàçëîæåíèÿ êàê ôóíêöèè îò ïàðà- ìåòðîâ ðàçìåùåíèÿ. Ïîñêîëüêó öåëüþ ÿâëÿåòñÿ ïîëó÷åíèå ÷àñòíûõ ïðîèç- âîäíûõ ïî ïàðàìåòðàì ðàçìåùåíèÿ èñòî÷íèêîâ, ñëåäóåò b ïðîäèôôåðåí- öèðîâàòü ïî ïàðàìåòðàì èñòî÷íèêîâ è ðåøèòü ñèñòåìó óðàâíåíèé (10), ïîäñòàâèâ ïîëó÷åííûå ÷àñòíûå ïðîèçâîäíûå ïî òîìó èëè èíîìó ïàðà- ìåòðó â êà÷åñòâå ïðàâîé ÷àñòè (10).  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èì ïðèáëèæåíèå ÷àñòíîé ïðîèçâîäíîé â âèäå ðàçëîæåíèÿ � �� � , - �� �u a N k e M k e� � 1 . . Òåïåðü ðàññìîòðèì ñïîñîá äèôôåðåíöèðîâàíèÿ ôóíêöèè f x y Z( , , )ïî ïàðàìåòðàì ðàçìåùåíèÿ èñòî÷íèêîâ. Äëÿ ýòîãî ïðåäñòàâèì åå â âèäå ðàçëîæåíèÿ â äâîéíîé òðèãîíîìåòðè÷åñêèé ðÿä: f x y Z d j x a k y bj k jk( , , ) sin sin� � / � / 1 1 0 0 , (12) ãäå d ab f x y Z j x a k y b dxdyjk a b � " " 4 0 0 ( , , ) sin sin 0 0 ; a è b — ðàçìåðû ïðÿìîóãîëüíèêà, â êîòîðîì íàõîäèòñÿ îáëàñòü �. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ ôóíêöèè f x y Z( , , ) ñëåäóåò ïðîäèôôå- Â.Á. Êðûæàíîâñêèé 86 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2014. V. 36. ¹ 5 ðåíöèðîâàòü ðàçëîæåíèå (12) ïî òðåáóåìîìó ïàðàìåòðó, ðåçóëüòàò ïîäñòà- âèòü â (11) è ðåøèòü ïîëó÷åííóþ ñèñòåìó ëèíåéíûõ óðàâíåíèé (10). Ãåîìåòðè÷åñêèå îãðàíè÷åíèÿ íà ðàçìåùåíèÿ.  ñëó÷àå ïðÿìî- óãîëüíîé îáëàñòè� è ïðÿìîóãîëüíûõ íîñèòåëåé èñòî÷íèêîâ supp Di îãðà- íè÷åíèÿ (6) ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå � i il1 2 , �i id 1 2 , � i ia l + � 2 , �i ib d + � 2 , i m�1 2, ,..., , ãäå a, b è li, di — ðàçìåðû îáëàñòè W è íîñèòåëåé supp Di . Î÷åâèäíî, ÷òî íîñèòåëè supp Di è supp D j íå ïåðåñåêàþòñÿ, åñëè âûïîëíÿåòñÿ õîòÿ áû îäíî èç ñëåäóþùèõ íåðàâåíñòâ: � �i j i jl l� � � 1( ) /2 0, � �j i i jl l� � � 1( ) /2 0 , � �i j i jd d� � � 1( ) /2 0, � �j i i jd d� � � 1( ) /2 0 . (13) Ñëåäîâàòåëüíî, ìíîæåñòâî äîïóñòèìûõ ðåøåíèé G ìîæåò áûòü ïîêðûòî êîíå÷íûì ÷èñëîì âûïóêëûõ ïîäìíîæåñòâ Gk , k m m � � 1 4 1 2, ..., ( ) : G G k k m m � � � 1 4 1 2 ( ) � . Çäåñü Gk îïðåäåëÿåòñÿ ñèñòåìîé ëèíåéíûõ íåðàâåíñòâ � i il� 1 2 0, i m�1,..., , �i id � 1 2 0, i m�1,..., , �� j ia l � � 1 2 0, i m�1,..., , (14) ��i ib d � � 1 2 0, i m�1,..., , Eij i j i j( , , , )� � � � 1 0, i j m� �1 2, ,..., , ãäå Eij i j i j( , , , )� � � � 1 0 — îäíî èç íåðàâåíñòâ (13). Ïåðåïèøåì (14) â ìàòðè÷íîé ôîðìå:V Z Dk k� 1 0. Ðåøåíèå îïòèìèçàöèîííîé çàäà÷è. Èòàê, íåîáõîäèìî âû÷èñëèòü çíà÷åíèå Z* òàêîå, ÷òî Z F Z Z G* argmin{ ( ) : }� � . Ïîñêîëüêó äàííàÿ çàäà÷à ÿâëÿåòñÿ ìíîãîýêñòðåìàëüíîé [3], ïîèñê ãëîáàëüíîãî îïòèìóìà — ÷ðåçâû- Îïòèìèçàöèÿ ðàçìåùåíèÿ äèñêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 5 87 ÷àéíî ñëîæíàÿ çàäà÷à. Ïîýòîìó ïðåäëàãàåì àëãîðèòì ïîèñêà ñòàöèî- íàðíîé òî÷êè. À ë ã î ð è ò ì. 1. Ôîðìèðóåì íà÷àëüíîå ðàçìåùåíèå Z0, ñîîòâåòñòâóþùåå äîïóñ- òèìîìó ðàçìåùåíèþ íîñèòåëåé supp Di , i m�1 2, ,..., , â îáëàñòè�. Äëÿ ýòîãî óäîáíî èñïîëüçîâàòü øòðàôíûå ôóíêöèè [12]. 