Brushless DC motor drive with optimal fractional-order sliding-mode control based on a genetic algorithm

Introduction. Brushless DC (BLDC) motor is a type of permanent magnet synchronous motor that operates without brushes employed in many applications owing to its efficiency and control in electric cars. One of the main reasons BLDC motors are better than brushed DC motors is that they employ an electronic commutation circuit instead of a mechanical one. The fractional order sliding mode controller (FOSMC) was used, which is characterized by high durability and is not affected by the disturbances that the motor is exposed to during operation, as well as overcoming the chattering phenomenon present in the conventional sliding mode controller (CSMC). The novelty of the proposed work consists of to use FOSMC by genetic algorithm (GA) to mitigate the chattering phenomena in sliding mode control (SMC) for optimal response for speed control and regeneration braking control in BLDC motor by using single stage by voltage source inverter and decrease energy use during motor starting. Purpose. Improvement FOSMC techniques for the regulation of BLDC motor’s driving control system. Methods. Employing the GA to optimize the parameters of FOSMC to mitigate the chattering phenomenon in SMC to regulate BLDC motor’s driving control system. Results. A comparison was made between two types of sliding controllers to obtain the best performance of the control system in speed control operations and motor braking operations, the FOSMC, through parameter optimization via the GA, surpasses the CSMC in achieving optimal performance in driving the BLDC motor. Practical value. FOSMC exhibits superiority over the CSMC, as indicated by the reduced integral time absolute error in motor speed tracking and regenerative brake control, with values of (0.028, 0.046, and 0.075) for the FOSMC, in contrast to (2.72, 1.56, and 0.17) for the CSMC, the overshoot for FOSMC is (0, 0, and 11.4), but for CSMC it is (60.4, 43.7, and 11.2). During braking mode for FOSMC, the power recovery from the motor to the battery was (1.96, 9, and 17.76), but in CSMC, it was (0.99, 4.49, and 11.98). Moreover, the braking length was expedited, and the battery’s initial power consumption diminished at the outset. References 32, tables 5, figures 6.Вступ. Безщітковий двигун постійного струму (BLDC) – це тип синхронного двигуна з постійним магнітом, який працює без щіток і використовуються в багатьох сферах застосування завдяки своїй ефективності та контролю в електромобілях. Одна з головних причин, чому BLDC двигуни кращі за щіткові двигуни постійного струму, полягає в тому, що вони використовують електронну схему комутації замість механічної. Використовувався контролер режиму ковзання дробового порядку (FOSMC), який характеризується високою довговічністю та не залежить від збурень, яким піддається двигун під час роботи, а також подолав явище вібрації, присутнє у звичайному контролері режиму ковзання (CSMC). Новизна запропонованої роботи полягає у використанні FOSMC за допомогою генетичного алгоритму (GA) для пом’якшення явища вібрації в управлінні режимом ковзання (SMC) для оптимальної реакції для керування швидкістю та керування регенераційним гальмуванням у BLDC двигуні за допомогою одноступінчатого інвертора джерела напруги і зменшити споживання енергії під час запуску двигуна. Призначення. Удосконалення методів FOSMC для регулювання системи керування приводом BLDC двигуна. Методи. Використання GA для оптимізації параметрів FOSMC для пом’якшення явища вібрації в SMC для регулювання системи керування приводом BLDC двигуна. Результати. Проведено порівняння між двома типами ковзних контролерів для отримання найкращої продуктивності системи керування в операціях регулювання швидкості та операцій гальмування двигуна. FOSMC, завдяки оптимізації параметрів через GA, перевершує CSMC у досягненні оптимальної продуктивності в керуванні BLDC двигуном. Практична цінність. FOSMC демонструє перевагу над CSMC, на що вказує зменшена абсолютна похибка інтегрального часу у відстеженні швидкості двигуна та управлінні рекуперативним гальмом зі значеннями (0,028, 0,046 і 0,075) для FOSMC, на відміну від (2,72, 1,56 і 0,17) для CSMC, перевищення для FOSMC становить (0, 0 і 11.4), але для CSMC це (60.4, 43.7 і 11.2). Під час режиму гальмування для FOSMC відновлення потужності від двигуна до батареї було (1,96, 9 і 17,76), але в CSMC воно було (0,99, 4,49 і 11,98). Крім того, довжина гальмування була прискорена, а початкове енергоспоживання батареї зменшилося на початку. Бібл. 32, табл. 5, рис. 6

Improved grey wolf optimizer for optimal reactive power dispatch with integration of wind and solar energy

