SYNTHESIS OF AN ACTIVE SHIELDING SYSTEM OF THE MAGNETIC FIELD OF POWER LINES BASED ON MULTIOBJECTIVE OPTIMIZATION

Purpose. The synthesis of the active shielding systems by technogenic magnetic field generated by the different types of high voltage power lines in a given region of space using various cables of controlled magnetic field sources. Methodology. The initial parameters for the synthesis of active shielding system parameters are the location of the high voltage power lines with respect to the protected transmission line space, geometry and number of cables, operating currents, as well as the size of the protected space and normative value magnetic field induction, which should be achieved as a result of shielding. The objective of the synthesis of the active shielding system is to determine their number, configuration, spatial arrangement, wiring diagrams and compensation cables currents, setting algorithm of the control systems as well as the resulting value of the induction magnetic field at the points of the protected space. Synthesis of active shielding system is reduced to the problem of multiobjective nonlinear programming with constraints in which calculation of the objective functions and constraints are carried out on the basis of Biot – Savart – Laplace law. The problem is solved by a stochastic multi-agent optimization of multiswarm of particles which can significantly reduce the time to solve it. Results. Active screening system synthesis results for the various types of transmission lines and with different amounts of controlled cables is given. The possibility of a significant reduction in the level of induction of the magnetic field source within a given region of space. Originality. For the first time carried out the synthesis of the active shielding systems, by magnetic field generated by the different types of high voltage power lines within a given region of space controlled by a magnetic field sources with different amounts of controlled cables. Practical value, Practical recommendations on reasonable choice of the number and spatial arrangement of compensating cables of active shielding systems for different types of high voltage power lines in order to ensure the effectiveness of a given shielding of the magnetic field high voltage power lines

IMPROVING OF ELECTROMECHANICAL SERVO SYSTEMS ACCURACY

Aim. Improving of accuracy parameters and reducing of sensitivity to changes of plant parameters of nonlinear robust electromechanical servo systems of guidance and stabilization of lightly armored vehicle weapons based on multiobjective synthesis. Methodology. The method of multicriterion synthesis of nonlinear robust controllers for controlling by nonlinear multimass electromechanical servo systems with parametric uncertainty based on the choice of the target vector of robust control by solving the corresponding multicriterion nonlinear programming problem in which the calculation of the vectors of the objective function and constraints is algorithmic and associated with synthesis of nonlinear robust controllers and modeling of the synthesized system for various modes of operation of the system, with different input signals and for various values of the plant parameters. Synthesis of nonlinear robust controllers and non-linear robust observers reduces to solving the system of Hamilton-Jacobi-Isaacs equations. Results. The results of the synthesis of a nonlinear robust electromechanical servo system for the guidance and stabilization of lightly armored vehicle weapons are presented. Comparison of the dynamic characteristics of the synthesized servo electromechanical system showed that the use of synthesized nonlinear robust controllers allowed to improve the accuracy parameters and reduce the sensitivity of the system to changes of plant parameters in comparison with the existing system. Originality. For the first time carried out the multiobjective synthesis of nonlinear robust electromechanical servo systems of guidance and stabilization of lightly armored vehicle weapons. Practical value. Practical recommendations are given on reasonable choice of the gain matrix for the nonlinear feedbacks of the regulator and the nonlinear observer of the servo electromechanical system, which allows improving the dynamic characteristics and reducing the sensitivity of the system to plant parameters changing in comparison with the existing system. Цель. Повышение параметров точности и уменьшение чувствительности системы к изменениям параметров объекта управления нелинейной робастной электромеханической следящей системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированной машины на основе многокритериального синтеза. Методология. Метод многокритериального синтеза нелинейных робастных регуляторов для управления нелинейными многомассовыми электромеханическими следящими системами с параметрической неопределенностью основан на выборе вектора цели робастного управления путем решения соответствующей задачи многокритериального нелинейного программирования, в которой вычисление векторов целевой функции и ограничений носит алгоритмический характер и связано с синтезом нелинейных робастных регуляторов и моделированием синтезированной системы для различных режимов работы системы, при различных входных сигналах и для различных значений параметров объекта управления. Синтез нелинейных робастных регуляторов и нелинейных робастных наблюдателей сводится к решению системы уравнений Гамильтона – Якоби – Айзекса. Результаты. Приводятся результаты синтеза нелинейной робастной электромеханической следящей системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированной машины. Сравнение динамических характеристик синтезированной следящей электромеханической системы показало, что применение синтезированных нелинейных робастных регуляторов позволяет повысить параметры точности и снизить чувствительность системы к изменению параметров объекта управления по сравнению с существующей системой. Оригинальность. Впервые проведен многокритериальный синтез нелинейной робастной электромеханической следящей системы наведения и стабилизации вооружения легкобронированной машины. Практическая ценность. Приводятся практические рекомендации по обоснованному выбору матриц коэффициентов усиления нелинейных обратных связей регулятора и нелинейного наблюдателя следящей электромеханической системы, что позволяет улучшить динамические характеристики и снизить чувствительность системы к изменению параметров объекта управления по сравнению с существующей системой.

