Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур
Дано определение структурной изомерии. Обоснована взаимосвязь структурной изомерии с генетическим принципом репликации электромагнитных хромосом. Разработан метод синтеза структурных изомеров на основе последовательного применения генетических и геометрических преобразований. Дається визначення стру...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143169 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур / В.Ф. Шинкаренко, А.А. Августинович, В.В. Лысак, М.А. Вахновецкая // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 1. — С. 33-36. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860239936706314240 |
|---|---|
| author | Шинкаренко, В.Ф. Августинович, А.А. Лысак, В.В. Вахновецкая, М.А. |
| author_facet | Шинкаренко, В.Ф. Августинович, А.А. Лысак, В.В. Вахновецкая, М.А. |
| citation_txt | Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур / В.Ф. Шинкаренко, А.А. Августинович, В.В. Лысак, М.А. Вахновецкая // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 1. — С. 33-36. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | Дано определение структурной изомерии. Обоснована взаимосвязь структурной изомерии с генетическим принципом репликации электромагнитных хромосом. Разработан метод синтеза структурных изомеров на основе последовательного применения генетических и геометрических преобразований.
Дається визначення структурної ізомерії. Обгрунтовано взаємозв’язок структурної ізомерії з генетичним принципом реплікації електромагнітних хромосом. Розроблено метод синтезу структурних ізомерів на основі послідовного застосування генетичних і геометричних перетворень.
The definition of structural isomery is given. Relation between structural isomery and genetic principle of electromagnetic chromosomes replication is validated. A structural isomers synthesis method based on sequential genetic and geometrical transformations is developed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:28:56Z |
| format | Article |
| fulltext |
Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №1 33
УДК 621.313
СТРУКТУРНАЯ ИЗОМЕРИЯ И ЕЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЗАДАЧАХ
ГЕНЕТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СТРУКТУР
Шинкаренко В.Ф., д.т.н., проф., Августинович А.А., магистр, Лысак В.В., Вахновецкая М.А.
Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический інститут"
Украина, 03056, Киев – 56, пр-т Перемоги, 37, НТУУ "КПИ", корп. 20, кафедра электромеханики
тел./факс (044) 241-76-38; Е-mail: ntuukafem @ ua.fm
Дається визначення структурної ізомерії. Обгрунтовано взаємозв’язок структурної ізомерії з генетичним принципом
реплікації електромагнітних хромосом. Розроблено метод синтезу структурних ізомерів на основі послідовного за-
стосування генетичних і геометричних перетворень.
Дано определение структурной изомерии. Обоснована взаимосвязь структурной изомерии с генетическим принципом
репликации электромагнитных хромосом. Разработан метод синтеза структурных изомеров на основе последова-
тельного применения генетических и геометрических преобразований.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие электромеханики как науки, непо-
средственно связано с созданием и расширением
практического использования электромеханиче-
ских преобразователей энергии. Одна из ключевых
задач современной фундаментальной науки заклю-
чается в научном объяснении закономерностей
прогрессирующего разнообразия объектов элек-
тромеханики и выявления источников их структур-
ного разнообразия, знания о которых открывают
возможность к систематизации накопленной ин-
формации и реализации стратегии предвидения
новых классов и разновидностей электромеханиче-
ских систем (ЭМ-систем).
Указанные проблемы впервые нашли свое
теоретическое обобщение в рамках теории генети-
ческой эволюции электромеханических систем
(ЭМ-систем) [1]. Теоретической основой новой
теории явилось открытие периодической системы
электромагнитных элементов (первичных источни-
ков поля), наделенных генетическими свойствами.
В рамках новой теории обоснована взаимосвязь
фундаментальных принципов сохранения симмет-
рии, универсального принципа генетического ко-
дирования и свойствоа структурной периодичности
источников электромагнитного поля. Впервые на-
учно доказана генетическая природа Вида ЭМ-
системы и разработана теория эволюции Видов
ЭМ-систем. Нашли научное объяснение такие сис-
темные свойства как изотопия, принцип парности и
гомология электромеханических структур.
Развитие новых теорий, связано не только с
кардинальным пересмотром существующих пред-
ставлений в конкретной области знаний, но и с
возможностью решения принципиально новых за-
дач, постановка которых ранее была проблематич-
ной, или полностью невозможной.
