CHALLENGES OF DYNAMIC SIMULATION OF HIGH-SPEED ELECTROMAGNETIC VALVES OF GAS DISTRIBUTION DEVICES

High-speed electromagnetic valves of gas distribution devices are used in modern missile and space technology as jet micro-motors of the executive elements of missile stabilization systems, as well as to control the movement of spacecrafts in space. The problem of creating such valves which are simple and reliable in the operation is relevant. In this work, it is proposed at the development and design stage to perform computer modelling of mutually coupled electromechanical processes, such as: distribution of transient electromagnetic field, transients in an electric circuit, and movement of an electromagnet armature. Besides, the calculation of the force with which the compressed gas acts on the corresponding structural elements of the valve is proposed to be performed by solving the system of Navier-Stokes equations. All problems are solved by numerical methods in axisymmetrical formulation with the corresponding initial and boundary conditions. Improvement of the accuracy of electromagnetic calculations and taking into account the movement of the armature of an electromagnet in the process of multiphysics numerical simulation is achieved using so-called tunable elastic meshes. The paper presents a comparative analysis of the numerical results obtained for several designs of electromagnets. The features of the dynamics of high-speed electromagnets of gas distribution valves during on and off operations are analyzed, the corresponding dynamic characteristics calculated using the proposed technique are presented. Быстродействующие электромагнитные клапаны газораспределительных устройств применяются в современной ракетно-космической технике в качестве реактивных микродвигателей исполнительных органов систем стабилизации ракет, а также для управления движением космическими летательными аппаратами в пространстве. Проблема создания простых в эксплуатации и надежных в работе указанных клапанов является актуальной. В настоящей работе предлагается на стадии разработки и проектирования выполнять компьютерное моделирование взаимосвязанных электромеханических процессов, таких как: распределение нестационарного электромагнитного поля, переходные процессы в электрической цепи, движение якоря электромагнита. При этом расчет силы, с которой сжатый газ действует на соответствующие конструктивные элементы клапана, предлагается выполнять путем решения системы уравнений Навье-Стокса. Все задачи решаются численными методами в осесимметричной постановке с соответствующими начальными и граничными условиями. Повышение точности электромагнитных расчетов и учет движения якоря электромагнита в процессе мультифизического численного моделирования достигается благодаря использованию так называемых перестраиваемых упругих сеток. В работе приведен сравнительный анализ численных результатов, полученных для нескольких конструкций электромагнитов. Проанализированы особенности динамики быстродействующих электромагнитов газораспределительных клапанов при выполнении операций включения и отключения, приведены соответствующие динамические характеристики, рассчитанные по предложенной методике.

Tunable coupling to a mechanical oscillator circuit using a coherent feedback network

We demonstrate a fully cryogenic microwave feedback network composed of modular superconducting devices connected by transmission lines and designed to control a mechanical oscillator coupled to one of the devices. The network features an electromechanical device and a tunable controller that coherently receives, processes and feeds back continuous microwave signals that modify the dynamics and readout of the mechanical state. While previous electromechanical systems represent some compromise between efficient control and efficient readout of the mechanical state, as set by the electromagnetic decay rate, the tunable controller produces a closed-loop network that can be dynamically and continuously tuned between both extremes much faster than the mechanical response time. We demonstrate that the microwave decay rate may be modulated by at least a factor of 10 at a rate greater than $10^4$ times the mechanical response rate. The system is easy to build and suggests that some useful functions may arise most naturally at the network-level of modular, quantum electromagnetic devices.Comment: 11 pages, 6 figures, final published versio

Recent scientific research on electrothermal metallurgical processes

A wide range of industrial metallurgical heating and melting processes are carried out using electrothermal technologies. The application of electrothermal processes offers many advantages from technological, ecological and economical point of view. Although the technology level of the electro heating and melting installations and processes used in the industry today is very high, there are still potentials for improvement and optimization due to the increasing complexity of the applications and the strong requirements regarding the performance and quality of the products but also regarding the reduction of time and costs for the development of new processes and technologies. In this paper recent applications and future development trends for efficient heating and melting by electrothermal technologies in metallurgical processes are described along selected examples like induction heating for forging or rolling of billets, heat treatment of strips and plates, press-hardening processes, induction surface hardening of complex geometries, induction welding as well as induction melting processes

Justification of the technical requirements of a fully functional modular robot

Modular robots are characterized by limited built-in resources necessary for communication, connection and movement of modules, when performing reconfiguration tasks at rigidly interconnected elements. In developing the technological fundamentals of designing modular robots with pairwise connection mechanisms, we analysed modern hardware and model algorithms typical of a fully functional robot, which provide independent locomotion, communication, navigation, decentralized power and control. A survey of actuators, batteries, sensors, communication means, suitable for modular robotics is presented