2. Îïðåäåëÿåì âûïóêëîå ìíîæåñòâî G i* , êîòîðîå ñîäåðæèò Z0. 3. Íàõîäèì ñòàöèîíàðíóþ òî÷êó Zi * ôóíêöèè F Z( ) íà ìíîæåñòâå G i* . 4. Åñëè Zi * ÿâëÿåòñÿ ñòàöèîíàðíîé òî÷êîé ïî îòíîøåíèþ êî âñåì ïîäìíîæåñòâàì Gi , i �1,...,2, êîòîðûå ñîäåðæàò Zi * , òî îñòàíàâëèâàåìñÿ. Ðåøåíèå ïîëó÷åíî. Èíà÷å, åñëè Gk äîïóñêàåò óëó÷øåíèå F Z( ), òî ïåðå- õîäèì ê øàãó 3. Îïèøåì òåïåðü àëãîðèòì ïîèñêà ñòàöèîíàðíîé òî÷êè ôóíêöèè (4) íà âûïóêëîì ìíîæåñòâå G i* . Çàïèøåì ôóíêöèþ (4) â âèäå F Z u Z j j( ) max ( )� , ãäå u Z u x y Zj j j( ) ( , , )� , j p�{ , ,..., }1 2 , Z G i � * . Äëÿ ðåøåíèÿ äàííîé ìèíè- ìàêñíîé çàäà÷è èñïîëüçóåì ñëåäóþùèé èòåðàòèâíûé ìåòîä [11]. Ïóñòü Q Z g G g Z i i* *( ) { :|| || }� � � +1 , ãäå || ||3 — íîðìà â R m2 . Ââåäåì ñëåäóþùèå ôóíêöèè: ! ( ) min max ( ), * ( ) ( ) Z u Z g Z g Q Z j R Z j i � 4 � � � , !5 5 ( ) min max ( ), * ( ) ( ) Z u Z g Z g Q Z j R Z j i � 4 � � � , ãäå R Z( ) � { j p�{ , , ..., }1 2 : u Z F Zj ( ) ( )� }; R Z5 ( ) � { j p�{ , , ..., }1 2 : F Z( )� � +u Zj ( ) 5}; 3 3, — ñêàëÿðíîå ïðîèçâåäåíèå. Ïóñòü 5 0 06 , 7 0 06 è Z G i 0� * . Ïðåäïîëîæèì, ÷òî íà l-é èòåðàöèè Z Gl i � * . Åñëè ! ( )Zl �0 , òî Zl — ñòàöèîíàðíàÿ òî÷êà ôóíêöèè F Z( ) íà ìíîæåñòâå G i* . Ïðîöåññ ðåøåíèÿ çàêîí÷åí. Åñëè ! ( )Zl � 0 , òî ðàññìîòðèì ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ÷èñåë 5 58 8� 0 2/ , 8� 0 1 2, , , ..., è íàéäåì 8 8� � òàêîå, ÷òî! 7 5 55 88� ( ) �Zl + � 0 0 . Ïóñòü 5 58� �� . Ïðåäïîëîæèì, ÷òî g Q i i* *� , òàê ÷òî !5 5 � ( ) ( ) max ( ), � *Z u Z g Zl j R Z j l i l l � 4 � � . Äëÿ òîãî ÷òîáû íàéòè òî÷êó g Q i i* *� , íåîáõîäèìî ðåøèòü ñëåäóþùóþ çàäà÷ó ëèíåéíîãî ïðîãðàììèðîâàíèÿ: y u Z g Z y j R Zj l l l� 4 � + �min, ( ), , ( ),�5 V Z D i i* *� 1 0, | |g Zl� +1. Â.Á. Êðûæàíîâñêèé 88 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2014. V. 36. ¹ 5 Òåïåðü ðàññìîòðèì îòðåçîê S S Z g Z i l i l� � � �* *( ) ( )9 9 , 0 1+ +9 . Î÷åâèäíî, ÷òî S Q i i* *( )9 � . Äàëåå, íàéäåì òî÷êó 9 i* [ , ]� 0 1 òàêóþ, ÷òî F S F S i i i ( ( )) min ( ( ))* * * [ , ] 9 9 9 � � 0 1 2 . Ïðè ýòîì ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ îäíèì èç èòåðàòèâíûõ ìåòîäîâ îäíîìåðíîé îïòèìèçàöèè äëÿ íåëèíåéíûõ ôóíê- öèé. Ïðîäîëæàÿ ýòîò ïðîöåññ, ïîëó÷àåì ïîñëåäîâàòåëüíîñòü { , ,Z Z0 1 ..., , ...}Zl è F Z F Z F Zl( ) ( ) ... ( ) ...0 16 6 6 6 . Èçâåñòíî [11], ÷òî åñëè äàííàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü êîíå÷íà, òî ïîñëåäíèé åå ýëåìåíò åñòü ñòàöèîíàðíîé òî÷êîé ôóíêöèè F Z( ) íà ìíîæåñòâå G i* . Åñëè ýòà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü áåñêîíå÷íàÿ, òî ëþáàÿ ãðàíè÷íàÿ òî÷êà ÿâëÿåòñÿ ñòàöèîíàðíîé òî÷êîé ôóíêöèè F Z( ) íà ìíîæåñòâå G i* . Âû÷èñëèòåëüíûé ýêñïåðèìåíò. Ãåîìåòðè÷åñêèå è òåïëîôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà, ÷èñëî è íà÷àëüíîå ðàçìåùåíèå èñòî÷íèêîâ äëÿ çàäà÷è (1)—(3) òàêèå