К таким новым направлениям относится зада-
ча научного объяснения свойства изомерии, кото-
рое широко проявляется в электромагнитных и
электромеханических системах. В данной статье
впервые обобщены результаты системного анализа
изомерии в электромагнитных структурах и подход
к ее моделированию в задачах генетического синте-
за сложных электромеханических структур (ЭМ-
структур).
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПРИРОДА СТРУКТУРНОЙ
ИЗОМЕРИИ
Как было показано в предыдущих работах [2, 3],
структурное разнообразие произвольного Вида ЭМ-
систем, на хромосомном уровне, определяется ограни-
ченным набором электромагнитных хромосом, совокуп-
ность которых обобщается понятием генома Вида. Ме-
тодологию генетического синтеза структуры генома оп-
ределяют генетические принципы структурообразования
(скрещивания, репликации, инверсии, кроссинговера и
мутации), которые реализует Природа при создании
своих сложных систем.
Одним из наиболее продуктивных генетических
принципов, является репликация (от лат. replicatio – по-
вторение), отвечающая за количественный состав струк-
турных композиций K, образованных из k однотипных
элементов типа s0:
fR (s0) → kr s0 ∈ K, (1)
где: s0 – электромагнитная хромосома-репликатор; kR –
коэффициент репликации.
Примерами структурных вариантов ЭМ-систем, ге-
ном которых определяется принципом репликации, яв-
ляются многосекционные, многообмоточные, многопо-
люсные, многоиндукторные, многороторные, и т.д.
структуры, которые широко встречаются на различных
уровнях структурной организации функциональных
классов электрических машин. Идея генетической реп-
ликации лежит также в основе модульного принципа
проектирования различных технических систем.
При коэффициенте репликации kR ≥ 2, составная
ЭМ-структура допускает различные варианты простран-
ственных компоновок (композиций, перестановок), ко-
личество которых возрастает с увеличением значения kR.
Это свойство носит системный характер, так как прояв-
ляется на любом уровне структурной организации мно-
гоэлементных ЭМ-структур. Свойство, связанное с на-
личием множества вариантов пространственного раз-
мещения из одинакового количества однотипных эле-
ментов, будем называть структурной изомерией (в от-
личие от изомерии вещества), а множества их простран-
ственных композиций – структурными изомерами.
34 Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №1
Структурная изомерия широко проявляется в
многоэлементных электромагнитных и электроме-
ханических системах. Исходя из приведенного вы-
ше определения, к классу структурных изомеров
относятся: множества пространственных схем со-
единения параллельных ветвей в якорных обмот-
ках; варианты пространственного размещения по-
люсов на активных поверхностях; схемы укладки
лобовых частей секций многофазных обмоток;
компоновочные схемы многоиндукторных ЭМ-
систем и т.д.
Структурные изомеры как целостные объекты,
могут приобретать новые функциональные свойст-
ва, отсутствующие в исходных структурных моду-
лях (свойство эмерджентности). Такие структуры
обладают большим эвристическим потенциалом и
представляют основу для разработки оригинальных
технических решений.
Таким образом, в концепции генетического
видообразования ЭМ-систем, структурная изоме-
рия представляет собой неотъемлемое свойство
генетического принципа репликации и является
одним из важных источников структурного разнообра-
зия ЭМ-систем.
МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИНТЕЗ
СТРУКТУР - ИЗОМЕРОВ
Роль теоретического базиса в методологии генети-
ческого синтеза ЭМ-структур выполняют принцип со-
хранения генетической информации и генетические мо-
дели видообразования, относящиеся к классу высокоин-
теллектуальных информационных моделей, наделенных
явно выраженной прогностической функцией [1, 3]. Та-
кие модели позволили впервые раскрыть внутреннюю
структуру Видов и нашли применение в технологии ге-
нетического предвидения и направленного синтеза их
популяционной структуры, независимо от уровня разви-
тия Вида (включая неявные Виды, еще отсутствующие
на текущее время структурной эволюции).
