Computational Problems Of Electrical Engineering. – 2015 – Vol. 5, No. 1
Permanent URI for this collection
The scientific-technical journal
Computational Problems of Electrical Engineering = Обчислювальні проблеми електротехніки : the scientific-technical journal / Lviv Politechnic National University ; editor-in-chief Yuriy Bobalo. – Lviv : Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015. – Volume 5, number 1. – 74 р.
Browse
Recent Submissions
Item Some singularities of kernels of linear AR and ARMA processes and their application to simulation of information signals(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Zvaritch, Valeriy; Glazkova, ElenaSingularities of kernels of linear autoregressive (AR) processes and linear autoregressive-moving-average (ARMA) processes are considered. The paper contains some aspects of the theory of linear stochastic process and discusses a method of estimation and simulation of kernels of linear AR and ARMA processes. Linear stationary AR and ARMA processes, as well as linear AR and ARMA processes with periodic structures are considered. Characteristic functions of linear stationary AR and ARMA processes are presented. Characteristic functions of linear AR and ARMA processes with periodic structures are presented as well. Розглянуто особливості ядер лінійних авторегресивних (AR) випадкових процесів та лінійних авторегресивних з плаваючим середнім (ARMA) випадкових процесів. Стаття містить деякі положення теорії лінійних випадкових процесів, обговорюються методи оцінки і моделювання ядер лінійних AR та ARMA процесів. Розглядаються лінійні стаціонарні AR та ARMA процеси і лінійні AR та ARMA процеси з періодичними структурами та їх характеристичні функції.Item Enhancement of noise immunityand increase in data transmission speed in telemetrical communication system(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Zhuikov, Valery; Tereschenko, Tetiana; Yamnenko, Yulia; Khokhlov, YuriyEffective monitoring of physiological parameters indicating the state of a human being under extremal conditions is highly important in order to provide fast and efficient medical care in acute cases. Thus, development of biotelemetry technologies is a matter of topical interest. The paper is concerned with the methods of enhancement of noise immunity and increase in data transmission speed in a telemetry communication system on the basis of a new discrete spectral transform in an oriented basis. The proposed idea consists in using matched filters with the transient characteristics coinciding with the basis functions of the proposed spectral transform in an oriented basis. This new approach allows enhancing of noise immunity and reducing of computational complexity in comparison with widely known methods. Ефективний контроль за фізіологічними параметрами стану людини в екстремальних умовах є надзвичайно актуальним. Важливим кроком на шляху підвищення швидкості надання медичної допомоги та реагування на загрозу здоров’ю людини є впровадження технології біотелеметрії. Стаття присвячена методам підвищення завадостійкості та швидкості передавання даних телеметрії в системі зв'язку на базі розробленого авторами нового математичного апарату – дискретного спектрального перетворення в орієнтованому базисі. Запропонована авторами ідея полягає у використанні узгоджених фільтрів з перехідними характеристиками, які збігаються з базисними функціями цього перетворення. Впровадження технології передавання даних на базі перетворення в орієнтованому базисі підвищує завадостійкість та зменшує трудомісткість алгоритмів, що її реалізують, у порівнянні з широковідомими аналогічними методами.Item Investigation of ferroresonance in electrical networks at open-phase operating conditions(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Tugai, IrynaThis paper presents the analysis and simulation of occurrence and development of ferroresonance in real electrical networks. The necessary and sufficient conditions for ferroresonance occurrence have been examined. It has been shown that in electrical networks this phenomenon is non-linear, so some special methods should be applied. A computer simulation has been performed to calculate the ferroresonance mode. During the analysis the application of the Jiles-Atherton model has allowed taking into account the hysteresis effect and improving the reliability of simulation. The ways of preventing ferroresonance phenomena in electrical networks at open-phase operating conditions are presented. У цій статті наведено аналіз виникнення і розвитку ферорезонансу в реальних електричних мережах. Розглянуто необхідні та достатні умови для появи ферорезонансного процесу. Показано, що це явище в електричних мережах є нелінійним, тому повинні застосовуватися спеціальні методи. При проведенні розрахунку було використане комп'ютерне моделювання та модель Джілса-Атертона, що дозволило взяти до уваги ефект гістерезису