æå, êàê â ðàáîòàõ [13, 14], â êîòîðûõ ôèçè÷åñêîå ïîëå ÿâëÿåòñÿ ðàñïðåäåëåíèåì òåìïåðàòóðû â ðàñ÷åòíîé îáëàñòè. Îäíîé èç ìèíèìèçè- ðóåìûõ ôóíêöèé åñòü ôóíêöèÿ ìàêñèìóìà òåìïåðàòóðû â óçëàõ ðåãó- ëÿðíîé ñåòêè. Ðàñ÷åòíûå äàííûå äëÿ çàäà÷è (1)—(3) ñëåäóþùèå: k = 0,25 Âò/(ì 3 ãðàä); � � 0, q � 0, a = 5 ñì, b = 5 ñì; ðàññåèâàåìàÿ èñòî÷íèêîì ìîùíîñòü 0,06 Âò. Êîîðäèíàòû ôèêñèðîâàííûõ òî÷åê îáëàñòè �, îáðàçóþùèõ ðåãóëÿðíóþ ñåòêó, ïðèâåäåíû â òàáë. 1, à êîîðäèíàòû íîñèòåëåé èñòî÷íèêîâ ïðè íà- ÷àëüíîì è ïîëó÷åííîì îïòèìàëüíîì ðàçìåùåíèè — â òàáë. 2. Íà÷àëüíîå ðàçìåùåíèå íîñèòåëåé èñòî÷íèêîâ supp Di , i = 1, ..., 9, â îáëàñòè � è ðàñïðåäåëåíèå ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2, à, à ðåçóëüòàòû ðàçìåùåíèÿ íîñèòåëåé ñ ïîìîùüþ ïðåäëîæåííîãî àëãîðèòìà è ñîîòâåòñòâóþùåå ðàñïðåäåëåíèå ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ — íà ðèñ. 2, á. Îïòèìèçàöèÿ ðàçìåùåíèÿ äèñêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 5 89 Íîìåð òî÷êè x, ñì y, ñì Íîìåð òî÷êè x, ñì y, ñì 1 0,5 0,5 9 0,5 3,25 2 1,75 0,5 10 1,75 3,25 3 3,25 0,5 11 3,25 3,25 4 4,5 0,5 12 4,5 3,25 5 0,5 1,75 13 0,5 4,5 6 1,75 1,75 14 1,75 4,5 7 3,25 1,75 15 3,25 4,5 8 4,5 1,75 16 4,5 4,5 Òàáëèöà 1 Â.Á. Êðûæàíîâñêèé 90 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2014. V. 36. ¹ 5 Ðèñ. 2. Íà÷àëüíîå (à) è îïòèìàëüíîå (á) ðàçìåùåíèÿ íîñèòåëåé èñòî÷íèêîâ (çíà÷åíèÿ ïîëÿ óêàçàíû âîçëå ñîîòâåòñòâóþùèõ òî÷åê 1—9) è ñîîòâåòñòâóþùèå ôèçè÷åñêèå ïîëÿ â îáëàñòè � supp Di Êîîðäèíàòû íîñèòåëåé èñòî÷íèêîâ ïðè ðàçìåùåíèè íà÷àëüíîì îïòèìàëüíîì �i �i �i �i 1 1,5 1,5 0,25 0,25 2 2,5 1,5 0,75 0,25 3 3,5 1,5 4,75 0,25 4 1,5 2,5 0,25 0,75 5 2,5 2,5 2,53 0,75 6 3,5 2,5 4,75 0,75 7 1,5 3,5 0,25 1,25 8 2,5 3,5 0,75 4,75 9 3,5 3,5 4,75 1,25 Òàáëèöà 2 Êàê âèäèì, ðàçðàáîòàííûé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ÷èñëåííî ïîëó÷àòü ÷àñò- íûå ïðîèçâîäíûå ðåøåíèÿ êðàåâîé çàäà÷è ïî ïàðàìåòðàì ðàçìåùåíèÿ íîñèòåëåé èñòî÷íèêîâ. Âûâîäû Ïðèìåíÿåìûé äëÿ ñìåøàííûõ êðàåâûõ çàäà÷ ìåòîä ïîñëåäîâàòåëüíî îäè- íî÷íîãî ðàçìåùåíèÿ íîñèòåëåé èñòî÷íèêîâ [3, 4] íå ãàðàíòèðóåò ñòàöèî- íàðíîñòè ïîëó÷àåìûõ òî÷åê. Ðàññìîòðåííàÿ â ðàáîòàõ [5, 6, 12] êðàåâàÿ çàäà÷à áûëà î÷åíü óïðîùåííîé, ÷òî ñâÿçàíî ñ íåîáõîäèìîñòüþ ïîëó÷èòü åå ðåøåíèå â âèäå òðèãîíîìåòðè÷åñêîãî ðÿäà è, êàê ñëåäñòâèå, ñ âîçìîæ- íîñòüþ ïîëó÷èòü ÷àñòíûå ïðîèçâîäíûå ïî ïàðàìåòðàì ðàçìåùåíèÿ. Ïðåä- ëàãàåìûé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ðàññìàòðèâàòü äîñòàòî÷íî øèðîêèé êëàññ êðàåâûõ çàäà÷, âîçíèêàþùèõ íà ïðàêòèêå, èñïîëüçóÿ äëÿ ýòîãî ìåòîä ðåøåíèÿ çàäà÷ îïòèìàëüíîãî ðàçìåùåíèÿ äèñêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ ôèçè- ÷åñêîãî ïîëÿ, îïèñûâàåìîãî ñìåøàííîé êðàåâîé çàäà÷åé äëÿ äèôôåðåí- öèàëüíîãî óðàâíåíèÿ â ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ. ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ 1. Chen C.C.