Исходная генетическая информация о структурных
изомерах содержится в реплицированных электромаг-
нитных хромосомах (kr S0) ∈ S (где S – исследуемый
Вид ЭМ-системы), отображаемых генетическими моде-
лями видообразования (рис. 1).
П*21 П*41 П*22 П*42 П31 П42 П22 П43
П*41 П*51 П*32 П41 П21 П32 П53 П33
S*51 S53
S*41 S*42 S41 S42 S43
S*31 S*32 S31 S32 S33
S*21 S22
S*22 S21
S*0 S0
Рис. 1. Генетическая модель популяционной структуры цилиндрических электрических машин поступательного
движения (базовый вид ЦЛ 2.0х): ЦЛ 2.0х – родительская хромосома; 1 – порождающая пара хромосом 1-го поколения
(S0 – парная хромосома (нормальная); S-1
0 – инверсная); 2 – хромосомный набор 2-го поколения ; 3 – хромосомный набор
2 + п (п = 1,2,...) поколений; 4 – структура популяций
Электромагнитные хромосомы такого типа
обладают следующими свойствами:
- они наделены генетической информацией (ге-
нетическим кодом);
- содержат набор однотипных, структурно, элек-
тромагнитно и информационно совместимых
структурных элементов (модулей);
- обладают функциональной целостностью
kr S0 = (S1, S2, …, Sk) ∈ Пі , і = N ,1 , (2)
где, Пі – популяция, порождаемая s0; N – число по-
пуляций Вида S.
Все потенциально возможные варианты простран-
ственных композиций К из п элементов, в общем случае,
являются геометрическим объектами трехмерного про-
странства R3. Поэтому синтез множества возможных
пространственных компоновок можно осуществить,
применяя известный аппарат геометрического модели-
рования [4].
В соответствии с принципом сохранения генетиче-
ской информации, хромосома-репликатор s0 содержит
3
4
2
ЦЛ 2.0 х
1
Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №1 35
генетическую {g} и количественную информацию.
Если эту информацию дополнить метрическими
характеристиками и правилами взаимной ориента-
ции элементарных структур, то такая информация
будет достаточной для отображения множества
возможных композиций К
(S0) = ({g}, {m}, {p}) (3)
где: {g} – генетическая информация о пространст-
венной форме, топологических признаках и элек-
тромагнитной симметрии; {m} – метрические ха-
рактеристики и соотношения; {p} – совокупность
параметров, определяющих взаимную ориентацию
форм S0 в R3.
Генерация возможных вариантов пространст-
венных композиций осуществляется путем после-
довательного применения геометрических преобра-
зований по отношению к s0:
- параллельных переносов S0 вдоль соответст-
вующих осей координат;
- поворотов исходной структуры относительно
осей симметрии порядка п;
- масштабирования в R2 или R3 .
В результате генерации, при заданных ограни-
чениях, получаем конечное множество пространст-
венных композиций из элементов типа s0
∑
=
N
i 1
fi (S0) → ( К1, К2, … , КN ) ⊂ S, (4)
где fi(S0) - і-я функция геометрического преобразо-
вания.
Представленные в (4) композиции отображают
структуру искомых изомеров. Условия однозначно-
сти преобразования определяются исходной ориен-
тацией структуры s0 относительно осей координат
и правилами их применения, которые устанавли-
вают новые пространственные координаты исход-
ного примитива относительно заданных геометри-
ческих инвариантов.
В генетической модели видообразования ре-
зультаты синтеза структурных изомеров отобража-
ются соответствующими узлами ветвления, с указа-
нием структурных кодов изомеров и порождаемых
ими популяций (рис. 2).
В общем случае, мощность синтезируемого
множества структур-изомеров определяется на-
чальными условиями и допущениями, которые
отображают особенности соответствующего функ-
ционального класса ЭМ-систем и накладывают требуе-
мые ограничения на область синтеза. Применительно к
классу электрических машин, к такой информации мо-
гут относиться:
- требуемые варианты пространственного движения
подвижных частей (включая инверсные);
- допустимые режимы функционирования;
- другие требования (ограничения).