IMPROVING OF ELECTROMECHANICAL SERVO SYSTEMS ACCURACY

Aim. Improving of accuracy parameters and reducing of sensitivity to changes of plant parameters of nonlinear robust electromechanical servo systems of guidance and stabilization of lightly armored vehicle weapons based on multiobjective synthesis. Methodology. The method of multicriterion synthesis of nonlinear robust controllers for controlling by nonlinear multimass electromechanical servo systems with parametric uncertainty based on the choice of the target vector of robust control by solving the corresponding multicriterion nonlinear programming problem in which the calculation of the vectors of the objective function and constraints is algorithmic and associated with synthesis of nonlinear robust controllers and modeling of the synthesized system for various modes of operation of the system, with different input signals and for various values of the plant parameters. Synthesis of nonlinear robust controllers and non-linear robust observers reduces to solving the system of Hamilton-Jacobi-Isaacs equations. Results. The results of the synthesis of a nonlinear robust electromechanical servo system for the guidance and stabilization of lightly armored vehicle weapons are presented. Comparison of the dynamic characteristics of the synthesized servo electromechanical system showed that the use of synthesized nonlinear robust controllers allowed to improve the accuracy parameters and reduce the sensitivity of the system to changes of plant parameters in comparison with the existing system. Originality. For the first time carried out the multiobjective synthesis of nonlinear robust electromechanical servo systems of guidance and stabilization of lightly armored vehicle weapons. Practical value. Practical recommendations are given on reasonable choice of the gain matrix for the nonlinear feedbacks of the regulator and the nonlinear observer of the servo electromechanical system, which allows improving the dynamic characteristics and reducing the sensitivity of the system to plant parameters changing in comparison with the existing system

SYNTHES OF ROBUST ACTIVE SHIELDING SYSTEMS OF MAGNETIC FIELD GENERATED BY GROUP OF HIGH-VOLTAGE POWER LINES

Aim. The synthesis of robust active shielding system of magnetic field, generated by group of high voltage power lines for reducing the induction of the initial magnetic field to the sanitary standards level and reducing the sensitivity of the system to variations in the plant parameters is given. Methodology. The synthesis is based on the solution of a multi-criteria stochastic game, in which the gain vector is calculated on the basis of the Maxwell equations solutions in the quasi-stationary approximation. The equilibrium state of the game is based on the stochastic multiagent optimization algorithms of the multiswarm particles. The initial parameters for the synthesis of active shielding system are the location of the high voltage power lines with respect to the protected from transmission line space, geometry and number of cables, operating currents, as well as the size of the protected space and normative value magnetic field induction, which should be achieved as a result of screening. The objective of the synthesis of the active shielding system is to determine their number, configuration, spatial arrangement, wiring diagrams and compensation cables currents, setting algorithm of the control systems as well as the resulting value of the induction magnetic field at the points of the protected space. Results. Robust active shielding system synthesis results for reduction of a magnetic field generated by group of high voltage power lines is given. The possibility of a significant reduction in the level of induction of the magnetic field source within and reducing the sensitivity of the system to variations in the plant parameters is given. Originality. For the first time carried out the synthesis of the robust active shielding systems of magnetic field generated by group of high voltage power lines within a given region of space. Practicalvalue. Practical recommendations on reasonable choice of the number and spatial arrangement of compensating cables of robust active shielding systems of the magnetic field generated by the group of high voltage power lines is given