-P., et al. Temperature-Aware Placement for SOCs // Proc. of the IEEE. — 2006. — Vol. 94, ¹ 8. — P. 1502—1517. 2. Chopade R.P., Mishra S.C., Mahanta P., Maruyama S. Effects of locations of a 3-D design object in a 3-D radiant furnace for prescribed uniform thermal conditions // Applied Thermal Engineering. — 2011. — Vol. 31, Issue 16. — P. 3262—3274. 3. Ñòîÿí Þ.Ã., Ïóòÿòèí Â.Ï. Îïòèìèçàöèÿ òåõíè÷åñêèõ ñèñòåì ñ èñòî÷íèêàìè ôèçè- ÷åñêèõ ïîëåé. — Êèåâ: Íàóê. äóìêà, 1988. — 192 ñ. 4. Ñòîÿí Þ.Ã., Ïóòÿòèí Â.Ï., ×óá È.À. Îïòèìèçàöèÿ òåìïåðàòóðíîãî ïîëÿ ïåðôîðèðî- âàííîé ïëàñòèíû ñ äèñêðåòíûìè òåïëîâûìè èñòî÷íèêàìè // Äîêë. ÀÍ ÓÑÑÐ. Ñåð. À. — 1985. — ¹ 11. — Ñ. 64—67. 5. ßðåì÷óê Ñ.È., Áóðäà Ð.Â., Ìàòóùåíêî Ñ.Ñ. Àëãîðèòì ðåøåíèÿ äèñêðåòíîé ìèíèìàêñ- íîé çàäà÷è ðàçìåùåíèÿ èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ // ʳáåðíåòèêà ³ ñèñòåìíèé àíàë³ç. — 2009. — ¹ 5. — Ñ. 153—163. 6. ×óâàøåâà Ñ.È. ×èñëåííûå ìåòîäû ðåøåíèÿ îäíîãî êëàññà îïòèìèçàöèîííûõ çàäà÷ ðàçìåùåíèÿ èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêèõ ïîëåé: Äèññ. êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê. — Õàðüêîâ, 1984. — 107 ñ. 7. Ñòîÿí Þ.Ã., ßðåì÷óê Ñ.È., Êðûæàíîâñêèé Â.Á. Äèôôåðåíöèðóåìîñòü ïîëÿ äèñê- ðåòíûõ èñòî÷íèêîâ ïî ïàðàìåòðàì èõ ðàçìåùåíèÿ // Äîï. ÍÀÍ Óêðà¿íè. — 1995. — ¹ 10. — Ñ. 38—40. 8. Yaremchuk S., Kryzhanivskyy V. Problem of optimal placement of discrete physical field sources // Applied Numerical Mathematics. — 2004. — Vol. 50, ¹ 1. — Ñ. 121—131. 9. Êðèæàí³âñüêèé Â.Á. ×èñåëüíå äèôåðåíö³þâàííÿ ðîçâ’ÿçêó êðàéîâî¿ çàäà÷³ çà ïàðàìåò- ðàìè ðîçì³ùåííÿ äæåðåë ô³çè÷íîãî ïîëÿ // Ìàòåìàòè÷í³ ìàøèíè ³ ñèñòåìè. — 2011. — ¹ 3. — Ñ.73—79. 10. Ñòîÿí Þ.Ã., ßêîâëåâ Ñ.Â. Ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè è îïòèìèçàöèîííûå ìåòîäû ãåî- ìåòðè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ. — Êèåâ : Íàóê. äóìêà, 1986. — 268 ñ. 11. Äåìüÿíîâ Â.Ô., Ìàëîçåìîâ Â.Í. Ââåäåíèå â ìèíèìàêñ. — Ì. : Íàóêà, 1972. — 368 ñ. Îïòèìèçàöèÿ ðàçìåùåíèÿ äèñêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 5 91 12. Æîâíîâñüêèé Ä.Î. Ìåòîä øòðàôíèõ ôóíêö³é îïòèì³çàö³¿ ðîçì³ùåííÿ äèñêðåòíèõ äæåðåë ô³çè÷íîãî ïîëÿ // ³ñí. Æèòîìèðñüêîãî ³íæåíåðíî-òåõíîëîã³÷íîãî ³íñòèòóòó. — 1998. — ¹ 8. — Ñ. 293—298. 13. Felczak M., Wiecek B. Application of genetic algorithms for electronic devices placement in structures with heat conduction through the substrate // Microelectronics Reliability.— 2011. — Vol. 51, Issue 2. — P. 453—459. 