П331 П333 П332 П334
S332 S331 S334 S333
fR
Хромосома S33
Структурные изомеры
Рис. 2. Графическое представление узла ветвления
структур – изомеров в генетической модели
Синтезированные композиции изомеров дополняют
и уточняют структуру генома Вида, поэтому их генети-
ческая и приобретенная информация будет сохраняться
во всех структурных представителях электромеханиче-
ских объектов, входящих в структурную популяцию.
Проверка достоверности результатов моделирова-
ния осуществлялась на примере задачи синтеза струк-
турных изомеров для многоиндукторных ЭМ-систем
Вида ЦЛ 2.0х (рис. 1). В качестве порождающей струк-
туры выбрана реплицированная хромосома третьего
поколения S33. В структуре генома указанного Вида
хромосома S33 отвечает за наследственные признаки
многоиндукторных цилиндрических линейных двигате-
лей (ЦЛАД).
В табл. 1 приведены результаты синтеза структур-
ных изомеров для случая трехиндукторных (kR=3), а на
рис. 3 – эквивалентные пространственные схемы цилин-
дрических линейных асинхронных двигателей (ЦЛАД)
возвратно-поступательного движения.
Таблица 1
Результаты синтеза структурних изомеров подвида многоиндукторных цилиндрических асинхронних двигателей
возвратно-поступательного движения (kR =3)
Структурный
код изомера
Геометрическое
преобразоваие* sr
Пространственная струк-
тура изомера Пространственная композиции ЦЛАД
S331 Перенос вдоль оси ОХ Осевая последовательная Трехиндукторная с общим вторичным элемен-
том
S332 Перенос вдоль оси ОУ Плоско-параллельная Трехиндукторная с тремя механически связан-
ными вторичными элементами
S333
Поворот относительно
оси ОХ (α = 2π/3) Поворотно-симметричная Трехиндукторная с тремя механически связан-
ными вторичными элементами
S334
Поворот относительно
оси ОZ (β = 2π/3) Радиально-лучевая
Трехиндукторная с тремя синхронизированными
по направлению движения вторичными элемен-
тами
* В исходной системе координат ось симметрии хромосомы S33 - параллельна оси ОХ.
36 Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №1
S331 S332 S333 S334
1
2
3
3
Рис. 3. Пространственные схемы трехиндукторных ЦЛАД (потомство структур-изомеров, синтезированных на основе
электромагнитной хромосомы S33 ):1 – индуктор; 2 – вторичный элемент; 3 – механическая связь
Из четырех синтезированных структур-изомеров
(табл. 1), структурные представители двух из них (S331
и S333) были выявлены по результатам информацион-
но-патентного поиска, что подтверждает достовер-
ность методики синтеза.
Структурные изомеры S332 и S334 составляют про-
гностическую составляющую результатов синтеза. Они
определяют наследственную информацию неявных
популяций и составляют основу для решения задач
направленного синтеза оригинальных технических
решений.
Генетическая природа изомерии обуславливает
возникновение неизбежных параллелизмов в структу-
рообразовнии ЭМ-систем, относящихся к различным
Видам. Множества таких генетически подобных
структур, относящихся к гомологически родственным
Видам, образуют гомологичные ряды структур-
изомеров.
Наличие указанной закономерности открывает
возможность синтеза гомологичных изомеров, осно-
ванного на использовании закона гомологических
рядов ЭМ-систем. [5].
ВЫВОДЫ
Результаты исследования можно обобщить сле-
дующими положениями:
1. Изомерия представляет собой общесистемное
свойство генетически организованных развивающих-
ся систем и выступает одним из источников их струк-
турного разнообразия.
2. Впервые дано определение понятия "струк-
турная изомерия" применительно к объектам элек-
тромеханики и определены условия ее проявления.
Показано, что структурная изомерия возникает на
хромосомном уровне организации многоэлементных
структур ЭМ-систем, как неотъемлемое свойство ге-
нетического принципа репликации (при условии kR ≥ 2
в R3).
3. Электромагнитные структуры - изомеры об-
ладают генетической информацией и выполняют
функцию порождающих структур по отношению
к объектам и системам более високого уровня слож-
ности.
4. Предложен метод синтеза структурных изо-
меров, основанный на последовательном применении
генетического оператора репликации и группы геоме-
трических преобразований (переносов, вращений,
масштабирования).