і підвищити надійність моделювання. Запропоновано шляхи запобігання ферорезонансним явищам в електричних мережах при неповнофазних режимах роботи.Item Construction of discrete dynamic model of prediction of particulate matter emission into the air(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Strubytska, IrynaNowadays due to the negative influence of manufacture on the environment, ecological situation in many regions is dangerous. Thus the prediction of the concentration of harmful emissions into the atmosphere is an actual problem. There is a need to build models of processes occurring in complex ecological systems which can be based on historical data and be aimed to detect the influence of different factors on such systems. The building of a discrete dynamic model of prediction of particulate matter emission into the air is described in this paper. The discrete dynamic model has been developed using the optimization approach on the basis of historical observation data. The parameters of this model are identified by using Rastrigin’s method of a director cone. The results obtained by applying this model are compared with real results. The error of the developed model of prediction is less than 3%. Сьогодні через негативний вплив виробництва на довкілля екологічна ситуація у багатьох регіонах є небезпечною. Саме тому передбачення концентрації шкідливих викидів у атмосферу є актуальною проблемою. Існує потреба у побудові моделей процесів, що виникають у складних екологічних системах, які можуть базуватись на історичних даних та мати за мету визначення впливу різних факторів на такі системи. У статті описано побудову дискретної динамічної моделі передбачення емісії твердих частинок у повітря. Дискретну динамічну модель було побудовано з використанням методу оптимізації на основі історичних даних. Параметри цієї моделі визначено за допомогою методу скеровуючого конуса Растрігіна. Результати, отримані за допомогою цієї моделі, порівнюються із реальними результатами. Похибка розробленої моделі є меншою від 3 %.Item Methods of parametric sensitivity reduction of a field-oriented controlled drive(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Smetana, Igor; Lozynsky, Andriy; Misyurenko, ValeriyThe well-known problem of parametric sensitivity of a field oriented controlled induction motor drive is considered. The analytical method is offered for parametric sensitivity investigation. Using the results obtained with this method and results obtained by the mathematical models, conclusions are drawn and recommendations for the parametric sensitivity reduction are made. The effective method for the identification of IM parameters at a standstill is proposed. The optimal structures of Artificial Neural Networks are proposed for the flux identification in the FOC drive in which the parametric disturbances occure. Розглянуто проблему параметричної чутливості електроприводу з векторним керуванням. Запропоновано аналітичний метод дослідження чутливості систем з такими електроприводами. На підставі використання результатів математичного моделювання, отриманих із застосуванням вказаного методу, та запропоновано рекомендації щодо зменшення параметричної чутливості. Запропоновано ефективний метод ідентифікації параметрів асинхронного двигуна. Визначено оптимальну структуру штучної нейронної мережі для ідентифікації магнетного потоку при дії параметричних збурень в системах векторного керування електроприводом.Item Factors affecting the quality of formation and resolution of images in remote sensing systems(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Prudyus, Ivan; Tkachenko, Victor; Kondratov, Petro; Fabirovskyy, Serhiy; Lazko, Leonid; Hryvachevskyi, AndriyThe article deals with the factors affecting the quality of formation and resolution of an image in a high-resolution scanner (HRS). It is shown that the stabilization parameters of a spacecraft (SC), on which a HRS with a chargecoupled device operating in time delay integration mode (TDI-CCD) is installed, significantly affect an image distortion, namely its blurring, and this blurring increases when the number of integration lines goes up in the TDI sensor. The analysis and modelling of the maximum permissible number of integration stages in CCD8091 TDI-sensor employed in a HRS are conducted. We analyse the effect of a deviation in the nominal (planned) flight altitude of a SC above the Earth's surface on limiting the highest possible number of integration stages. The results obtained make it possible to assess the impacts on the image quality and resolution, and choose a compromise variant for the best results. В статті розглянуто фактори впливу на якість формування та роздільну здатність зображення у сканері високої роздільної здатності (СВРЗ). Показано, що параметри стабілізації космічного апарата (КА), на якому встановлено СВРЗ з фотоприймачем з часовим накопиченням заряду (ЧНЗ), суттєво