14. Felczak M., Wiecek B., G. De Mey G. Optimal placement of electronic devices in forced con- vective cooling conditions // Ibid. — 2009. — Vol. 49, Issue 12. — P. 1537—1545. V. Kryzhanivskyy OPTIMIZATION OF PLACEMENT OF DISCRETE SOURCES OF PHYSICAL FIELD DESCRIBED BY MIXED BOUNDARY PROBLEM The paper deals with minimax placement problem of discrete physical field sources. The field distribution is described by Poisson’s equation with mixed boundary conditions. The objective function is a maximum of field on a finite point set. In the practice these points form a regular grid on a given domain. The set of admissible values of source placement parameters is defined by mutual non-overlapping and belonging of sources to the given domain. The domain and sources are supposed to be rectangles. One of the methods for solving minimax problems, which provides a local optimum and requires computation of partial derivatives with respect to source placement parameters, is used as the solution method. Since the boundary value problem is solved by the method of finite elements, the algorithm to obtain these derivatives is proposed. As a practical example we solved the placement problem for electronic devices with thermal criterion. K e y w o r d s: optimization of distributed parameter systems, mathematical programming, finite element method. REFERENCES 1. Chen C.C.-P., et al. Temperature-aware placement for SOCs // Proc. of the IEEE. — 2006. — Vol. 94, ¹ 8. — P. 1502—1517. 2. Chopade R.P., Mishra S.C., Mahanta P., Maruyama S. Effects of locations of a 3-D design object in a 3-D radiant furnace for prescribed uniform thermal conditions // Applied Thermal Engineering. — 2011. — Vol. 31, Issue 16. — P. 3262—3274. 3. Stoyan Yu., Putiatin V. Optimization of Technical Systems with Physical Field Sources. — Kyiv: Nauk. Dumka, 1988. — 192 p. (in Russian). 4. Stoyan Yu., Putiatin V., Chub I. Optimization of temperature field of perforated plate with dis- crete heat sources // Proc. Acad. Sc. of Ukraine. Section A. — 1985. — ¹ 11. — P. 64—67 (in Russian). 5. Yaremchuk S., Burda R., Matuschenko S. An algorithm to solve a discrete minimax problem of placement of physical field sources // Cybernetics and System Analysis. — 2009. — ¹ 5. — P. 153—163 (in Russian). 6. Chuvashova S. Numerical methods of solving of one class of optimization problems of phys- ical field source placement: A Thesis for the Degree of Doctor of Philosophy. — Kharkov, 1984. — 107 p. (in Russian). 7. Stoyan Yu., Yaremchuk S., Kryzhanivskyy V. Differentiability of discrete source field with re- spect to placement parameters // Proc. Acad. Sc. of Ukraine. — 1995. — ¹ 10 . — P. 38—40 (in Russian). Â.Á. Êðûæàíîâñêèé 92 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2014. V. 36. ¹ 5 , , 8. Yaremchuk S., Kryzhanivskyy V. Problem of optimal placement of discrete physical field sources // Applied Numerical Mathematics. — 2004. — Vol. 50, ¹ 1. — P. 121—131. 9. Kryzhanivskyy V. Numerical differentiation of boundary problem solution with respect to placement parameters of physical field sources // Mathematical Machines and Systems. — 2011. — ¹ 3. — P. 73—79 (in Ukrainian). 