Лаборатория математической кибернетики и вычислительных технологий2019-06-12T15:50:09+06:00

Зав. лабораторией
Академик НАН РК
Калимолдаев М.Н.

Лаборатория математической кибернетики и вычислительных технологий

Основной деятельностью Лаборатории  является развитие и проведение фундаментальных и прикладных научных исследований в области математического и компьютерного моделирования, дифференциальных уравнений, математической кибернетики и вычислительных технологий, в частности, решение методами математического моделирования и вычислительных технологий актуальные проблемы с учетом приоритетных направлений развития науки, а также   обеспечение проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (далее – НИОКР) субъектами научной и научно-технической деятельности. Основные направления лаборатории: Оптимизация и оптимальное управление динамическими системами, Математическое моделирование и управление динамическими, техническими и экономическими системами.

Приоритетными для Лаборатории являются следующие задачи:

1) Исследование в области математического и компьютерного моделирования;

2) Исследование в области вычислительных технологий;

3) содействие в реализации научных и научно-технических программ и проектов, в том числе фундаментальных, прикладных по приоритетным направлениям научного и технологического развития, содействие в подготовке магистерских, докторских диссертационных работ в соответствующей области научных направлений;

4) распространение новых знаний и технологий;

5) расширение и укрепление связей научной работы с учебным процессом, повышение научной квалификации сотрудников лаборатории и привлечение студентов, магистрантов, докторантов, молодых ученых к НИОКР;

6) проведение совместных научных исследований с отечественными и зарубежными университетами и научными центрами;

7) создание условий для коммерциализации результатов научной и (или) научно-технической деятельности, в целях привлечения инвестиций в сектор высоких технологий;

8) эффективное использование приборов и оборудования для решения задач научного и научно-технического характера;

9) участие в международной научно-технической деятельности и участие на международных конференциях;

10) Успешное выполнение задач по проектам грантового и программно-целевого финансирования, а также проектов по коммерциализации;

11) публикация научных статей по результатам исследования в рейтинговых изданиях, как в стране, так и за рубежом (положение лаборатории)

Сотрудники лаборатории:

  1. Амирханова Г.А.
  2. Абдилдаева А.А.
  3. Ахметжанов М.А.
  4. Жукабаева Т.К.
  5. Галиева Ф.М.
  6. Дуйсенбаева А.
  7. Дузбаев Т.

Зарубежные сотрудники лаборатории:

  1. Евтушенко Ю.Г. http://www.ccas.ru/personal/evtush/evt-r.htm
  2. Посыпкин М.А. https://www.hse.ru/org/persons/192181759
  3. Горчаков А.Ю. https://www.hse.ru/org/persons/224730323
  4. Дрозденко А.А.
  5. Коплык И.В. https://search.rsl.ru/ru/record/01000304669

Основные направления научных и прикладных исследований

Основными направлениями научных и прикладных исследований лаборатории являются:

  • математическое моделирование и управление динамическими, техническими и экономическими системами;

  • разработка и создание  средств многоуровневого разграничения доступа к данным;

  • разработка интеллектуальной электроэнергетической системы;

  • автоматизированное проектирование;

  • теория оптимизации, линейное и нелинейное программирование;

  • искусственный интеллект, экспертные системы, прикладные интеллектуальные системы;

  • разработка систем математического обеспечения;

НАУЧНЫЕ ПРОЕКТЫ ГРАНТОВОГО ФИНАНСИРОВАНИЯ НА 2018-2020 г.г.

1. Разработка интеллектуального информационного комплекса и математических моделей для современных электроэнергетических систем

Руководитель: Абдилдаева А.А., PhD доктор, 37 лет

Количество сотрудников: Всего-7; кандидат наук —2; PhD – 2. Количество публикаций: 9 ; Отечественных — 5; Зарубежных- 2; в журналах  с импакт-фактором (Web of Science, Scopus) — 2

Вид работы: Прикладная

Полученные результаты за 2018 год: Проект направлен на решение прикладной проблемы разработки интеллектуальной системы адаптивной модели энергопотребления с элементами искусственного интеллекта и качественными прогнозными свойствами с целью автоматизации в режиме реального времени.  Разработаны алгоритмы управляемости с использованием многошагового метода Адамаса-Башфорда, проведен анализ и оценка значимых факторов, влияющих на прогнозную динамику объемов потребления электроэнергии построение многофакторных регрессионных и коинтеграционных моделей.

2. Развитие методов оптимизации, ориентированных на широкий класс прикладных задач нанотехнологий

Количество сотрудников: Всего-6; кандидат наук —3; PhD — 3

Количество публикаций: 5; Отечественных — 4; Зарубежных- 1;

Вид работы: Прикладная

Полученные результаты за 2018 год: Разработана двумерная модель плоского кристалла. Получено теоретическое обоснование и разработана программная реализация модели плоской кристаллической решетки. Модель применена для случая двумерного кристалла. Сформулированы оптимизационные задачи для расчета геометрической структуры плоского кристалла. Разработаны методы локализации плоского фрагмента решетки. Разработаны алгоритмы вычисления энергии фрагмента решетки в силовом поле.  Получена программная реализация модели плоской кристаллической решетки. Получены программные модули, входящие в состав плоской модели материала, вычисляющие положения атомов по параметрам решетки.