ОДНОКОНТУРНОЕ АКТИВНОЕ ЭКРАНИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, СОЗДАВАЕМОГО В ЖИЛОЙ ЗОНЕ НЕСКОЛЬКИМИ ВОЗДУШНЫМИ ЛИНИЯМИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Purpose. The synthesis of active screening system of magnetic field, generated by several high voltage overhead transmission lines, with the help of single compensation cables is presented. Methodology. The initial parameters for the synthesis of active screening system parameters are the location of the high voltage overhead transmission lines with respect to the protected transmission line space, geometry and number of cables, operating currents, as well as the size of the protected space and normative value of magnetic flux density, which should be achieved as a result of screening. The objective of the synthesis of the active screening system is to determine their number, configuration, spatial arrangement, wiring diagrams and compensation cables currents, setting algorithm of the control systems as well as the resulting value of the induction magnetic field at the points of the protected space. Synthesis of active screening system is reduced to the problem of multi objective nonlinear programming with constraints in which calculation of the objective functions and constraints are carried out on the basis of the Maxwell equations solutions in the quasi-stationary approximation. The problem is solved by a stochastic multi swarm multi agent particles optimization, which can significantly reduce the time to solve it. Results. Active screening system synthesis results for reduction of a magnetic field generated by several high voltage overhead transmission lines are presented. The possibility of a significant reduction in the level of source magnetic flux density within a given. Originality. For the first time the synthesis of the active screening systems of magnetic field generated by the several high voltage overhead transmission lines within a given region of space is carried out. Practical value. Practical recommendations on reasonable choice of the number and spatial arrangement of compensating cables of active screening systems of the magnetic field generated by the several high voltage overhead transmission lines is given.Получил дальнейшее развитие метод синтеза систем активного экранирования магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП, на основе многокритериального подхода. При синтезе используется упрощенная математическая модель магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП, идентификация которой выполнена по экспериментальным значениям индукции магнитного поля в заданных точках на основе решения задачи оптимизации. Приведены результаты синтеза одноконтурной системы активного экранирования магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП. Показана возможность уменьшения индукции магнитного поля с помощью синтезированной системы до уровня санитарных норм Украины

СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НА ОСНОВЕ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

