Дисертації з теми "Motion of an electric stock"

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт" - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2018. Дисертація присвячена створенню наукових основ щодо вибору оптимальних параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електротранспорту. Розроблений алгоритм рішення рівняння Гамільтона-Якобі-Беллмана для задачі руху електрорухомого складу на ділянці шляху із заданим профілем і графіком руху, що дозволяє створити експертну систему управління рухом. Особливостями цього алгоритму є застосування штрафних функцій для опису обмежень, що накладаються графіком руху: досягнення потягом кінцевого пункту за заданий час руху, обмеження швидкості на ділянках шляху, а також відсутність простоїв потягу в процесі руху. Єдиний підхід штрафних функцій застосований також для введення обмежень по зчепленню. Такий підхід дозволяє значно понизити витрати розрахункового часу і спростити процедури розрахунку витрат енергії. Створена математична модель для визначення ефективності тягового приводу. Модель включає в себе визначення основних втрат у асинхронного тягового двигуна з урахуванням насичення магнітної системи, що визначається за результатами вирішення рекурентного нелінійного рівняння. Також у моделі враховані втрати від вищих гармонік напруги в міді та сталі, а також механічні та додаткові втрати. В розробленій моделі враховуються статичні та динамічні втрати у IGBT транзисторах та діодах напівпровідникового перетворювача. Розроблено метод оптимізації параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електрорухомого складу, якій складається з наступних основних етапів: визначення оптимальних режимів роботи тягового приводу на основі запропонованого виразу ефективності тягового приводу; визначення оптимальних режимів руху електрорухомого складу за критерієм мінімуму витрат; вирішення тягової задачі руху на ділянці колії с заданим графіком руху та профілем колії, а також визначенням залежності зміни втрат в елементах тягового двигуна за часом; вибору параметрів та режимів роботи систем охолодження тягових двигунів, які обумовлюють ефективність системи охолодження та вентиляції електрорухомого складу; вирішення задачі умовної мінімізації системи охолодження тягового двигуна за модернізованим критерієм економічної ефективності на основі методу Вейля за узагальненим золотим перетином та задачі аналізу системи вентиляції і охолодження тягових двигунів, яка створена на базі математичної моделі теплових режимів двигуна за узагальненою еквівалентною тепловою схемою.
Thesis for the degree of Doctor of Engineering in specialty 05.22.09 "Electric transport " - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" MES of Ukraine, Kharkov, 2018. The thesis is devoted to the creation of scientific foundations for the selection of optimal parameters and operating modes for cooling systems for asynchronous traction motors of electric transport. An algorithm for solving the Hamilton-Jacobi-Bellman equation for the problem of the motion of an electric stock on a section of a track with a given profile and a traffic schedule is developed. That makes it possible to create an expert control system for motion. Features of this algorithm is the use of penalty functions to describe the restrictions imposed by the traffic schedule: the train reaches the destination point for a given driving time, the speed limit on the sections of the track, and the absence of train idle time during the movement. A single approach to penalty functions is also applied to introduce constraints on the adhesion. This approach allows to reduce significantly the costs of the estimated time and to simplify the procedures for calculating energy costs. A mathematical model is created to determine the efficiency of the traction drive. The model includes the determination of the main losses in an asynchronous traction motor, taking into account the saturation of the magnetic system, which is determined by the results of solving a recurrent nonlinear equation. Also, the model takes into account losses from higher harmonic stresses in copper and steel, mechanical and additional losses. The developed model takes into account static and dynamic losses in IGBT transistors and diodes of a semiconductor converter. A method for optimizing the parameters and operating modes of cooling systems for asynchronous traction motors of the electric stock is developed. It consists of the following main stages: determination of the optimum mode of the traction drive operation on the basis of the proposed expression of its efficiency; determination of optimum modes of movement of the electric stock by the criterion of minimum costs; solution of the traction problem of motion on a section of the track with a specified traffic schedule and the track profile, as well as the determination of the dependence of the change in losses in the elements of asynchronous traction engines in time; choice of parameters and operation modes of cooling systems for asynchronous traction motors, which determine the efficiency of the cooling and ventilation system of the electric stock; solution of the problem of relative minimization of the cooling system for asynchronous traction motors with a modernized criterion of economic efficiency based on the Weil method on the generalized golden section and the problem of analyzing the ventilation and cooling system of traction motors, which is based on the mathematical model of thermal motor conditions by the generalized equivalent thermal scheme.