Improvement of voltage stability for grid connected solar photovoltaic systems using static synchronous compensator with recurrent neural network

Purpose. This article proposes a new control strategy for static synchronous compensator in utility grid system. The proposed photovoltaic fed static synchronous compensator is utilized along with recurrent neural network based reference voltage generation is presented in grid system network. The novelty of the proposed work consists in presenting a Landsman converter enhanced photovoltaic fed static synchronous compensator with recurrent neural network algorithm, to generate voltage and maintain the voltage-gain ratio. Methods. The proposed algorithm which provides sophisticated and cost-effective solution for utilization of adaptive neuro-fuzzy inference system as maximum power point tracking assures controlled output and supports the extraction of complete power from the photovoltaic panel. Grid is interconnected with solar power, voltage phase angle mismatch, harmonic and voltage instability may occur in the distribution grid. The proposed control technique strategy is validated using MATLAB/Simulink software and hardware model to analysis the working performances. Results. The results obtained show that the power quality issue, the proposed system to overcome through elimination of harmonics, reference current generation is necessary, which is accomplished by recurrent neural network. By recurrent neural network, the reference signal is generated more accurately and accordingly the pulses are generated for controlling the inverter. Originality. Compensation of power quality issues, grid stability and harmonic reduction in distribution network by using photovoltaic fed static synchronous compensator is utilized along with recurrent neural network controller. Practical value. The work concerns the comparative study and the application of static synchronous compensator with recurrent neural network controller to achieve a good performance control system of the distribution network system. This article presents a comparative study between the conventional static synchronous compensator, static synchronous compensator with recurrent neural network and hardware implementation with different load. The strategy based on the use of a static synchronous compensator with recurrent neural network algorithm for the control of the continuous voltage stability and harmonic for the distribution network-linear as well as non-linear loads in efficient manner. The study is validated by the simulation results based on MATLAB/Simulink software and hardware model.Мета. У статті пропонується нова стратегія управління статичним синхронним компенсатором в енергосистемі. Запропонований статичний синхронний компенсатор з живленням від фотоелектричних елементів використовується разом з генератором опорної напруги на основі нейронної рекурентної мережі, представленим в мережі енергосистеми. Новизна запропонованої роботи полягає у поданні статичного синхронного компенсатора з покращеним фотоелектричним перетворювачем Ландсмана з алгоритмом рекурентної нейронної мережі для генерації напруги та підтримки коефіцієнта посилення за напругою. Методи. Запропонований алгоритм, який забезпечує ефективне та економічне рішення для використання адаптивної нейро-нечіткої системи логічного виведення як відстеження точки максимальної потужності, забезпечує контрольований вихід та підтримує вилучення повної потужності з фотогальванічної панелі. Мережа взаємопов’язана із сонячною енергією, у розподільній мережі можуть виникати невідповідність фазового кута напруги, гармоніки та нестабільність напруги. Запропонована стратегія методу управління перевіряється з використанням моделей програмного забезпечення MATLAB/Simulink та апаратного забезпечення для аналізу робочих характеристик. Результати. Отримані результати показують, що проблема якості електроенергії, яку запропонована система долає за допомогою усунення гармонік,потребує генерації еталонного струму, що здійснюється рекурентною нейронної мережею. За допомогою рекурентної нейронної мережі більш точно формується еталонний сигнал і відповідно генеруються імпульси для керування інвертором. Оригінальність. Компенсація проблем з якістю електроенергії, стабільністю мережі та зниженням гармонік у розподільній мережі за допомогою статичного синхронного компенсатора з фотоелектричним живленням використовується разом із контролером рекурентної нейронної мережі. Практична цінність. Робота стосується порівняльного дослідження та застосування статичного синхронного компенсатора з рекурентним нейромережевим контролером для досягнення хорошої продуктивності системи управління системою розподільної мережі. У цій статті представлено порівняльне дослідження традиційного статичного синхронного компенсатора, статичного синхронного компенсатора з рекурентною нейронною мережею та апаратною реалізацією з різним навантаженням. Стратегія, що ґрунтується на використанні статичного синхронного компенсатора з рекурентним алгоритмом нейронної мережі для ефективного контролю стабільності постійної напруги та гармонік для лінійних та нелінійних навантажень розподільної мережі. Дослідження підтверджується результатами моделювання з урахуванням програмно-апаратної моделі MATLAB/Simulink