The aim of this paper is to present a new improved grey wolf optimizer (IGWO) to solve the optimal reactive power dispatch (ORPD) problem with and without penetration of renewable energy resources (RERs). It is a nonlinear multivariable problem of optimization, with multiconstraints. The purpose is to minimize real power losses and improve the voltage profile of a given electric system by adjusting control variables, such as generator voltages, tap ratios of a transformer, switching VAr sources, without violating technical constraints that are presented as equalities and inequalities. Methodology. Metaheuristics are stochastic algorithms that can be applied to solve a wide variety of optimization problems without needing specific problem structure information. The penetration of RERs into electric power networks has been increased considerably to reduce the dependence of conventional energy resources, reducing the generation cost and greenhouse emissions. It is essential to include these sources in power flow studies. The wind and photovoltaic based systems are the most applied technologies in electrical systems compared to other technologies of RERs. Moreover, grey wolf optimizer (GWO) is a powerful metaheuristic algorithm that can be used to solve optimization problems. It is inspired from the social hierarchy and hunting behavior of grey wolves in the wild. The novelty. This paper presents an IGWO to solve the ORPD problem in presence of RERs. Methods. The IGWO based on enhancing the exploitation phase of the conventional GWO. The robustness of the method is tested on the IEEE 30 bus test system. For the control variables, a mixed representation (continuous/discrete), is proposed. The obtained results demonstrate the effectiveness of the introduced improvement and ability of the proposed algorithm for finding better solutions compared to other presented methods. References 40, tables 3, figures 9.Метою статті є представлення нового покращеного оптимізатора сірого вовка (IGWO) для вирішення задачі оптимального розподілу реактивної потужності (ORPD) із застосуванням відновлюваних джерел енергії (RERs) та без них. Це нелінійне багатовимірне завдання оптимізації з безліччю обмежень. Мета полягає в тому, щоб мінімізувати реальні втрати потужності і покращити профіль напруги заданої електричної системи шляхом регулювання змінних керуючих, таких як напруги генератора, коефіцієнти відгалужень трансформатора, перемикання джерел реактивної потужності, не порушуючи технічних обмежень, які представлені у вигляді рівностей і нерівностей. Методологія. Метаевристика – це стохастичні алгоритми, які можна застосовувати для вирішення широкого спектра задач оптимізації без необхідності конкретної інформації про структуру проблеми. Проникнення RER в електромережі значно зросла задля зниження залежності від традиційних джерел енергії, зниження вартості генерації та викидів парникових газів. Вкрай важливо включити ці джерела до дослідження потоків потужності. Системи на основі вітру та фотоелектрики є найбільш застосовуваними технологіями в електричних системах порівняно з іншими технологіями RERs. Більш того, оптимізатор сірого вовка (GWO) – це потужний метаевристичний алгоритм, який можна використовувати для розв’язання оптимізації задач. Він натхненний соціальною ієрархією та мисливською поведінкою сірих вовків у дикій природі. Новизна. У цій статті представлено IGWO для вирішення проблеми ORPD при наявності RERs. Методи. IGWO, заснований на покращенні фази експлуатації звичайного GWO. Надійність методу перевірена на тестовій системі шини IEEE 30. Для керуючих змінних запропоновано змішане уявлення (безперервне/дискретне). Отримані результати демонструють ефективність введеного покращення та здатність запропонованого алгоритму знаходити кращі рішення порівняно з іншими методами. Бібл. 40, табл. 3, рис. 9

Optimization of fractional PI controller parameters for enhanced induction motor speed control via indirect field-oriented control