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт" - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2018. Дисертація присвячена створенню наукових основ щодо вибору оптимальних параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електротранспорту. Розроблений алгоритм рішення рівняння Гамільтона-Якобі-Беллмана для задачі руху електрорухомого складу на ділянці шляху із заданим профілем і графіком руху, що дозволяє створити експертну систему управління рухом. Особливостями цього алгоритму є застосування штрафних функцій для опису обмежень, що накладаються графіком руху: досягнення потягом кінцевого пункту за заданий час руху, обмеження швидкості на ділянках шляху, а також відсутність простоїв потягу в процесі руху. Єдиний підхід штрафних функцій застосований також для введення обмежень по зчепленню. Такий підхід дозволяє значно понизити витрати розрахункового часу і спростити процедури розрахунку витрат енергії. Створена математична модель для визначення ефективності тягового приводу. Модель включає в себе визначення основних втрат у асинхронного тягового двигуна з урахуванням насичення магнітної системи, що визначається за результатами вирішення рекурентного нелінійного рівняння. Також у моделі враховані втрати від вищих гармонік напруги в міді та сталі, а також механічні та додаткові втрати. В розробленій моделі враховуються статичні та динамічні втрати у IGBT транзисторах та діодах напівпровідникового перетворювача. Розроблено метод оптимізації параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електрорухомого складу, якій складається з наступних основних етапів: визначення оптимальних режимів роботи тягового приводу на основі запропонованого виразу ефективності тягового приводу; визначення оптимальних режимів руху електрорухомого складу за критерієм мінімуму витрат; вирішення тягової задачі руху на ділянці колії с заданим графіком руху та профілем колії, а також визначенням залежності зміни втрат в елементах тягового двигуна за часом; вибору параметрів та режимів роботи систем охолодження тягових двигунів, які обумовлюють ефективність системи охолодження та вентиляції електрорухомого складу; вирішення задачі умовної мінімізації системи охолодження тягового двигуна за модернізованим критерієм економічної ефективності на основі методу Вейля за узагальненим золотим перетином та задачі аналізу системи вентиляції і охолодження тягових двигунів, яка створена на базі математичної моделі теплових режимів двигуна за узагальненою еквівалентною тепловою схемою.
Thesis for the degree of Doctor of Engineering in specialty 05.22.09 "Electric transport " - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" MES of Ukraine, Kharkov, 2018. The thesis is devoted to the creation of scientific foundations for the selection of optimal parameters and operating modes for cooling systems for asynchronous traction motors of electric transport. An algorithm for solving the Hamilton-Jacobi-Bellman equation for the problem of the motion of an electric stock on a section of a track with a given profile and a traffic schedule is developed. That makes it possible to create an expert control system for motion. Features of this algorithm is the use of penalty functions to describe the restrictions imposed by the traffic schedule: the train reaches the destination point for a given driving time, the speed limit on the sections of the track, and the absence of train idle time during the movement. A single approach to penalty functions is also applied to introduce constraints on the adhesion. This approach allows to reduce significantly the costs of the estimated time and to simplify the procedures for calculating energy costs. A mathematical model is created to determine the efficiency of the traction drive. The model includes the determination of the main losses in an asynchronous traction motor, taking into account the saturation of the magnetic system, which is determined by the results of solving a recurrent nonlinear equation. Also, the model takes into account losses from higher harmonic stresses in copper and steel, mechanical and additional losses. The developed model takes into account static and dynamic losses in IGBT transistors and diodes of a semiconductor converter. A method for optimizing the parameters and operating modes of cooling systems for asynchronous traction motors of the electric stock is developed. It consists of the following main stages: determination of the optimum mode of the traction drive operation on the basis of the proposed expression of its efficiency; determination of optimum modes of movement of the electric stock by the criterion of minimum costs; solution of the traction problem of motion on a section of the track with a specified traffic schedule and the track profile, as well as the determination of the dependence of the change in losses in the elements of asynchronous traction engines in time; choice of parameters and operation modes of cooling systems for asynchronous traction motors, which determine the efficiency of the cooling and ventilation system of the electric stock; solution of the problem of relative minimization of the cooling system for asynchronous traction motors with a modernized criterion of economic efficiency based on the Weil method on the generalized golden section and the problem of analyzing the ventilation and cooling system of traction motors, which is based on the mathematical model of thermal motor conditions by the generalized equivalent thermal scheme.