10. Stoyan Yu., Yakovlev S. Mathematical models and optimization methods of geometrical de- sign. — Kyiv: Naukova Dumka, 1986. — 268 p. (in Russian). 11. Demianov V., Malozemov V. Fundamentals of Minimax. — Moscow: Nauka, 1972. — 368 p. (in Russian). 12. Zhovnovskyy D. Penalty functions method to solve the optimization problems of discrete phys- ical field sources placement // Proc. Zhytomyr Technological Institute. — 1998. — ¹ 8. — P. 293—298 (in Ukrainian). 13. Felczak M., Wiecek B. Application of genetic algorithms for electronic devices placement in structures with heat conduction through the substrate // Microelectronics Reliability. — 2011. — Vol. 51, Issue 2. — P. 453—459. 14. Felczak M., Wiecek B., De Mey G. Optimal placement of electronic devices in forced con- vective cooling conditions // Ibid. — 2009. — Vol. 49, Issue 12. — P. 1537— 1545. Ïîñòóïèëà 03.01.14; ïîñëå äîðàáîòêè 10.04.14 ÊÐÛÆÀÍÎÂÑÊÈÉ Âÿ÷åñëàâ Áîðèñîâè÷, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê, äîöåíò, äîöåíò êàôåäðû ïðî- ãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ ñèñòåì Æèòîìèðñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî óíèâåðñè- òåòà.  1991 ã. îêîí÷èë Æèòîìèðñêèé ôèëèàë Êèåâñêîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî èí-òà. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — ìàòåìàòè÷åñêîå ïðîãðàììèðîâàíèå, ãåîìåòðè÷åñêîå ïðîåêòèðîâà- íèå, îïòèìèçàöèÿ òåõíè÷åñêèõ ñèñòåì ñ èñòî÷íèêàìè ôèçè÷åñêèõ ïîëåé. Îïòèìèçàöèÿ ðàçìåùåíèÿ äèñêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ ôèçè÷åñêîãî ïîëÿ ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 5 93 , ,
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101063
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0204-3572
language Russian
last_indexed 2025-12-01T04:34:25Z
publishDate 2014
publisher Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
record_format dspace
spelling Крыжановский, В.Б.
2016-05-30T14:41:14Z
2016-05-30T14:41:14Z
2014
Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей / В.Б. Крыжановский // Электронное моделирование. — 2014 — Т. 36, № 5. — С. 81-93. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
0204-3572
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101063
519.85
Предложен метод решения минимаксной задачи размещения источников физического поля, которое описывается смешанной краевой задачей с использованием уравнения Пуассона. Функция цели — максимальное значение физического поля на конечном множестве точек области. Множество допустимых значений параметров размещения источников определяется условиями взаимного непересечения и невыхода источников за пределы области. Предложен способ вычисления частных производных решения краевой задачи по параметрам размещения.