Purpose. The synthesis of the active shielding systems by technogenic magnetic field generated by the different types of high voltage power lines in a given region of space using various cables of controlled magnetic field sources. Methodology. The initial parameters for the synthesis of active shielding system parameters are the location of the high voltage power lines with respect to the protected transmission line space, geometry and number of cables, operating currents, as well as the size of the protected space and normative value magnetic field induction, which should be achieved as a result of shielding. The objective of the synthesis of the active shielding system is to determine their number, configuration, spatial arrangement, wiring diagrams and compensation cables currents, setting algorithm of the control systems as well as the resulting value of the induction magnetic field at the points of the protected space. Synthesis of active shielding system is reduced to the problem of multiobjective nonlinear programming with constraints in which calculation of the objective functions and constraints are carried out on the basis of Biot – Savart – Laplace law. The problem is solved by a stochastic multi-agent optimization of multiswarm of particles which can significantly reduce the time to solve it. Results. Active screening system synthesis results for the various types of transmission lines and with different amounts of controlled cables is given. The possibility of a significant reduction in the level of induction of the magnetic field source within a given region of space. Originality. For the first time carried out the synthesis of the active shielding systems, by magnetic field generated by the different types of high voltage power lines within a given region of space controlled by a magnetic field sources with different amounts of controlled cables. Practical value, Practical recommendations on reasonable choice of the number and spatial arrangement of compensating cables of active shielding systems for different types of high voltage power lines in order to ensure the effectiveness of a given shielding of the magnetic field high voltage power lines.Проведен синтез систем активного экранирования техногенного магнитного поля, создаваемого различными воздушными линиями электропередачи внутри заданной области пространства, с помощью управляемых источников магнитного поля. Синтез сводится к решению задачи многокритериального нелинейного программирования c ограничениями, в которой вычисления целевых функций и ограничений выполняются на основании закона Био - Савара - Лапласа. Задача решается методом стохастической мультиагентной оптимизации мультироем частиц, что позволяет существенно сократить время решения. Приведены результаты синтеза систем активного экранирования для различных типов ЛЭП и с различным количеством управляемых обмоток. Показана возможность существенного снижения уровня индукции исходного магнитного поля внутри заданной области пространства.Проведено синтез систем активного екранування техногенного магнітного поля повітряних ліній електропередачі всередині заданої області простору за допомогою керованих джерел магнітного поля. Синтез зводиться до вирішення задачі багатокритеріального нелінійного програмування з обмеженнями, в якій обчислення цільових функцій і обмежень виконуються на основі закону Біо - Савара - Лапласа. Завдання вирішується методом стохастичної мультиагентної оптимізації мультироєм частинок, що дозволяє істотно скоротити час її вирішення. Приведені результати синтезу систем активного екранування для різних типів ЛЕП і з різною кількістю керованих обмоток. Показана можливість суттєвого зниження рівня індукції вихідного магнітного поля всередині заданої області простору

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ С РАЗЛИЧНЫМИ АЛГОРИТМАМИ УПРАВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ОДНОЙ ОБМОТКИ

Purpose. Development of methodology and experimental studies of the layout of the active screening of technogenic power frequency magnetic fields with different control algorithms with a single coil magnetic executive body. Methodology. In the course of mathematical modeling to determine geometrical size of the magnetic coil executive body based on the size of the protected area, and the configuration of the coil magnetic executive body is determined based on the required uniformity of the magnetic field distribution in the protected area. Results. Experimental studies of open, closed and combined systems of active screening of technogenic power frequency magnetic fields with a single coil magnetic executive body. Originality. For the first time experimentally confirmed the possibility of reducing the level of induction of man-made power frequency magnetic fields in a given area 3-5 times with a single coil magnetic executive body.. The possibility of reducing the level of the magnetic field in a limited area of the space by 15-20 times Practical value. On the basis of the calculations the layout of active screening of technogenic power frequency magnetic fields with different control algorithms with a single coil magnetic executive body has been made.Цель. Разработка методики и проведение экспериментальных исследований макета системы активного экранирования техногенного магнитного поля промышленной частоты с различными алгоритмами управления с помощью одной обмотки магнитного исполнительного органа. Методика. В ходе математического моделирования определяются геометрические размеры обмотки магнитного исполнительного органа исходя из размеров защищаемой области, а конфигурация обмотки магнитного исполнительного органа определяется исходя из требуемой равномерности распределения магнитного поля в защищаемой области. Результаты. Проведены экспериментальные исследования разомкнутых, замкнутых и комбинированных систем активного экранирования техногенного магнитного поля промышленной частоты с одной обмоткой магнитного исполнительного органа. Научная новизна. Впервые экспериментально подтверждена возможность уменьшения уровня индукции техногенного магнитного поля промышленной частоты в заданной зоне в 3-5 раз с одной обмоткой магнитного исполнительного органа. Показана возможность уменьшения уровня индукции магнитного поля в ограниченной зоне рассматриваемого пространства в 15-20 раз. Практическая значимость. На основании проведенных расчетов был изготовлен макет системы активного экранирования техногенного магнитного поля промышленной частоты с различными алгоритмами управления с помощью одной обмотки магнитного исполнительного органа.Мета. Розробка методики і проведення експериментальних досліджень макета системи активного екранування техногенного магнітного поля промислової частоти з різними алгоритмами управління за допомогою однієї обмотки магнітного виконавчого органу. Методика. В ході математичного моделювання визначаються геометричні розміри обмотки магнітного виконавчого органу виходячи з розмірів області, в якій здійснюється захист, а конфігурація обмотки магнітного виконавчого органу визначається виходячи з необхідної рівномірності розподілу магнітного поля. Результати. Проведено експериментальні дослідження розімкнутих, замкнутих і комбінованих систем активного екранування техногенного магнітного поля промислової частоти з однією обмоткою магнітного виконуючого органу. Наукова новизна. Вперше експериментально підтверджена можливість зменшення рівня індукції техногенного магнітного поля промислової частоти в заданій зоні в 3-5 раз з однією обмоткою магнітного виконавчого органу. Показана можливість зменшення рівня індукції магнітного поля в обмеженій зоні розглянутого простору в 15-20 раз. Практична значимість. На підставі проведених розрахунків був виготовлений макет системи активного екранування техногенного магнітного поля промислової частоти з різними алгоритмами управління за допомогою однієї обмотки магнітного виконуючого органу