Introduction. Induction Motors (IM) possess advantages such as stability, reliability, and ease of control, making them suitable for many purposes; the literature elucidates control methodologies for IM drives, primarily focusing on scalar and vector control techniques; the conventional method utilized in manufacturing is scalar control, which unfortunately demonstrates optimal performance solely in steady-state conditions. The absence of significant instantaneous torque control restricts flux and dissociated torque, resulting in subpar dynamic responsiveness. Indirect Field Oriented Control (IFOC) for IM drives has proven beneficial for various industrial applications, particularly electric vehicle propulsion. The primary advantages of this approach include the decoupling of torque and flux characteristics and its straightforward implementation. The novelty of the work consists of a proposal for a driving cycle model for testing the control system of electric vehicles in Mosul City (Iraq), and using a Complex Fractional Order Proportional Integral (CFOPI) controller to control IMs via IFOC strategies, the Artificial Bee Colony (ABC) algorithm was applied, which is considered to be highly efficient in finding the values of controllers. Purpose. Improvement IFOC techniques for the regulation of IM speed. Methods. Using the ABC algorithm in tuning the two unique CFOPI controller, and a Real Fractional Order Proportional Integral (RFOPI) controller, to regulate the speed of a three-phase IM via IFOC techniques. Results. The CFOPI controller outperforms the RFOPI controller in obtaining the best performance in controlling the IM. Practical value. The CFOPI controller demonstrates superiority over the RFOPI controller, as evidenced by the lower integral time absolute error in motor speed tracking during the driving cycle 2.1004 for the CFOPI controller compared to 2.1538 for the RFOPI controller. References 27, tables 5, figures 4.Вступ. Асинхронні двигуни (АД) мають такі переваги, як стабільність, надійність і легкість керування, що робить їх придатними для багатьох цілей; література пояснює методології керування приводами АД, головним чином зосереджуючись на методах скалярного та векторного керування; звичайний метод, який використовується у виробництві, – це скалярне керування, яке, на жаль, демонструє оптимальну продуктивність лише в стаціонарних умовах. Відсутність значного миттєвого контролю крутного моменту обмежує потік і дисоційований крутний момент, що призводить до низької динамічної чутливості. Непряме поле-орієнтоване керування (IFOC) для приводів АД, довело свою користь для різноманітних промислових застосувань, зокрема для двигунів електромобілів. Основні переваги цього підходу включають відокремлення характеристик крутного моменту та потоку та його пряме впровадження. Новизна роботи полягає в пропозиції моделі циклу водіння для тестування системи керування електромобілями в місті Мосул (Ірак), і використання контролера комплексного дробового порядку пропорційного інтегралу (CFOPI) для керування АД за допомогою стратегій IFOC, було застосовано алгоритм штучної бджолиної колонії (ABC), який вважається високоефективним у пошуку значень контролерів. Мета. Удосконалення методики IFOC для регулювання швидкості АД. Методи. Використання алгоритму ABC для налаштування двох унікальних контролерів CFOPI та контролера реального дробового порядку пропорційного інтегралу (RFOPI) для регулювання швидкості трифазного АД за допомогою методів IFOC. Результати. Контролер CFOPI перевершує контролер RFOPI в отриманні найкращої продуктивності в управлінні АД. Практична цінність. Контролер CFOPI демонструє перевагу над контролером RFOPI, про що свідчить менша абсолютна похибка інтегрального часу у відстеженні швидкості двигуна під час циклу руху 2.1004 для контролера CFOPI порівняно з 2.1538 для контролера RFOPI. Бібл. 27, табл. 5, рис. 4

Діелектричні параметри фазної та поясної паперової просоченої ізоляції силових кабелів

Introduction. Medium voltage power cables with paper impregnated insulation remain an important component of power networks. The reliability and efficiency of such cables have been confirmed by their long service life also at nuclear power plants. Problem. It is not possible to directly determine the dielectric parameters of phase and belt paper insulation of power cables. Effective electrical diagnostic systems are required to assess the technical condition of such types of power cable insulation. The aim of the work is to substantiate the methodology for determining the dielectric properties of phase and belt paper impregnated insulation based on cumulative measurements of the electrical capacitance and the tangent of the dielectric loss angle of power cables of nuclear power plants and power networks. Methodology. The developed methodology is based on the solution of a system of linear algebraic equations of the sixth order for determining the dielectric properties of types of paper impregnated insulation of power three-core cables in a metal sheath. Scientific novelty. The differences in the structure of the probing electric field in phase and belt paper insulation depending on the inspection scheme of three-core power cables with sector cores in a metal sheath have been established. The shares of electric energy in the types of insulation under different probing electric field schemes have been determined, which allows determining the tangent of the dielectric loss angle of phase and belt paper insulation. Practical significance. The results of the practical implementation of the developed methodology for assessing the differences in the properties of phase and belt insulation of power cables of nuclear power plants and power network cables during spatial scanning of electrical insulation by frequency and voltage, respectively, are presented. References 41, figures 4, table 6.Вступ. Силові кабелі середньої напруги з паперовою просоченою ізоляцією залишаються важливою складовою електроенергетичних мереж. Надійність та ефективність таких кабелів підтверджено тривалим терміном експлуатації також на АЕС. Проблема. Безпосередньо визначити діелектричні параметри фазної та поясної паперової ізоляції силових кабелів не виявляється можливим. Для оцінки технічного стану таких видів ізоляції силових кабелів необхідні ефективні електричні системи діагностики. Метою роботи є обґрунтування методології визначення діелектричних властивостей фазної та поясної паперової просоченої ізоляції на підставі сукупних вимірювань електричної ємності та тангенсу кута діелектричних втрат силових кабелів АЕС та електричних мереж. Методика. Розроблена методика ґрунтується на розв’язанні системи лінійних алгебраїчних рівнянь шостого порядку для визначення діелектричних властивостей видів паперової просоченої ізоляції силових трижильних кабелів у металевій оболонці. Наукова новизна. Встановлено відмінності структури зондувального електричного поля у фазній та поясній паперовій ізоляції в залежності від схеми обстеження трижильних силових кабелів із секторними жилами у металевій оболонці. Визначено частки електричної енергії у видах ізоляції за різних схем зондувального електричного поля, що дозволяє визначити тангенс кута діелектричних втрат фазної та поясної паперової ізоляції. Практична значимість. Представлено результати практичної реалізації розробленої методики для оцінки відмінностей властивостей фазної та поясної ізоляції силових кабелів АЕС та кабелів енергомереж при просторовому скануванні електричної ізоляції за частотою та напругою відповідно. Бібл. 41, рис. 4, табл. 6