Запропоновано метод розв’язання мінімаксної задачі розміщення джерел фізичного поля, яке описується змішаною крайовою задачею для рівняння Пуассона. Функція цілі — максимальне значення фізичного поля на скінченній множині точок області. Множина припустимих значень параметрів розміщення джерел визначається умовами взаємного неперетину та невиходу джерел за межі області. Запропоновано спосіб обчислення частинних похідних розв’язку крайової задачі за параметрами розміщення.
The paper deals with minimax placement problem of discrete physical field sources. The field distribution is described by Poisson’s equation with mixed boundary conditions. The objective function is a maximum of field on a finite point set. In the practice these points form a regular grid on a given domain. The set of admissible values of source placement parameters is defined by mutual non-overlapping and belonging of sources to the given domain. The domain and sources are supposed to be rectangles. One of the methods for solving minimax problems, which provides a local optimum and requires computation of partial derivatives with respect to source placement parameters, is used as the solution method. Since the boundary value problem is solved by the method of finite elements, the algorithm to obtain these derivatives is proposed. As a practical example we solved the placement problem for electronic devices with thermal criterion.
ru
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
Электронное моделирование
Применение методов и средств моделирования
Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей
Optimization of placement of discrete sources of physical field described by mixed boundary problem
Article
published earlier
spellingShingle Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей
Крыжановский, В.Б.
Применение методов и средств моделирования
title Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей
title_alt Optimization of placement of discrete sources of physical field described by mixed boundary problem
title_full Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей
title_fullStr Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей
title_full_unstemmed Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей
title_short Оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей
title_sort оптимизация размещения дискретных источников физического поля, описываемого смешанной краевой задачейполя, описываемого смешанной краевой задачей
topic Применение методов и средств моделирования
topic_facet Применение методов и средств моделирования
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101063
work_keys_str_mv AT kryžanovskiivb optimizaciârazmeŝeniâdiskretnyhistočnikovfizičeskogopolâopisyvaemogosmešannoikraevoizadačeipolâopisyvaemogosmešannoikraevoizadačei
AT kryžanovskiivb optimizationofplacementofdiscretesourcesofphysicalfielddescribedbymixedboundaryproblem