Методика використання мобільних Інтернет-пристроїв при формуванні загальнонаукового компонента компетентності бакалавра електромеханіки в моделюванні технічних об'єктів

An analysis of the experience of professional training bachelors of electromechanics in Ukraine and abroad made it possible to determine that one of the leading trends in its modernization is the synergistic integration of various engineering branches (mechanical, electrical, electronic engineering and automation) in mechatronics for the purpose of design, manufacture, operation and maintenance electromechanical equipment. Teaching mechatronics provides for the meaningful integration of various disciplines of professional and practical training bachelors of electromechanics based on the concept of modeling and technological integration of various organizational forms and teaching methods based on the concept of mobility. Within this approach, the leading learning tools of bachelors of electromechanics are mobile Internet devices (MID) – a multimedia mobile devices that provide wireless access to information and communication Internet services for collecting, organizing, storing, processing, transmitting, presenting all kinds of messages and data. The authors reveals the main possibilities of using MID in learning to ensure equal access to education, personalized learning, instant feedback and evaluating learning outcomes, mobile learning, productive use of time spent in classrooms, creating mobile learning communities, support situated learning, development of continuous seamless learning, ensuring the gap between formal and informal learning, minimize educational disruption in conflict and disaster areas, assist learners with disabilities, improve the quality of the communication and the management of institution, and maximize the cost-efficiency. Bachelor of electromechanics competency in modeling of technical objects is a personal and vocational ability, which includes a system of knowledge, skills, experience in learning and research activities on modeling mechatronic systems and a positive value attitude towards it; bachelor of electromechanics should be ready and able to use methods and software/hardware modeling tools for processes analyzes, systems synthesis, evaluating their reliability and effectiveness for solving practical problems in professional field. The competency structure of the bachelor of electromechanics in the modeling of technical objects is reflected in three groups of competencies: general scientific, general professional and specialized professional. The implementation of the technique of using MID in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects is the appropriate methodic of using, the component of which is partial methods for using MID in the formation of the general scientific component of the bachelor of electromechanics competency in modeling of technical objects, are disclosed by example academic disciplines “Higher mathematics”, “Computers and programming”, Engineering mechanics”, “Electrical machines”. The leading tools of formation of the general scientific component of bachelor in electromechanics competency in modeling of technical objects are augmented reality mobile tools (to visualize the objects’ structure and modeling results), mobile computer mathematical systems (universal tools used at all stages of modeling learning), cloud based spreadsheets (as modeling tools) and text editors (to make the program description of model), mobile computer-aided design systems (to create and view the physical properties of models of technical objects) and mobile communication tools (to organize a joint activity in modeling).Аналіз досвіду професійної підготовки бакалаврів електромеханіки в Україні та за кордоном дозволив визначити, що однією з провідних тенденцій її модернізації є синергетична інтеграція різних галузей інженерії (механічної, електричної, електронної техніки та автоматики) в мехатроніку для проектування, виготовлення, експлуатації та обслуговування електромеханічного обладнання. Навчання мехатроніки передбачає змістовну інтеграцію різних дисциплін професійної та практичної підготовки бакалаврів з електромеханіки на основі концепції моделювання та технологічної інтеграції різних організаційних форм та методів навчання, заснованих на концепції мобільності. У рамках цього підходу провідними засобами навчання бакалаврів електромеханіки є мобільні Інтернет-пристрої (MID) - мультимедійні мобільні пристрої, що забезпечують бездротовий доступ до інформаційно-комунікаційних Інтернет-служб для збору, організації, зберігання, опрацювання, передавання, подання всеможливих повідомлень і дані. Автори розкривають основні можливості використання MID у навчанні для забезпечення рівного доступу до освіти, персоналізованого навчання, миттєвого зворотного зв'язку та оцінювання результатів навчання, мобільного навчання, продуктивного використання аудиторного часу, створення мобільних навчальних спільнот, підтримки навчання, розвитку безперервного безшовного навчання, що забезпечує подалання розриву між формальним та неформальним навчанням, мінімізує проблеми у навчанні в зонах конфліктів та стихійних лих, допомагає учням з обмеженими можливостями, покращує якість спілкування та управління закладом освіти, а також забезпечує максимальну економічну ефективність. Компетентність бакалавр електромеханіки в моделюванні технічних об'єктів - це особистісна та професійно-технічна здатність, яка включає систему знань, умінь, досвіду в навчальній та дослідницькій діяльності з моделювання мехатронних систем та позитивне ціннісне ставлення до неї; бакалавр електромеханіки повинен бути готовим і вміти використовувати методи та програмно-апаратні засоби моделювання для аналізу процесів, синтезу систем, оцінки їх надійність та ефективності для вирішення практичних завдань у професійній галузі. Структурно компетентність бакалавра електромеханіки в моделюванні технічних об'єктів відображена в трьох групах компетенцій: загальнонаукових, загальнопрофесійних та спеціалізованих професійних. Упровадження методики використання MID у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об'єктів вимагає відповідної методикою використання, складовою якої є часткові методи використання MID при формуванні загальнонаукової складової компетентності бакалавра електромеханіки в моделювання технічних об'єктів, яку розкрито на прикладах навчальних дисциплін «Вища математика», «Комп'ютери та програмування», Інженерна механіка», «Електричні машини». Провідними засобами формування загальнонаукової складової компетентності бакалавра електромеханіки в моделюванні технічних об'єктів є мобільні засоби доповненої реальності (для візуалізації структури об'єктів та результатів моделювання), мобільні комп'ютерні математичні системи (універсальні засоби, що застосовуються на всіх етапах моделювання навчання), хмаро орієнтовані електронні таблиці (як засоби моделювання) та текстові редактори (для створення програмного опису моделі), мобільні комп'ютерні системи проектування (для створення та перегляду фізичних властивостей моделей технічних об'єктів) та засоби мобільного зв'язку (для організації спільної діяльність з моделювання)