Weakly electric fish use of a self-generated electric field to probe their environment, this behaviour is known as electrolocation. This study investigated two aspects of electrolocation in two species of knifefish (Apteronotus leptorhynchus and Eigenmannia virescens). First, we characterized the ability to track moving objects and found that tracking performance did not differ among speeds tested in either species. Second, we characterized a motion-related cue for distance perception, similar to visual parallax, for which rapidly moving objects would be perceived as closer than slowly moving objects. During tracking experiments, the fish remained centered between the moving objects. We hypothesized that the fish use electrosensory parallax to perform this centering behaviour. Thus, we predicted that if one object moved slightly slower than the other, the fish would perceive the slower-moving object as farther away, and would move towards the slower object to remain “centered.” Indeed, our results supported our hypothesis with E. virescens moving towards the slower object to an extent that increased with the relative decrease in speed.

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1996.
Includes bibliographical references (p. 179-185).
by Eckart Werner Jansen.
Ph.D.

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO
Controle de estabilidade é uma técnica aplicada para aumentar a segurança em veículos automotivos. Ele compreende não apenas controle de guinada como controle de rolagem, principalmente em veículos altos como caminhões. Uma tendência na indústria automobilística já consagrada em sistemas robóticos de exploração são os veículos elétricos que possuem motores elétricos independentes em cada roda. Sua característica de não emitir qualquer poluente os torna ambientalmente atraentes e, devido à forma de atuação, tendem a ser mecanicamente menos complexos. Os controles de estabilidade atuais visam prevenir que o veículo chegue a uma situação de instabilidade. No entanto, veículos em alta velocidade que encontrem obstáculos nos terrenos podem perder o contato com o solo. Nessa situação, os controles de estabilidade atuais nada podem fazer para garantir um retorno seguro para o terreno. Este trabalho apresenta um algoritmo de detecção de descolamento da roda para identificação do início da fase balística e consequente determinação da ação necessária para aumentar as chances de um retorno seguro ao chão. São usados apenas sensores de corrente e velocidade dos motores para a detecção. O controle por roda de reação é aplicado ao veículo para estabilização durante a fase balística. O algoritmo também é capaz de estimar o torque externo aplicado sobre a roda usando os mesmo sensores utilizados para o controle de torque dos motores, tornando a técnica uma ferramenta sem custos adicionais ao sistema. Os algoritmos de controle e detecção apresentados foram testados experimentalmente e em um simulador desenvolvido para a pesquisa usando o modelo de um veículo robótico de sessenta quilogramas com quatro rodas independentes atuadas por meio de motores elétricos de corrente contínua. Os resultados obtidos mostram o potencial da técnica para futuras aplicações.
Stability control is a known algorithm used to increase safety in passenger vehicles. It comprises not only yaw control but rollover as well, mainly in vehicles with high centers of gravity. Another already established trend in the automobile industry are electric vehicles with independently driven wheels. Its zero-emitting qualities have made them environmentally attractive and, due to their drivetrain design, they tend to be mechanically less complex. Stability controls used nowadays work to prevent the vehicle from reaching unstable situations. Nonetheless, high speed vehicles hitting obstacles may lose contact with the ground. In these situations, none of the existing stability controls can guarantee safe landing during ballistic motion. This work presents an algorithm for flying wheel detection to help identify ballistic motion tendencies and therefore determine the appropriate action to increase the odds of a safe landing. Current sensors and encoders are used by the algorithm. A reaction wheel based control is proposed to stabilize and adjust the pitch angle during ballistic motion and set up the vehicle to a better position to return to land. The flying wheel detection algorithm can also estimate external torques acting on the wheel using the same sensors already installed in the motor for current control, making it a costless technique. The detection algorithm and pitch control algorithm presented were tested experimentally and in a simulator developed for the research. The results show the potential of the algorithms presented for future implementations.