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ДАТЧИКОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Purpose. Experimental research of magnetic field sensors spatial arrangement influence on efficiency of closed loop active screening system by magnetic field of high voltage power lines developed a three-phase single-circuit high voltage power lines, creating a rotating magnetic field with the most complex space-time structure. Methodology. Optimal spatial arrangement of the magnetic field sensors is determined by solving the active magnetic field screening system synthesis problems with which the system provides the greatest efficiency of the active magnetic field shielding. Synthesis of active screening system is reduced to the problem of multi-criteria nonlinear programming with constraints in which calculation of the objective functions and constraints are carried out on the basis of Biot-Savart-Laplace law. The problem is solved by a stochastic multi-agent optimization by multiswarm of particles which can significantly reduce the time to solve it. Calculated arrangement of magnetic field sensors in a given space defined by the points at which the values of the corresponding components of the vector of magnetic induction take minimal values. Results. For the first time experimentally that changes in the position of the magnetic field sensors relative to their calculated position reduces the effectiveness of screening. The optimum position of the magnetic field sensors are the points at which the levels of the magnetic induction vector of projections orthogonal to the planes of the compensating coils are minimum values. Originality. For the first time invited to place sensors closed loop active screening system by magnetic field of high voltage power lines at the points where the calculated levels of corresponding projections of the magnetic induction vector orthogonal planes compensating windings are minimum values. Practical value. Practical recommendations for evidence-based selection of the spatial arrangement of the magnetic field sensors in a given area to ensure maximum efficiency of the active magnetic field screening system.Проведено экспериментальное исследование влияния пространственного расположения датчиков магнитного поля на эффективность замкнутой системы активного экранирования магнитного поля линий электропередачи на разработанном макете трехфазной одноцепной воздушной линии электропередачи, создающей вращающееся поле с наиболее сложной пространственно-временной структурой. Экспериментально показано, что наибольшую эффективность имеет замкнутая система активного экранирования магнитного поля, у которой датчики магнитного поля пространственно расположены в расчетных точках, полученных при синтезе системы, в которых значения соответствующих компонент вектора магнитной индукции принимают минимальное значение.Проведено экспериментальное исследование влияния пространственного расположения датчиков магнитного поля на эффективность замкнутой системы активного экранирования магнитного поля линий электропередачи на разработанном макете трехфазной одноцепной воздушной линии электропередачи, создающей вращающееся поле с наиболее сложной пространственно-временной структурой. Экспериментально показано, что наибольшую эффективность имеет замкнутая система активного экранирования магнитного поля, у которой датчики магнитного поля пространственно расположены в расчетных точках, полученных при синтезе системы, в которых значения соответствующих компонент вектора магнитной индукции принимают минимальное значение

СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ РАЗЛИЧНОГО КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Purpose. Analyze the spatial and temporal distribution of the magnetic field of high voltage power lines with different design allowing and development of recommendations for the design of active screening systems by magnetic field of high voltage power lines. Methodology. Analysis of the spatial and temporal distribution of the magnetic field of high voltage power lines of different design allowing is made on the basis of Maxwell's equations solutions in the quasi-stationary approximation. Determination of the number, configuration, spatial arrangement and the compensation coil currents is formulated in the form of multiobjective optimization problem that is solved by multi-agent multiswarm stochastic optimization based on Pareto optimal solutions. Results of active screening system for the synthesis of various types of transmission lines with different numbers of windings controlled. The possibility of a significant reduction in the level of the flux density of the magnetic field source within a given region of space. Originality. For the first time an analysis of the spatial and temporal distribution of the magnetic field of power lines with different types and based on findings developed recommendations for the design of active screening system by magnetic field of high voltage power lines. Practical value. Practical recommendations on reasonable choice of the number and spatial arrangement of compensating windings of active screening system by magnetic field of high voltage power lines of different design allowing for the spatial and temporal distribution of the magnetic field. Results of active screening system synthesis of the magnetic field of industrial frequency generated by single-circuit 110 kV high voltage power lines with the supports have 330 - 1T «triangle» rotating magnetic field with full polarization in a residential five-storey building, located near the power lines. The system contains three compensating coil and reduces the level of induction of the magnetic field source to the sanitary standards of 0.5 µT in almost of all the house space.Проведен анализ пространственно-временного распределения техногенного магнитного поля, создаваемого различными воздушными линиями электропередачи (ВЛ ЛЭП) внутри заданной области пространства. Приведены рекомендации по проектированию систем активного экранирования магнитного поля ЛЭП. Приведены результаты синтеза системы активного экранирования магнитного поля, создаваемого одноцепной ЛЭП ВЛ 110 кВ с опорой типа «треугольник» вращающегося магнитного поля с полной поляризацией в жилом пятиэтажном доме, расположенном вблизи ЛЭП. Система содержит три компенсационные обмотки и позволяет снизить уровень индукции исходного магнитного поля до санитарных норм практически во всем рассматриваемом пространстве жилого дома. Эффективность системы активного экранирования составляет около 8

EXPERIMENTAL RESEARCH OF THE POWER FREQUENCY TECHNOGENIC MAGNETIC FIELD ACTIVE SCREENING IN SYSTEM WITH DIFFERENT CONTROL ALGORITHMS AND WITH A SINGLE COIL

Purpose. Development of methodology and experimental studies of the layout of the active screening of technogenic power frequency magnetic fields with different control algorithms with a single coil magnetic executive body. Methodology. In the course of mathematical modeling to determine geometrical size of the magnetic coil executive body based on the size of the protected area, and the configuration of the coil magnetic executive body is determined based on the required uniformity of the magnetic field distribution in the protected area. Results. Experimental studies of open, closed and combined systems of active screening of technogenic power frequency magnetic fields with a single coil magnetic executive body. Originality. For the first time experimentally confirmed the possibility of reducing the level of induction of man-made power frequency magnetic fields in a given area 3-5 times with a single coil magnetic executive body.. The possibility of reducing the level of the magnetic field in a limited area of the space by 15-20 times Practical value. On the basis of the calculations the layout of active screening of technogenic power frequency magnetic fields with different control algorithms with a single coil magnetic executive body has been made