впливають на розмивання зображення, і це розмивання збільшується при зростанні кількості рядків накопичення у ЧНЗ-фотоприймачі. Проведено аналіз та моделювання максимально-допустимого числа стадій накопичення у ЧНЗ-фотоприймачі типу СCD8091, застосованому у СВРЗ. Проаналізовано впливи відхилення номінальної (запланованої) висоти польоту КА над земною поверхнею на обмеження максимально-можливого числа стадій накопичення. Отримані результати дають можливість оцінити впливи на якість роздільну здатність зображення, та вибрати компромісний варіант для отримання найкращого результату.Item Mathematical model of an adaptive system for remote monitoring of human’s psychophysiological state(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Meshchaninov, Serhiy; Ldovskaya, AleksandraThe article discusses the remote and contactless evaluation of psychophysiological human condition in a real-time mode based on the computer-adaptive model of the evaluating system. The model takes into account that, on the one hand, the measured parameters are weakly correlated, and, on the other hand, values are multimodal and vary from individual to individual. У статті розглянуто питання дистанційної та безконтактної оцінки психофізіологічного стану людини в режимі реального часу на основі адаптивної комп'ютерної моделі системи оцінки. Модель враховує, що вимірювані параметри є, з одного боку, слабо корельованими, а з іншого – їхні значення є мультимодальними і змінюються від індивідуума до індивідуума.Item Mathematical model of permanent magnet direct current motor(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Malyar, Vasyl; Havdo, IhorNowadays there is a tendency towards the replacement of small direct current motors with electromagnetic excitation by permanent magnet direct current (PMDC) motors. Application of field methods for simulation of PMDC motor complicates its mathematical model and requires considerable amount of time for the processing of the results obtained. The purpose of the paper is development of a mathematical model of PMDC motor on the basis of theory of electric and magnetic circuits. The mathematical model of PMDC motor has been developed on the basis of the ramified equivalent circuit of the motor magnetic core featured by high level of magnetic core detailing. In the paper, the procedure for the equivalent circuit development and the method used for determination of its elements are described. The equations of magnetic, electric, and mechanical equilibrium of PMDC motor have been obtained. The mathematical model enables us to calculate transients and steady state characteristics of a PMDC motor with sufficient accuracy. Сьогодні існує тенденція заміни мікродвигунів постійного струму з електромагнітним збудженням на двигуни постійного струму зі збудженням від постійних магнітів (ДПС ПМ). Використання для розрахунків ДПС ПМ польових методів призводить до надмірного ускладнення математичних моделей та значних затрат часу на обробку отриманих результатів. Метою статті є розроблення математичної моделі ДПС ПМ на основі теорії електричних та магнітних кіл. Математична модель ДПС ПМ побудована на основі розгалуженої заступної схеми магнітного кола машини з високим рівнем деталізації магнітопроводу. Описано послідовність розроблення заступної схеми, методику визначення її елементів. Представлено систему рівнянь електричної, магнітної та механічної рівноваги ДПС ПМ. Розроблена математична модель дає змогу розрахувати перехідні процеси та статичні характеристики ДПС ПМ з достатньою для інженерної практики точністю.Item Stability issues in modern power systems(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Kyrylenko, Oleksandr; Pavlovskyi, Vsevolod; Lukianenko, Lukian; Steliuk, Anton; Lenga, OlegIn the paper, the important issues of the power system stability have been considered. The theoretical backgrounds of small-signal stability analysis for power systems studies and its application for validation of power system dynamic models using transient stability are presented. The considered example of dynamic models validation uses procedures based on the both small-signal stability analysis and time domain simulation. At present, in Ukraine, the activities are held to provide the synchronous operation of the national IPS with European grid ENTSO-E. It requires solving of numerous tasks including the frequency stability and export power flow control in order to provide a flexible control of the IPS operation. In particular, including a DC link in the “Burshtyn island” interface in most cases will improve a reliable schedule implementation to ENTSO-E and will increase the reserve capacity at Burshtyn thermal power plant. Taking into account the stated above, the frequency stability of the IPS of Ukraine has been studied considering DC link connecting Khmelnitskaya nuclear power plant and Rzeszow substation. In order to simulate long-term