Вплив паразитних ємностей на точність масштабного перетворення високовольтних подільників напруги

Purpose. The aim of this work is the determination of the parasitic capacitance’s influence on the accuracy of scale transformation of high-voltage dividers. Analyzing the possibilities of reducing such influence is a pressing problem for high voltage measurement, especially at high frequency range of input voltage. Methodology. Mathematical modeling of the voltage divider equivalent circuit, considering parasitic capacitances and inductances has been performed in the QUCS circuit simulator software under sinusoidal alternating current conditions in the range from 100 Hz to 1 MHz. Using the FEMM software, the finite element method was used to simulate the density distribution of capacitive currents in the module with capacitance graded insulation of the high-voltage arm of the voltage divider. Results. The results of the calculations show that the percentage of parasitic capacitive currents decreases exponentially depending on the ratio of the outer radii of the shielding disks to the distance between them. However, even with the outer radii of the shielding disks of about 3 m, capacitive currents still make up about 1 % of the total current flowing in the measuring circuit of the voltage divider. Instead of increasing outer radii, it is proposed to use high-voltage capacitance graded insulation between the shielding disks. As a result, a stable error of large-scale voltage transformation was obtained when the values of parasitic capacitances change, and it is proposed to manufacture the high-voltage arm of the voltage divider from the same type of high-voltage modules. Originality. The results of modeling the dependence of the accuracy of the voltage divider scale transformation on the ratio of the structural elements geometric parameters of its high-voltage arm were obtained. The solution has been proposed that involves changing the design of the high-voltage arm of the voltage divider, which significantly reduces the dependence of its scale transformation error on significant changes in the parasitic capacitances of the structure components on grounded surfaces. Practical value. The results of mathematical modeling of the characteristics of the voltage divider high-voltage arm make it possible to design, for the purpose of serial production, the same type of high-voltage modules for assembling on-site broadband voltage dividers for any nominal voltage, which will have the possibility of integration into Smart Grid systems. References 23, tables 1, figures 8.В роботі розглянуто вплив будови високовольтного плеча подільника напруги на його характеристики. Для забезпечення зменшення впливу паразитних ємностей конструктивних елементів на зосереджені елементи активної частини та на зовнішні об’єкти досліджено методи екранування зосереджених елементів. Математичним моделюванням визначено вплив співвідношення геометричних параметрів конструкційних елементів високовольтного плеча на похибку масштабного перетворення напруги в області високих частот. В результаті моделювання обрано спосіб екранування зосереджених елементів активної частини подільника напруги з використанням багатошарової ізоляції конденсаторного типу, яка забезпечує стабільність похибки масштабного перетворення напруги в широкому діапазоні частот. Запропоновані зміни в будові високовольтного плеча дозволяють перейти на модульну будову подільника напруги і перейти до його серійного виробництва. Бібл. 23, табл. 1, рис. 8

Robust adaptive fuzzy type-2 fast terminal sliding mode control of robot manipulators in attendance of actuator faults and payload variation

