http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/31943 2026-04-27T19:42:12Z 2026-04-27T19:42:12Z Ляшенко, Вадим Михайлович Liashenko, Vadym http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/31952 2026-04-27T13:35:44Z 2026-01-01T00:00:00Z

Title: Порівняльний аналіз оптимізаційних алгоритмів для побудови оптимізованих траєкторій руху рейкового транспорту Authors: Ляшенко, Вадим Михайлович; Liashenko, Vadym Abstract: UA: У цьому дослідженні наведено порівняльний аналіз алгоритмів оптимізації, що застосовують для побудови енергоефективних траєкторій руху поїздів. У рамках дослідження порівняли результати роботи евристичного «жадібного» алгоритму та метод динамічного програмування (DP), заснований на принципі оптимальності Беллмана. Дослідження присвячене фундаментальній проблемі визначення оптимальних траєкторій швидкості як функції часу відстані, які мінімізують споживання енергії за чіткого дотримання графіка руху. Така оптимізація є особливо складною в умовах залізничного транспорту через значні варіації поздовжніх профілів колій, характеристик рухомого складу та необхідність ухвалення рішень у режимі реального часу. Хоча динамічне програмування гарантує глобально оптимальне рішення, воно потребує значних обчислювальних ресурсів. І навпаки, «жадібні» евристичні алгоритми мають практичні переваги в обчислювальній ефективності та простоті реалізації, проте покладаються на локальні оптимуми. Це дослідження оцінює такі компроміси через моделювання різних операційних сценаріїв. Аналіз показує, що хоча «жадібний» алгоритм досягає швидкості обчислення, яка приблизно в 30 разів перевищує швидкість підходу динамічного програмування, він спричиняє збільшення енергоспоживання до 10 % на складних профілях колії через відсутність попереднього прогнозування. Однак на рівній місцевості різниця в ефективності значно зменшується. Ці результати кількісно оцінюють практичні наслідки вибору алгоритму, слугуючи основою для розроблення гібридних стратегій енергоменеджменту, що враховують вимоги щодо часу обробки даних у системах автоведення поїздів та економічні вигоди від мінімізації енергоспоживання.; EN: This study presents a comparative analysis of optimization algorithms applied to the generation of energy-efficient train speed profiles. Specifically, the research contrasts the performance of heuristic «greedy» algorithms against Dynamic Programming (DP) methods based on Bellman’s principle of optimality. The study addresses the fundamental problem of determining optimal speed-time or speed-distance trajectories that minimize energy consumption while strictly adhering to schedule constraints. This optimization is particularly complex in railway environments due to significant variations in longitudinal track profiles, rolling stock characteristics, and the necessity for real-time decision-making. While Dynamic Programming guarantees a globally optimal solution, it demands significant computational resources. Conversely, greedy heuristics offer practical advantages in computational efficiency and implementation simplicity but rely on local optima. This research evaluates these trade-offs by simulating various operational scenarios. The analysis demonstrates that while the greedy algorithm achieves calculation speeds approximately 30 times faster than the DP approach, it incurs an energy consumption penalty of up to 10 % on complex track profiles due to a lack of predictive foresight. On flat terrain, however, the performance gap narrows significantly. These results quantify the practical consequences of algorithm selection, serving as a basis for developing hybrid energy management strategies that balance the computational latency requirements of automatic train operation systems with the economic benefits of energy minimization.

2026-01-01T00:00:00Z Nerubatskyi, Volodymyr Нерубацький, Володимир Павлович http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/31951 2026-04-27T13:28:52Z 2026-01-01T00:00:00Z