Предложенные уточненные генетические модели,
учитывющие структурную изомерию, целесообразно
применять: в технологии генетического предвидения
новых Видов ЭМ-систем; при проведении геномных
исследований, в задачах внутривидовой геносистема-
тики; при создании генетических банков инноваций; в
генетическом проектировании многоэлементных эле-
ктрических машин.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Шинкаренко В.Ф. Основи теорії еволюції електромеха-
нічних систем. – К.: Наукова думка, 2002. – 285 с.
[2] Шинкаренко В.Ф. На пути к расшифровке генома элект-
ромеханических преобразователей энергии. // Технічна
електродинаміка. Темат. вип.: "Проблеми сучасної елек-
тротехніки". Ч.3. - 2004. – С. 40 – 47.
[3] Шинкаренко В.Ф., Августинович А.А., Нестыкайло О.С.
Генетическое моделирование внутривидовой структуры
электромеханических преобразователей энергии // Елек-
тротехніка і електромеханіка, 2006. - № 4. – С. 42 – 46.
[4] Михайленко В.Е. и др. Геометрическое моделирование
и машинная графика в САПР. – К.: Выща школа, 1991. –
374 с.
[5] Шинкаренко В.Ф., Белинский В.С. Конические электри-
ческие машины: структурно-системный анализ класса //
Електромашинобудування та електрообладнання, 2005,
№ 64. – С. 54 – 61.
Поступила 30.08.2008
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143169 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:28:56Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шинкаренко, В.Ф. Августинович, А.А. Лысак, В.В. Вахновецкая, М.А. 2018-10-25T17:36:42Z 2018-10-25T17:36:42Z 2009 Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур / В.Ф. Шинкаренко, А.А. Августинович, В.В. Лысак, М.А. Вахновецкая // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 1. — С. 33-36. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143169 621.313 Дано определение структурной изомерии. Обоснована взаимосвязь структурной изомерии с генетическим принципом репликации электромагнитных хромосом. Разработан метод синтеза структурных изомеров на основе последовательного применения генетических и геометрических преобразований. Дається визначення структурної ізомерії. Обгрунтовано взаємозв’язок структурної ізомерії з генетичним принципом реплікації електромагнітних хромосом. Розроблено метод синтезу структурних ізомерів на основі послідовного застосування генетичних і геометричних перетворень. The definition of structural isomery is given. Relation between structural isomery and genetic principle of electromagnetic chromosomes replication is validated. A structural isomers synthesis method based on sequential genetic and geometrical transformations is developed. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур Structural isomery and its modelling in problems of electromechanical structures genetic synthesis Article published earlier |
| spellingShingle | Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур Шинкаренко, В.Ф. Августинович, А.А. Лысак, В.В. Вахновецкая, М.А. Електричні машини та апарати |
| title | Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур |
| title_alt | Structural isomery and its modelling in problems of electromechanical structures genetic synthesis |
| title_full | Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур |
| title_fullStr | Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур |
| title_full_unstemmed | Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур |
| title_short | Структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур |
| title_sort | структурная изомерия и ее моделирование в задачах генетического синтеза электромеханических структур |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143169 |
| work_keys_str_mv | AT šinkarenkovf strukturnaâizomeriâieemodelirovanievzadačahgenetičeskogosintezaélektromehaničeskihstruktur AT avgustinovičaa strukturnaâizomeriâieemodelirovanievzadačahgenetičeskogosintezaélektromehaničeskihstruktur AT lysakvv strukturnaâizomeriâieemodelirovanievzadačahgenetičeskogosintezaélektromehaničeskihstruktur AT vahnoveckaâma strukturnaâizomeriâieemodelirovanievzadačahgenetičeskogosintezaélektromehaničeskihstruktur AT šinkarenkovf structuralisomeryanditsmodellinginproblemsofelectromechanicalstructuresgeneticsynthesis AT avgustinovičaa structuralisomeryanditsmodellinginproblemsofelectromechanicalstructuresgeneticsynthesis AT lysakvv structuralisomeryanditsmodellinginproblemsofelectromechanicalstructuresgeneticsynthesis AT vahnoveckaâma structuralisomeryanditsmodellinginproblemsofelectromechanicalstructuresgeneticsynthesis |