Recent Advances in Robust Control

Robust control has been a topic of active research in the last three decades culminating in H_2/H_\infty and \mu design methods followed by research on parametric robustness, initially motivated by Kharitonov's theorem, the extension to non-linear time delay systems, and other more recent methods. The two volumes of Recent Advances in Robust Control give a selective overview of recent theoretical developments and present selected application examples. The volumes comprise 39 contributions covering various theoretical aspects as well as different application areas. The first volume covers selected problems in the theory of robust control and its application to robotic and electromechanical systems. The second volume is dedicated to special topics in robust control and problem specific solutions. Recent Advances in Robust Control will be a valuable reference for those interested in the recent theoretical advances and for researchers working in the broad field of robotics and mechatronics

Model reference adaptive backstepping control of double star induction machine with extended Kalman sensorless control

Introduction. Newly, the design of a controller for speed control of double star induction motor as a research focus. Consequently, backstepping technique is used to recursively construct a stable control law for speed and flux. Nevertheless, this control law coming from backstepping requires the knowledge of speed and flux values; in practice the measurement sensors are expensive and fragile. The novelty of this work consists to propose a control strategy which based on accurate Kalman filter observer that estimates speed, flux and torque. This extended Kalman filter is an optimal state estimator and is usually applied to a dynamic system that involves a random noise environment. Purpose. Apply a backstepping control of double star induction motor based on principle of rotor flux orientation. This approach consists in finding a Lyapunov function that allows deducing a control law and a modified adaptation rule is referred and sufficient conditions for the stability of the command-observer, in contrast to other techniques who use nonlinear principle. Results. The simulation results are shown to illustrate the performance of the proposed scheme under parametric uncertainties by simulation on MATLAB. The obtained results showed the robustness of the sensorless control in front of load and parameters variation of double stator induction motor. The research directions of the model were determined for the subsequent implementation of results with simulation samples.Вступ. Новітня розробка контролера для регулювання швидкості асинхронного двигуна з подвійною зіркою є предметом дослідження. Отже, метод відступу використовується для рекурсивної побудови стабільного закону керування швидкістю та потоком. Тим не менш, цей закон керування, що випливає з відступу, вимагає знання значення швидкості та потоку; на практиці вимірювальні датчики коштовні та недовговічні. Новизна даної роботи полягає в тому, щоб запропонувати стратегію управління на основі точного спостерігача за фільтром Калмана, який оцінює швидкість, потік і крутний момент. Цей розширений фільтр Калмана є оптимальним засобом оцінки стану і зазвичай застосовується до динамічної системи, яка включає середовище випадкових шумів. Мета. Застосування підходу відступу до керування асинхронним двигуном з подвійною зіркою на основі принципу орієнтації потоку ротора. Цей підхід полягає у знаходженні функції Ляпунова, яка дозволяє вивести закон керування та модифіковане правило адаптації, а також достатні умови для стабільності спостерігача команд, на відміну від інших методик, які використовують нелінійний принцип. Результати. Результати моделювання наведені для ілюстрації роботи запропонованої схеми за параметричних невизначеностей шляхом моделювання на MATLAB. Отримані результати показали надійність безсенсорного керування перед зміною навантаження та параметрів асинхронного двигуна з подвійним статором. Визначені напрямки дослідження моделі для подальшої реалізації результатів на прикладах моделювання