Title: Features of the use of brushless motors in traction rolling stock Authors: Nerubatskyi, Volodymyr; Нерубацький, Володимир Павлович Abstract: EN: The review study examines a range of technical, design, and operational features of modern brushless valve and asynchronous traction electric machines, which are widely used in locomotive construction and transport electric drives. The object of research is electromagnetic, thermal, and energy processes occurring in brushless valve and asynchronous traction motors during their operation in traction rolling stock systems. The design features of brushless traction motors are analyzed, which are characterized by high energy efficiency, increased specific power, the absence of a mechanical collector, as well as the ability to provide wide ranges of torque and speed control while minimizing maintenance. The specifics of working processes in valve and asynchronous motors have been identified, which are determined by the principles of electromagnetic conversion, control methods, and the response of an electric machine to variable loads. Compare the features of electromagnetic torque formation, commutation, and thermal modes of these motors in traction systems. Special attention is paid to the issues of regulating the rotation speed of asynchronous traction motors, which is implemented using frequency converters with scalar, vector, and direct control methods. The advantages of vector control, which ensures dynamic stability and maximum utilization of the motor's overload capacity in traction and recuperation modes, have been identified. The structural and technological features of designing asynchronous traction motors for locomotives have been studied, in particular the requirements for the magnetic system, rotor strength, cooling systems, and electrical insulation materials. The trends in the development of modern traction electric machines are summarized, in particular, the introduction of energy-efficient materials, the expansion of the operating frequency range, the improvement of thermal reliability, and the integration of the motor with power electronics into single electromechanical modules.; UA: В оглядовому дослідженні розглянуто комплекс технічних, конструктивних та експлуатаційних особливостей сучасних тягових електричних машин безколекторного вентильного та асинхронного типів, що широко застосовують у локомотивобудуванні і транспортних електроприводах. Об’єктом дослідження є електромагнітні, теплові та енергетичні процеси, що протікають у безколекторних вентильних і асинхронних тягових двигунах під час їхньої роботи в системах тягового рухомого складу. Проаналізовано конструктивні особливості безколекторних тягових двигунів, для яких характерні висока енергоефективність, підвищена питома потужність, відсутність механічного колектора, а також можливість забезпечення широких діапазонів регулювання моменту і швидкості за мінімізації обслуговування. Виявлено специфіку робочих процесів у вентильних і асинхронних двигунах, що визначена принципами електромагнітного перетворення, методами керування та реакцією електричної машини на змінні навантаження. Порівняно особливості формування електромагнітного моменту, комутації і теплових режимів цих двигунів у тягових системах. Окрему увагу приділено питанням регулювання частоти обертання асинхронних тягових двигунів, що реалізовано за допомогою перетворювачів частоти зі скалярними, векторними та прямими методами керування. Визначено переваги векторного керування, яке забезпечує динамічну стабільність і максимальне використання перевантажувальної здатності двигуна в режимах тяги і рекуперації. Досліджено конструктивні і технологічні особливості проєктування асинхронних тягових двигунів локомотивів, зокрема вимоги щодо магнітної системи, міцності ротора, систем охолодження та електроізоляційних матеріалів. Узагальнено тенденції розвитку сучасних тягових електричних машин, зокрема впровадження енергоефективних матеріалів, розширення діапазону робочих частот, підвищення теплової надійності та інтеграції двигуна з силовою електронікою в єдині електромеханічні модулі.

2026-01-01T00:00:00Z Змій, Сергій Олексійович Хісматулін, Володимир Шайдуллович Сіроклин, Іван Миколайович Сосунов, Олександр Олексійович Zmii, Serhii Khismatulin, Volodymyr Siroklyn, Ivan Sosunov, Aleksandr http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/31950 2026-04-27T13:20:48Z 2026-01-01T00:00:00Z

Title: Оцінювання потенціалу впровадження альтернативних джерел енергії для залізничної автоматики в Україні Authors: Змій, Сергій Олексійович; Хісматулін, Володимир Шайдуллович; Сіроклин, Іван Миколайович; Сосунов, Олександр Олексійович; Zmii, Serhii; Khismatulin, Volodymyr; Siroklyn, Ivan; Sosunov, Aleksandr Abstract: UA: У статті розглянуто актуальну науково-прикладну задачу підвищення стійкості електропостачання об’єктів залізничної автоматики України в умовах воєнних дій, техногенних загроз і системних порушень роботи централізованої енергосистеми. Показано, що традиційна модель гарантованого електропостачання пристроїв сигналізації, централізації та блокування (СЦБ), побудована на двопроменевому живленні від зовнішніх мереж із резервуванням дизель-генераторними агрегатами, формально відповідає вимогам І категорії надійності, однак на практиці виявляє обмежену здатність щодо функціонування в умовах тривалих масових відключень електроенергії та порушення логістики пального. Обґрунтовано необхідність переходу від парадигми надійності до парадигми стійкості (resilience), яка передбачає здатність об’єктів СЦБ зберігати працездатність в автономному режимі протягом тривалого часу та швидко відновлювати функціонування після зовнішніх впливів. Як основний інструмент такого переходу розглянуто впровадження децентралізованих гібридних систем енергозабезпечення на основі відновлюваних джерел енергії з використанням фотоелектричних станцій, малих вітроенергетичних установок і систем накопичення енергії. Проаналізовано розрахункові електричні навантаження постів електричної централізації, визначено характер базових і пікових режимів споживання, а також обґрунтовано вимоги щодо потужності інверторного обладнання та ємності акумуляторних батарей для забезпечення автономної роботи протягом не менше 48 годин. Оцінено сонячний і вітровий енергетичний потенціал України з урахуванням регіональних і сезонних особливостей, що дало змогу сформувати диференційовані рекомендації щодо конфігурації гібридних систем для різних кліматичних зон. Показано доцільність використання двосторонніх фотоелектричних модулів на основі технології N-type TOPCon із ґонтовою архітектурою з’єднання елементів, які забезпечують підвищену ефективність у зимовий період, кращу роботу за умов слабкого освітлення та підвищену стійкість до вібраційних навантажень, характерних для залізничної інфраструктури. Запропонована методика дає змогу підвищити енергетичну автономність об’єктів СЦБ, знизити експлуатаційні витрати і забезпечити додатковий екологічний ефект за рахунок скорочення викидів вуглекислого газу.; EN: The article addresses a relevant scientific and applied problem of enhancing the power supply resilience of railway signalling and interlocking systems in Ukraine under conditions of military actions, technogenic threats, and large-scale disruptions of centralized power grids. It is shown that the traditional guaranteed power supply architecture for signalling, centralization, and blocking (SCB) systems-based on dual-feed external networks with diesel generator backup-formally complies with Category I reliability requirements but demonstrates limited practical effectiveness during prolonged blackouts and fuel supply disruptions. The necessity of shifting from the classical reliability paradigm to the resilience paradigm is substantiated. This paradigm emphasizes the ability of critical railway automation facilities to maintain functionality in autonomous mode for extended periods and to rapidly recover after external shocks. As a key technological solution, the implementation of decentralized hybrid power supply systems based on renewable energy sources is considered, combining photovoltaic power plants, small wind energy converters, and battery energy storage systems. The electrical load profiles of electric interlocking posts are analyzed, including base and peak consumption modes. Technical requirements for inverter capacity and battery storage size necessary to ensure at least 48 hours of autonomous operation are justified. An assessment of solar and wind energy potential across Ukraine is performed, taking into account regional and seasonal variability, which enables the development of regionspecific configurations of hybrid energy systems. The study demonstrates the feasibility of using bifacial photovoltaic modules based on N-type TOPCon technology with shingled cell architecture. These modules offer improved performance under low-light winter conditions, higher resistance to vibration loads, and enhanced energy yield due to reflected radiation from railway ballast and snow cover. The proposed methodology increases the energy autonomy of railway signalling facilities, reduces operational costs, and provides an additional environmental benefit through the reduction of carbon dioxide emissions.