3. Разработка программного комплекса для решения задач робототехники с применением методов оптимизации и управления

Руководитель: Ахметжанов М.А., PhD доктор, 29 лет

Количество сотрудников: Всего-5; доктор наук —3; PhD — 1

Количество публикаций: 4 ; отечественных — 1; зарубежных- 3

Вид работы: Прикладная

Полученные результаты за 2018 год:

Разработаны теория и методы аппроксимации множеств, задаваемых нелинейными функциональными неравенствами, играющими ключевую роль в задачах построения рабочей области, разработан метод покрытий, позволяющий строить внешние и внутренние аппроксимации множеств, задаваемых нелинейными неравенствами. разработаны алгоритмы аппроксимации рабочей области для роботов параллельной структуры, разработана методика проведения экспериментальных исследований.

НАУЧНЫЕ ПРОЕКТЫ ГРАНТОВОГО и программно-целевого ФИНАНСИРОВАНИЯ НА 2009-2017 г.г.

«Разработка и исследование моделей национального алгоритма шифрования на базе модулярной арифметики» (2015-2017 гг.)

«Математическое моделирование, разработка, исследование и реализация методов решения задач динамической оптимизации большой размерности на современной высокопроизводительной вычислительной технике» (2015-2017 гг.).

«Разработка методов оптимальной стабилизации макроэкономических моделей с учетом научно-технологического прогресса, конфликта и неопределенностей рассредоточенных управляемых динамических систем» в РГП ИПИУ МОН РК (2009-2011 гг.);

«Разработка математических моделей управления и устойчивости движения фазовых (электроэнергетических) систем» в РГП ИПИУ МОН РК (2012-2014 гг.) по приоритету 5. «Интеллектуальный потенциал страны»;

«Разработка математических моделей и создание программного комплекса исследования динамики сложных электроэнергетических систем» в РГП ИПИУ МОН РК (2012-2014 гг.) по приоритету 1. «Энергетика».

Разработаны теоретический базис и алгоритмы для ускорения метода неравномерных покрытий. Разработанные подходы основаны на использовании дополнительных условий экстремума первого и второго порядка.

Исследованы методы решения многокритериальных задач, основанные на концепции неравномерных покрытий. Разработаны подходы, основанные на локальном поиске, позволяющие улучшить качество получаемой аппроксимации и ускоряющие поиск. Предложенный подход реализован в рамках объектно-ориентированной С++ библиотеки. В частности, разработаны классы для редукций, фабрик редукций, классы для применения редукций и основной класс решателя (BaseSolver), использующий эти классы. Проведены серии вычислительных экспериментов, показывающие высокую эффективность предложенной методики и программного обеспечения. Предложен новый подход, основанный на априорной оценке несобственных интегралов вдоль решения системы, отличающийся  от известных методов исследования абсолютной устойчивости положения равновесия.

Разработана программа реализации задач абсолютной устойчивости положения равновесия нелинейной системы. Доказаны теоремы об абсолютной устойчивости положения равновесия нелинейной системы.  Для исследования абсолютной устойчивости нелинейных регулируемых систем получены дополнительные соотношения связывающие фазовые переменные, что позволяет получить более эффективные условия абсолютной устойчивости нелинейных систем.

Разработаны математические и информационные модели управляемых динамических систем.

Исследованы модели управляемых динамических систем.

Рассмотрены вопросы решения задач оптимального управления нелинейной системой обыкновенных дифференциальных уравнений в двух разных случаях.

На основе математических моделей разработана информационная система для исследования устойчивости и оптимального управления сложных электроэнергетических систем. Система предназначена для быстрого выявления повреждённых элементов в аварийных ситуациях с целью обеспечения нормальной работы всей системы. Система реализована в рамках объектно-ориентированного языка программирования С#.

Исследование динамики конкретных электроэнергетических систем

Управление системы «синхронный генератор-паровая турбина»

Устойчивость движения синхронного генератора

Программное управление электроэнергетической системы

Макет энергосистемы состоит из трёх тепловых электростанций (ТЭС), жилых домов и центра управления. Синхронную работу системы обеспечивает созданный программный комплекс, расположенный в центре управления. Программное обеспечение анализирует состояние синхронной работы системы в каждый момент времени.

Если в системе  произойдет авария или сбой, в результате которого система теряет свою синхронность, то данный программный продукт  определяет это с помощью датчиков. И если одна из электростанций выйдет из строя, то мощность остальных станций автоматически увеличится для обеспечения требуемой потребляемой мощности. Используя характеристики вышедшего из строя генератора, программное обеспечение выбирает для него алгоритм оптимального управления, и действуя по данному алгоритму, приводит вышедший из строя генератор в рабочее состояние.