dynamics, the detailed model has been developed including the automatic power controller of “Burshtyn island”, automatic generation controllers of IPS of Ukraine and unified power system of Russia, DC link control system and ENTSO-E border area models. The frequency control simulation is performed in the event of generating unit disconnection at Burshtyn thermal power plant. The obtained simulation results show that modern DC link application provides a flexible regulation of the export power flows in AC/DC hybrid power systems to control the reserve capacity of Burshtyn TPP. Due to the active power flexible regulation by modern DC link, it becomes possible to use the secondary reserves controlled by the national automatic generation controller for “Burshtyn island”. У статті розглянуто важливі питання стійкості енергосистем. Представлено елементи аналізу статичної стійкості та приклади їх застосування для верифікації моделей з використанням положень динамічної стійкості. Розглянутий приклад верифікації динамічни їх моделей використовує підходи, що базуються на елементах статичної та динамічної стійкості. В поточний час в Україні здійснюються заходи, направлені на забезпечення синхронної роботи національної об’єднаної енергосистеми (ОЕС) з енергосистемами європейських країн ENTSO-E. Це потребує розв’язання низки задач, зокрема забезпечення стійкості за частотою та керування експортними перетоками для гнучкого керування режимами ОЕС. Так, залучення вставки постійного струму (ВПС) в міждержавному перетині “Бурштинського острову” у більшості випадків забезпечить виконання графіка експортних перетоків в ENTSO-E та збільшить резерви активної потужності на Бурштинській тепловій електростанції (ТЕС). Враховуючи зазначене, в роботі досліджено стійкість за частотою в ОЕС України з урахуванням ВПС, що з’єднує Хмельницьку атомну електростанцію та підстанцію “Жешув”. Для моделювання довготривалих перехідних процесів розроблено комплексну модель ОЕС України, в якій враховані автоматичний регулятор потужності “Бурштинського острову”, системи автоматичного регулювання частоти та потужності ОЕС України та Єдиної енергетичної системи Росії, систему керування ВПС та моделі прикордонних районів ENTSO-E. Моделювання процесів регулювання частоти виконано для випадку відключення енергоблоку на Бурштинській ТЕС. Аналіз отриманих результатів досліджень показав, що сучасні ВПС забезпечують гнучке регулювання експортними перетоками в гібридних мережах змінного/постійного струму для регулювання резервів потужності Бурштинської ТЕС. Гнучке регулювання активної потужності засобами ВПС відкриває широкі можливості з керування режимами “Бурштинського острову” вітчизняною системою автоматичного регулювання частоти та потужності.Item A measuring transducer in the system of technical diagnosis of overhead lines icing in electrical distribution networks(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Kozlovskyi, Oleksandr; Trushakov, Dmytro; Rendzinyak, SerhiyThe existing diagnosis systems of icing on wires of overhead power lines use imperfect diagnosis algorithms and icing sensors. In the paper, the schematic diagram of a measuring icing transducer and structure of its sensor based on uninsulated wires of overhead power lines of А and АС types have been substantiated. The sensor consists of a main electrode in the form of an isolated aluminum strand twisted around the central one and a secondary electrode in the form of an adjacent strand. The resistanse between the electrodes is measured; if the electrodes are isolated, the resistance btewwn them is close to infinity. If there is ice between the electrodes, its resistance is determined by the resistance of the ice. The threshold values of ohmic resistance of the sensor (АС-50 type wire) have been calculated for two types of ice depositions: rime and hoar frost. To ensure a reduced length of the sensor, additional main electrodes are used. It is shown that, by fixed measurement accuracy, the sensor length depends on the number of additional electrodes, central angles between them being equal. Using the proposed measuring transducer in a diagnosis system allows the formation of rime and hoar frost depositions to be forecasted and registered at an early stage, and thus enables to increase the ice melting effectiveness. Існуючі системи діагностування обледеніння (у вигляді утворення ожеледних та паморозних відкладень на проводах повітряних ліній розподільних електромереж використовують недосконалі алгоритми діагностування та сенсори обледеніння. Обґрунтовано структурну схему вимірювального перетворювача для діагностування явища обледеніння та конструкцію його сенсора на базі неізольованих проводів повітряних ліній електропередачі типів А, АС. Конструктивно сенсор являє собою основний електрод у вигляді ізольованої дротини, скрученої навколо центральної, та допоміжний електрод у вигляді сусідньої дротини. Для зменшення довжини сенсора