Introduction. This study presents a robust control method for the path following problem of the PUMA560 robot. The technique is based on the Adaptive Fuzzy Type-2 Fast Terminal Sliding Mode Control (AFT2FTSMC) algorithm and is designed to handle actuator faults, uncertainties (such as payload change), and external disturbances. The aim of this study is to utilize the Fast Terminal Sliding Mode Control (FTSMC) approach in order to ensure effective compensation for faults and uncertainties, minimize tracking error, reduce the occurrence of chattering phenomena, and achieve rapid transient response. A novel adaptive fault tolerant Sliding Mode Control (SMC) approach is developed to address the challenges provided by uncertainties and actuator defects in real robotics tasks. Originality. The present work combined the AFT2FTSMC algorithm in order to give robust controllers for trajectory tracking of manipulator’s robot in presence parameters uncertainties, external disturbance, and faults. We use an adaptive fuzzy logic system to estimate the robot’s time-varying, nonlinear, and unfamiliar dynamics. A strong adaptive term is created to counteract actuator defects and approximation errors while also guaranteeing the convergence and stability of the entire robot control system. Novelty. The implemented controller effectively mitigates the chattering problem while maintaining the tracking precision and robustness of the system. The stability analysis has been conducted using the Lyapunov approach. Results. Numerical simulation and capability comparison with other control strategies show the effectiveness of the developed control algorithm. References 53, table 1, figures 8.Вступ. У роботі представлено надійний метод керування для проблеми слідування шляху робота PUMA560. Методика базується на алгоритмі адаптивного нечіткого типу 2 швидкого ковзного керування терміналом (AFT2FTSMC) і призначена для обробки несправностей приводу, невизначеностей (таких як зміна корисного навантаження) та зовнішніх завад. Метою статті є використання підходу швидкого ковзного режиму керування терміналом (FTSMC) для забезпечення ефективної компенсації помилок і невизначеностей, мінімізації помилок відстеження, зменшення виникнення явищ деренчання та досягання швидкої реакції на перехідні процеси. Розроблено новий адаптивний відмовостійкий підхід до керування ковзним режимом для вирішення проблеми, що пов’язана з невизначеністю та дефектами приводу в реальних роботах. Оригінальність. Ця робота об’єднала алгоритм адаптивного нечіткого типу 2 і швидкого кінцевого ковзного режиму керування з метою створення надійних контролерів для відстеження траєкторії робота-маніпулятора в умовах невизначеності параметрів присутності, зовнішніх завад і несправностей. Використано систему адаптивної нечіткої логіки для оцінки змінної в часі нелінійної та невідомої динаміки робота. Створено сильний адаптивний термін для протидії дефектам приводу та помилкам апроксимації, а також для гарантії конвергенції та стабільності усієї системи керування роботом. Новизна. Реалізований контролер ефективно пом’якшує проблему тріскання, зберігаючи при цьому точність відстеження та надійність системи. Аналіз стабільності проведено за підходом Ляпунова. Результати. Чисельне моделювання та порівняння можливостей з іншими стратегіями керування показують ефективність розробленого алгоритму керування. Бібл. 53, табл. 1, рис. 8

Online detection of phase resistance of switched reluctance motor by sinusoidal signal injection