2026-01-01T00:00:00Z Ломотько, Денис Вікторович Арсененко, Данила Володимирович Груник, Іван Степанович Ільчишин, Василь Михайлович Ломотько, Микола Денисович Lomotko, D. V. Arsenenko, D. V. Grunyk, I. S. Ilchyshyn, V. M. Lomotko, M. D. http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/31949 2026-04-27T13:10:08Z 2026-01-01T00:00:00Z

Title: Формування стохастичної моделі операційної ефективності прикордонних залізничних станцій Authors: Ломотько, Денис Вікторович; Арсененко, Данила Володимирович; Груник, Іван Степанович; Ільчишин, Василь Михайлович; Ломотько, Микола Денисович; Lomotko, D. V.; Arsenenko, D. V.; Grunyk, I. S.; Ilchyshyn, V. M.; Lomotko, M. D. Abstract: UA: Запропоновано комплексну математичну модель для оптимізації операційних процесів прикордонних залізничних станцій з урахуванням стохастичної природи вантажних потоків та обмежень інфраструктурної потужності. Застосовано теорію масового обслуговування з використанням формули Ерланга C для багатоканальних систем і наближення Аллена-Кунніна для G/G/c черг. Для оцінювання ризиків використано метод Монте-Карло з 1000+ симуляцій. Економічна оцінка базована на моделі Total Cost of Ownership (TCO) з урахуванням капітальних та операційних витрат. Розроблено вимоги щодо системи підтримки ухвалення рішень оперативного персоналу, що дає змогу визначити вузькі місця інфраструктури та оптимізувати розподіл вантажопотоків між технологічними лініями з потенційною економією до 15-20 % операційних витрат.; EN: A complex mathematical model is proposed for optimizing the operational processes of border railway stations taking into account the stochastic nature of freight flows and infrastructure capacity constraints. The theory of mass service is applied using the Erlang C formula for multi-channel systems and the Allen-Cunnin approximation for G/G/c queues. The Monte Carlo method with 1000+ simulations is used to assess risks. The economic assessment is based on the Total Cost of Ownership (TCO) model taking into account capital and operating costs. Requirements for a decision support system for operational personnel are developed, which allows: to identify infrastructure bottlenecks and optimize the distribution of freight flows between technological lines with potential savings of up to 15-20 % of operating costs. The implementation of the system at five border stations of JSC Ukrzaliznytsia is expected to save 45-60 million UAH/year due to optimization of flow distribution and justified investment in infrastructure. The following advantages of the developed model of operational efficiency of border railway stations have been identified, such as comprehensiveness: Integration of all key stages of the technological process, consideration of stochasticity of demand and service time, combination of operational and economic criteria. The model has flexibility: customization for the specifics of the station (parameters, number of equipment), comparison of alternative scenarios, sensitivity analysis for decision-making. Unlike analogues, the model has economic feasibility: calculation of TCO taking into account CAPEX and OPEX, assessment of return on investment, optimization of flow distribution according to the criterion of minimum costs. Practical implementation involves the use of the decision support system «Railway Strategic Audit v2.0» for border railway stations.

2026-01-01T00:00:00Z