можна збільшити кількість основних електродів. Розраховано порогові значення омічного опору сенсора (провід АС-50) для двох видів ожеледно-паморозевих відкладень: паморозі та ожеледі. Показано, що довжина сенсора, за незмінної точності вимірювань, залежить від кількості допоміжних електродів, при рівності центральних кутів між ними. Застосування запропонованого вимірювального перетворювача у складі системи технічного діагностування дає змогу прогнозувати та фіксувати утворення ожеледно-паморозевих відкладень на ранній стадії і таким чином підвищити ефективність проведення плавки ожеледі.Item Analysis of positivity and stability of discrete-time and continuous-time nonlinear systems(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Kaczorek, TadeuszThe positivity and asymptotic stability of discrete-time and continuous-time nonlinear systems are addressed. Sufficient conditions for the positivity and asymptotic stability of the nonlinear systems are established. The proposed stability tests are based on an extension of the Lyapunov method to the positive nonlinear systems. The effectiveness of the tests are demonstrated on examples. Досліджено позитивність та асимптотична стійкість нелінійних систем, часові залежності яких є дискретними або неперервними. Встановлено достатні умови позитивності та асимптотичної стійкості нелінійних систем. Запропоновані тести на стійкість базуються на розширенні методу О. Ляпунова для позитивних нелінійних систем. Ефективність цих тестів демонструється на прикладах.Item The mathematical model of glucose dynamics in blood over 24-hour period(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Chaikivska, Yulia; Pasichnyk, Roman; Pasichnyk, NataliiaThe article is concerned with the problem of controlling the glucose concentration in blood with minimal application of invasive measuring. The mathematical model of digestion of recepted glucose, which depends on the volume of consumed carbohydrates (instantaneous, fast, slow) has been developed. The mathematical model is built for long-term observations with the use of specially organized experiments. The blood glucose level depends on the intensity of the effect of insulin, that is why the model of insulin dynamics has been developed either. The accumulated insulin is presented as combination of the insulin produced by the body and the insulin coming from injections. The Levenberg-Marquardt method is used to identify the blood glucose dynamics. У цій статті розглянуто проблему контролю концентрації глюкози в крові із мінімізацією застосування інвазивних вимірювань. Розроблено математичну модель розподілу поступлення глюкози, що залежить від обсягу спожитих вуглеводів (миттєві, швидкі, повільні). Математичну модель побудовано для довготривалих спостережень із використанням спеціально-організованих експериментів. Рівень глюкози в крові залежить від інтенсивності дії гормону інсуліну, тому побудовано модель динаміки інсуліну. Сукупний інсулін представлено як поєднання інсуліну, що виробляється організмом та інсуліну, що поступає з ін’єкцій. Для ідентифікації динаміки глюкози в крові використано метод Левенберга – Маквардта.Item Computerized systems for remote monitoring and diagnostics of electric power facilities(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Babak, Sergii; Myslovych, Mykhailo; Sysak, RomanConstruction and practical use of computerized systems for remote monitoring and diagnostics of electric power facilities are discussed. The structure of information-measuring systems based on an unmanned aerial complex, that are designed to monitor thermal and nuclear power plants’ environment is examined. The structure and algorithms of a multilevel system for monitoring and diagnostics of electric power facilities’ equipment are discussed. The system allows the adaptation to a specific object hierarchy providing deep diagnostics of its elements, taking into account the severity of defects. The distinctive features of the proposed solutions are low cost, and high operation efficiency. Розглянуто особливості побудови та практичного використання комп’ютеризованих систем дистанційного контролю і діагностики об’єктів електроенергетики. Наведено структуру інформаційно-вимірювальної системи на основі безпілотного авіаційного комплексу, яка призначена для контролю довколишнього середовища в районах розташування теплових та атомних електростанцій. Розглянуто структуру та алгоритми роботи багаторівневої системи моніторингу та діагностики стану обладнання об’єктів електроенергетики, яка може адаптуватися до ієрархії конкретного об’єкта, забезпечуючи глибоку діагностику стану його елементів з урахуванням ступеня критичності дефектів. Запропоновані рішення відрізняються невеликою вартістю, але при цьому високою ефективністю роботи.Item Зміст до "Computational Problems of Electrical Engineering" Volume 5, number 1(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015)