Introduction. Switched reluctance motors (SRMs) are widely used in various applications due to their simplicity, robustness, and cost-effectiveness. However, the performance of SRMs can be significantly influenced by variations in their phase resistance, especially under high current and saturated conditions. Accurate knowledge of this parameter is crucial for optimal control and efficient operation. Problem. During operation, SRM parameters, particularly phase resistance, can vary considerably. These variations pose challenges to control strategies that rely on precise parameter values, leading to potential inefficiencies and degraded performance. There is a need for an effective method to monitor and identify these changes in real-time. Goal. This paper aims to develop and validate a method for the online detection and identification of phase resistance in SRMs. The method should work under varying operational conditions without requiring additional hardware, thereby maintaining the system's simplicity and cost-effectiveness. Methodology. The proposed method injects a sinusoidal signal into the inactive phase of the SRM using Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) via the main converter. The phasor method is then applied to determine the impedance of the phase circuit, from which the phase resistance can be identified. This approach eliminates the need for extra circuits, making it an efficient solution. Results. Simulations were conducted to evaluate the proposed method. The results demonstrate that the method can accurately track the variation in phase resistance under different operational conditions, validating its effectiveness. Originality. The originality of this work lies in its innovative use of the phasor method combined with SPWM for online phase resistance detection in SRMs, without the need for additional hardware components. Practical value. This method provides a practical solution for real-time phase resistance identification in SRMs, enhancing the reliability and performance of control strategies in various industrial applications. References 17, table 1, figures 6.Вступ. Вентильні реактивні двигуни (SRMs) широко використовуються в різних сферах завдяки своїй простоті, надійності та економічній ефективності. Однак на продуктивність SRMs можуть суттєво впливати зміни їх фазового опору, особливо в умовах сильного струму та насичення. Точне знання цього параметра має вирішальне значення для оптимального управління та ефективної роботи. Проблема. Під час роботи параметри SRM, зокрема фазовий опір, можуть значно змінюватися. Ці зміни створюють проблеми для стратегій управління, які покладаються на точні значення параметрів, що призводить до потенційної неефективності та погіршення продуктивності. Існує необхідність ефективного методу моніторингу та ідентифікації цих змін у режимі реального часу. Метою статті є розробка та перевірка методу онлайн-виявлення та ідентифікації фазового опору у SRMs. Метод повинен працювати в різних робочих умовах без необхідності використання додаткового обладнання, тим самим зберігаючи простоту та економічну ефективність системи. Методологія. Пропонований метод вводить синусоїдальний сигнал у неактивну фазу SRM за допомогою синусоїдальної широтно-імпульсної модуляції (SPWM) через головний перетворювач. Потім застосовується метод векторів визначення імпедансу фазового кола, з якого можна визначити опір фази. Такий підхід усуває потребу у додаткових колах, що робить його ефективним рішенням. Результати. Для оцінки запропонованого методу було здійснено моделювання. Результати показують, що метод може точно відслідковувати зміну опору фази у різних робочих умовах, підтверджуючи його ефективність. Оригінальність цієї роботи полягає в інноваційному використанні методу векторів у поєднанні з SPWM для визначення опору фази в режимі реального часу SRMs без необхідності використання додаткових апаратних компонентів. Практична цінність. Цей метод забезпечує практичне рішення для визначення опору фази SRMs в реальному часі, підвищуючи надійність і продуктивність стратегій управління в різних промислових застосуваннях. Бібл. 17, табл. 1, рис. 6

Impact of transmission line lightning performance on an operational substation reliability considering the lightning stroke incidence angle

Introduction. This study investigates substation failures caused by lightning strikes, which significantly affect operational reliability. Given the random nature of lightning strikes, a robust statistical approach is essential for accurately assessing their effects. Method. The research develops a comprehensive procedure to analyse the random distribution of non-vertical lightning strikes on transmission lines using the Monte Carlo method, a widely recognized statistical simulation technique. The goal of this work is to evaluate the performance of air-insulated substations under various lightning strike scenarios affecting the connected transmission lines. This is assessed in terms of mean time between failures (MTBF), determined by the basic insulation level of the equipment. The study incorporates both vertical and non-vertical strikes to address a critical gap in the literature, offering practical insights to enhance the reliability and safety of air-insulated substations. By considering the angle of lightning strikes, the study improves the accuracy of evaluating lightning performance using precise modelling of system components. Results. MATLAB and EMTP software were used to simulate and analyse the substation’s response to lightning-induced surges at various strike angles. The results are more representative of real-world conditions and reveal that non-vertical lightning strikes significantly reduce MTBF, underscoring the importance of advanced protective measures. Practical value. The findings highlight the necessity of accounting for the angle of lightning strikes when assessing substation reliability. References 32, table 4, figures 13.Вступ. У цьому дослідженні вивчаються відмови підстанцій, спричинені ударами блискавки, які суттєво впливають на експлуатаційну надійність. Зважаючи на випадковий характер ударів блискавки, надійний статистичний підхід необхідний для точної оцінки їх наслідків. Метод. У дослідженні розробляється комплексна процедура для аналізу випадкового розподілу невертикальних ударів блискавки у лінії електропередачі з використанням методу Монте-Карло, широко визнаного методу статистичного моделювання. Метою даної роботи є оцінка продуктивності підстанцій з повітряною ізоляцією при різних сценаріях ударів блискавки, що впливають на підключені лінії електропередачі. Це оцінюється з погляду середнього часу між відмовами (MTBF), що визначається базовим рівнем ізоляції обладнання. Дослідження включає як вертикальні, так і невертикальні удари, щоб заповнити критичну прогалину в літературі, пропонуючи практичні ідеї для підвищення надійності та безпеки підстанцій з повітряною ізоляцією. Розглядаючи кут ударів блискавки, дослідження підвищує точність оцінки продуктивності блискавки з використанням точного моделювання компонентів системи. Результати. Для моделювання та аналізу реакції підстанції на стрибки напруги, викликані блискавкою при різних кутах удару, використовувалися програми MATLAB та EMTP. Результати більш репрезентативні для реальних умов і показують, що невертикальні удари блискавки значно скорочують MTBF, що наголошує на важливості розширених заходів захисту. Практична цінність. Результати наголошують на необхідності врахування кута удару блискавки при оцінці надійності підстанції. Бібл. 32, табл. 4, рис. 13