Получены свидетельства об интеллектуальной собственности:

Коспанова К.К., Калимолдаев М.Н., Джусупов А.А., Гречко С.М. Свидетельство № 543 от 26 апреля 2010 г. о государственной регистрации объекта интеллектуальной собственности под названием «Математическое моделирование и динамика конкретных управляемых систем в нефтегазовой отрасли» (научное произведение).

Бияшев Р.Г., Калимолдаев М.Н., Нысанбаева С.Е., Капалова Н.А., Амиргалиева Ж.Е. Свидетельство № 1877 от 22 декабря 2010 г. о государственной регистрации объекта интеллектуальной собственности под названием «GentestCrypt» (программа для ЭВМ).

Койбагаров К.Ч., Мусабаев Р.Р., Калимолдаев М.Н. Свидетельство № 1605 от 5 декабря 2013 г. о государственной регистрации объекта интеллектуальной собственности под названием «Морфологический анализатор казахского языка» (комплекс программ для ЭВМ).

Шаршеналиев Ж.Ш., Калимолдаев М.Н., Замай В.И., Добровольский Н.С., Калашников А.Л. Патент №1731 зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Кыргызской Республики 31.03.2015г. под названием «Способ измерения уровня жидкости и устройство для его осуществления» Институт автоматики и информационных технологий Национальной академии наук Кыргызской Республики.

Публикации

Kalimoldayev M.N., Aisagaliev S.A.  Certain problems of synchronization theory // Journal of Inverse and III-posed Problems. – De Gruyter, 2013 – V. 21, Issue 1. – P. 159-175.

Kalimoldayev M. N., Jenaliyev M. T., Abdildayeva  A. A. On the optimality one power system // 2nd International Conference on Analysis and Applied Mathematics (ICAAM-2014). — Shymkent, Kazakhstan. – 2014. – Vol. 1611. – P. 194-198.

Ahmetzhanov  M. A., Jenaliyev  M. T., Kalimoldayev  M. N. On the controllability of the multidimensional phase system // 2nd International Conference on Analysis and Applied Mathematics (ICAAM-2014). — Shymkent, Kazakhstan. – 2014. – Vol. 1611. – P. 190-193.

Alimhan  Keylan, Otsuka Naohisa, Adamov A. A., Kalimoldayev  M. N. Global Practical Output Tracking of Inherently Nonlinear Systems Using Continuously Differentiable Controllers // Mathematical problems in engineering. – 2015.

M.N.Kalimoldayev, L.S.Kopbosyn, A.A.Abdildayeva, T.Duzbayev, M.Akhmetzhanov. Stability of motion “In the large” of some class of phase system // Journal of Mathematics and System Science. – 2015. — №5. – Р. 118-121.

Г.А. Амирханова,  А.И. Голиков, Ю.Г. Евтушенко. Об одной обратной задаче линейного программирования // Труды института математики и механики УрО РАН. – 2015. – Т. 20, №2. – С. 7.

Kalimoldayev M.N., Jenaliyev M.T., Kopbosyn L.S., Abdildayeva A.A. The optimal control problems of nonlinear systems // ICINCO — 12th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics. – Colmar, Alsace, France, 2015. – Р. 54.

M.N. Kalimoldayev, L.S. Kopbosyn, A.A. Abdildayeva, T.Duzbayev,      M.Akhmetzhanov. “Stability of motion “In the large” of some class of phase system” //  Journal of Mathematics and System Science 5 (2015) 118-121.

M.N. Kalimoldayev, A.V. Alexeyeva, G.A. Amirkhanova. Economic soliton of spatially two-dimensional nonlinear mathematical model A1.  International Conference “Computational and Informational Technologies in Science, Engineering and Education” (CITech-2015) Almaty, Kazakhstan, 24-27 september 2015.

Алексеева А.В., Амирханова Г.А. (2+1)-мерное нелинейное уравнение А5 и его (2+1)-мерная билинейная форма Н1 // European Journal of Scientific Research, “Paris University Press”, 2015, №1(11). – С.636-642.

M. Kalimoldayev, M. Jenaliyev, A. Abdildayeva, Leila Kopbosyn.  Optimal Control of the Complex Power System Model //  IJET: International Journal of Engineering & Technology. Vol: 14,  Issue: 04.

Kalimoldayev M.N., Abdildayeva A.A., Kopbosyn L.S. Problems of optimal control of  phase systems // International Congress of Mathematicians, Seoul, 2014, P.291.

Keylan Alimhan, Naohisa Otsuka, Maksat N. Kalimoldayev, Orken J. Mamyrbayev An Expanded Method to Robustly Practically Output Tracking Control for Uncertain Nonlinear Systems // Int. Journal of Math. Analysis, Vol. 8, 2014, no. 18, 865 — 879 HIKARI Ltd.