Computer-economical optimization method for solving inverse problems of determining electrophysical properties of objects in eddy current structroscopy

Introduction. The problems of determining the profiles of electrophysical material properties are among the inverse problems of electrodynamics. In these studies, the focus is on the creation of a computer-economical method for reconstructing the profiles of electrical conductivity and magnetic permeability of metal planar objects under testing. These parameters can include the information about the results and quality of the production process or the effects of exposure to an aggressive environment. Registration of changes in electrophysical properties by means of eddy current testing allows for prompt adoption of effective management decisions regarding controlled processes. The simultaneous determination of these parameters because of non-contact indirect measurements of the electromotive force (EMF) by surface eddy current probes over the surface object with the subsequent restoration of the parameter distributions along its thickness by numerical methods is an urgent task. Objective. To create a computer-economical method for determining the electrophysical properties of objects by means of surrogate optimization with the accumulation of additional apriori knowledge about them in neural network metamodels with nonlinearly reduced dimensionality to improve the accuracy of simultaneous profile determination. Methodology. The method for determining the electrophysical properties of objects is based on homogeneous designs of experiments, surrogate optimization with the accumulation of apriori knowledge about them in metamodels with nonlinearly reduced dimensionality. Originality. Integration of multiple capabilities in the surrogate model that combine the advantages of high-performance computing and optimization algorithms in the factor space reduced by the Kernel PCA (Principal Component Analysis) method. The accumulated additional apriori knowledge about objects is incorporated into the neural network metamodel. This makes it possible to implicitly identify complex patterns hidden in the data that are characteristic of the eddy current measuring process and take them into account during reconstruction. Results. The reduction of the search space is a considerable result. It was possible due to the nonlinear Kernel-PCA transformations with the analysis of the eigenvalues of the kernel matrix and the restriction on the number of PCA principal components. The results confirmed the validity of a significant reduction in space without major loss of information. Another indicator of the effectiveness of the method is a high precision of the created surrogate models. The accuracy of the reduced dimensional metamodels was achieved by using a homogeneous computer design of experiment and deep learning networks. The adequacy and informativeness of the constructed surrogate models have been proved by numerical indicators. The efficiency of the method is demonstrated on model examples. References 36, table 5, figures 6.Вступ. Серед обернених задач електродинаміки певну частину складають задачі визначення профілів електрофізичних властивостей матеріалів. В цих дослідженнях акцентується увага на створенні обчислювально-економного методу реконструкції профілів електричної провідності та магнітної проникності металевих пласких об’єктів контролю. Ці параметри можуть нести інформацію щодо результатів та якості виробничого процесу або наслідків впливу на об’єкт агресивного середовища. Реєстрація змін електрофізичних властивостей засобами вихрострумового контролю дозволяє здійснювати оперативне прийняття ефективних управлінських рішень щодо контрольованих процесів. Одночасне визначення вказаних параметрів у результаті безконтактних непрямих вимірювань електрорушійної сили (ЕРС) накладними вихрострумовими перетворювачами над поверхнею об’єкту із наступним відновленням розподілів параметрів вздовж його товщі чисельними методами є актуальним завданням. Мета. Створення обчислювально-економного методу визначення електрофізичних властивостей об’єктів засобами сурогатної оптимізації із накопиченням додаткових апріорних знань щодо них у нейромережевих метамоделях із нелінійно-скороченою розмірністю для підвищення точності одночасного визначення профілів. Методологія. Метод визначення електрофізичних властивостей об’єктів створюється на основі однорідних планів експериментів, сурогатної оптимізації із накопиченням апріорних знань щодо них у метамоделях із нелінійно-скороченою розмірністю. Оригінальність. Інтеграція у сурогатній моделі комбінованих можливостей, які поєднують одночасно переваги високопродуктивних обчислень та виконання оптимізаційних алгоритмів у скороченому за допомогою методу Kernel PCA-просторі факторів. Виконано інкорпорацію акумульованих додаткових апріорних знань щодо об’єктів у нейромережеву метамодель. Це дозволяє неявно визначати складні приховані в даних закономірності, котрі характерні для процесу вихрострумових вимірювань, та врахувати їх під час реконструкції. Результати. Суттєвим результатом є скорочення простору пошуку. Це вдалося завдяки нелінійним перетворенням Кernel-PCA з аналізом власних значень ядерної матриці і обмеженням на кількість головних компонент РСА. Отримані результати підтвердили обґрунтованість істотного скорочення простору без суттєвої втрати інформації. Іншим показником ефективності методу є висока точність створених сурогатних моделей. Точності метамоделей скороченої розмірності вдалося досягти використанням однорідного комп’ютерного плану експерименту та мереж глибокого навчання. Числовими показниками доведені адекватність та інформативність побудованих сурогатних моделей. На модельних прикладах продемонстрована ефективність методу. Бібл. 36, табл. 5, рис. 6

Ensuring service continuity in electric vehicles with vector control and linear quadratic regulator for dual star induction motors

Introduction. In this paper, the use of a Linear Quadratic Regulator (LQR) to control a Dual Star Induction Motor (DSIM) powered by dual three-level neutral point clamped inverters in electric vehicle (EV) propulsion systems is explored. Purpose. Ensuring both high performance against parameter sensitivity and service continuity in the event of faults is challenging in EV propulsion systems. The aim is to maximize both system performance and service continuity through the optimal design of the controller. Methods. DSIM is controlled by a LQR, which is replaced the traditional PI controller in the field-oriented control (FOC) system for speed regulation. Starting with FOC the optimal regulator is designed by introducing a minimization criterion into the Ricatti equation. The LQR control law is then employed as a speed regulator to ensure precise regulation and optimize DSIM operation under various load and speed conditions. The avoidance of linearization of the DSIM facilitates the exploitation of its true nonlinear dynamics. Novelty. Three tests are conducted to evaluate system performance. A precision test by varying the reference speed and analyzing speed response, settling time, precision and overshoot, a robustness test against parameter variations, assessing system robustness against changes in stator and rotor resistances and moment of inertia, and a fault robustness test evaluating system robustness against faults such as phase faults while maintaining load torque. The results show that this approach can keep the motor running smoothly even under parameter variations or degraded conditions. The precision and adaptability of the LQR technique enhance the overall efficiency and stability of the DSIM, making it a highly viable solution for modern EVs. This robust performance against parameter variations and loads is essential in ensuring the reliability and longevity of EV propulsion systems. Practical value. This approach holds significant potential for advancing EV technology, promising improved performance and reliability in real-world applications. References 44, tables 2, figures 15.Вступ. У цій статті досліджується використання лінійного квадратичного регулятора (LQR) для керування асинхронним двигуном із подвійною зіркою (DSIM), що живиться від подвійних трирівневих інверторів із закріпленням нейтральної точки в силових системах електромобілів. Призначення. Забезпечення як високої продуктивності щодо чутливості до параметрів, так і безперервності роботи в разі несправностей є складним завданням для силових систем електромобілів. Метою є максимізація як продуктивності системи, так і безперервності обслуговування за допомогою оптимальної конструкції контролера. Методи. DSIM керується LQR, який замінює традиційний PI-контролер у системі орієнтованого на поле керування (FOC) для регулювання швидкості. Починаючи з FOC, оптимальний регулятор розробляється шляхом введення критерію мінімізації в рівняння Рікатті. Потім закон керування LQR використовується як регулятор швидкості для забезпечення точного регулювання та оптимізації роботи DSIM за різних умов навантаження та швидкості. Уникнення лінеаризації DSIM полегшує використання його справжньої нелінійної динаміки. Новизна. Для оцінки продуктивності системи проводяться три тести. Випробування на точність шляхом зміни еталонної швидкості та аналізу відповіді на швидкість, часу встановлення, точності та перерегулювання, випробування на стійкість щодо варіацій параметрів, оцінювання стійкості системи щодо змін опору статора та ротора та моменту інерції, а також тест на стійкість до несправностей, що оцінює стійкість системи проти несправностей, таких як замикання фаз, зберігаючи момент навантаження. Результати показують, що цей підхід може підтримувати безперебійну роботу двигуна навіть за коливань параметрів або погіршених умов. Точність і адаптивність техніки LQR підвищують загальну ефективність і стабільність DSIM, що робить його дуже життєздатним рішенням для сучасних електромобілів. Ця надійна робота проти коливань параметрів і навантажень є важливою для забезпечення надійності та довговічності силових систем електромобілів. Практична цінність. Цей підхід має значний потенціал для вдосконалення технології електромобілів з точки зору покращеної продуктивності і надійності у реальних прикладах. Бібл. 44, табл. 2, рис. 15