The financial market is a stochastic and complex system that is challenging to model. It is crucial for investors to be able to model the probability of possible outcomes of financial investments and financing decisions in order to produce fruitful and productive investments. This study investigates how Monte Carlo simulations of random walks can be used to model the probability of future stock returns and how the simulations can be improved in order to provide better accuracy. The implemented method uses a mathematical model called Geometric Brownian Motion (GBM) in order to simulate stock prices. Ten Swedish large-cap stocks were used as a data set for the simulations, which in turn were conducted in time periods of 1 month, 3 months, 6 months, 9 months and 12 months. The two main parameters which determine the outcome of the simulations are the mean return of a stock and the standard deviation of historical returns. When these parameters were calculated without weights the method proved to be of no statistical significance. The method improved and thereby proved to be statistically significant for predictions for a 1 month time period when the parameters instead were weighted. By varying the assumptions regarding price distribution with respect to the size of the current time period and using other weights, the method could possibly prove to be more accurate than what this study suggests. Monte Carlo simulations seem to have the potential to become a powerful tool that can expand our abilities to predict and model stock prices.
Den finansiella marknaden är ett stokastiskt och komplext system som är svårt att modellera. Det är angeläget för investerare att kunna modellera sannolikheten för möjliga utfall av finansiella investeringar och beslut för att kunna producera fruktfulla och produktiva investeringar. Den här studien undersöker hur Monte Carlo-simuleringar av så kallade random walks kan användas för att modellera sannolikheten för framtida aktieavkastningar, och hur simuleringarna kan förbättras för att ge bättre precision. Den implementerade metoden använder den matematiska modellen Geometric Brownian Motion (GBM) för att simulera aktiepriser. Tio svenska large-cap aktier valdes ut som data för simuleringarna, som sedan gjordes för tidsperioderna 1 månad, 3 månader, 6 månader, 9 månader och 12 månader. Huvudparametrarna som bestämmer utfallet av simuleringarna är medelvärdet av avkastningarna för en aktie samt standardavvikelsen av de historiska avkastningarna. När dessa parametrar beräknades utan viktning gav metoden ingen statistisk signifikans. Metoden förbättrades och gav då statistisk signifikans på en 1 månadsperiod när parametrarna istället var viktade. Metoden skulle kunna visa sig ha högre precision än vad den här studien föreslår. Det är möjligt att till exempel variera antagandena angående prisernas fördelning med avseende på storleken av den nuvarande tidsperioden, och genom att använda andra vikter. Monte Carlo-simuleringar har därför potentialen att utvecklas till ett kraftfullt verktyg som kan öka vår förmåga att modellera och förutse aktiekurser.

Electroporation is a methodology for the introduction of drugs and genes into cells. This technique works by reducing the exclusionary nature of the cell membrane [125, 129, 186, 189]. Electroporation has successfully been used in electrochemotherapy and electrogenetherapy [57, 68, 86, 87, 110, 112, 131]. The two major components of electroporation are an induced transmembrane potential and the motion of the deliverable through a compromised cell membrane into the target cell [38, 55, 62, 114, 131]. These two components are both dependent on the electrophoretic motion of charged species in an applied electric field [45, 64, 75, 77, 177]. Currently, the methods outlined for understanding electroporation have been focused on either a phenomenological perspective, e.g. what works, or modeling the electric fieldstrength in certain regions [12, 56, 87, 129, 146, 204, 205]. While this information is necessary for the clinician and the laboratory scientist, it doesn't expand the understanding of how electric field mediated drug and gene delivery works or EFMDGD. To increase the understanding of EFMDGD, new models are required that predict the motion of ions and deliverables through tissues to target areas [75, 77]. This document examines the design and creation of an electric field mediated drug and gene delivery model, EFMDGDM. Two example scenarios, ionic motion in tissues and gel electrophoresis, are examined in depth using the EFMDGDM. The model requires tuning for each scenario but only utilizes experimental parameters and one tunable parameter that is computed from regressed experimental data. The EFMDGDM successfully describes the two examples. Future work will incorporate the EFMDGDM as the backbone of an electric field mediated drug and gene delivery modeling package, EFMDGDMP.

This report presents the work carried out aiming towardsdistributed control of electric drives through a networkcommunication medium with temporal constraints, i.e, Ethernet.A general analysis on time delayed systems is carried out,using state space representation of systems in the discretetime domain. The effect of input time delays is identified andis used in the preceding controller designs. The main hardwareapplication focused in this study is a Brushless DC servomotor, whose speed control loop is closed via a 10 MbpsSwitched Ethernet network. The speed control loop, which isapproximately a decade slower than the current control loop, isopened and interfaced to the network at the sensor/actuatornode. It is closed at the speed controller end at another nodein the same local area network (LAN) forming a distributedcontrol system (DCS).

The Proportional Integral (PI) classical controller designtechnique with ample changes in parameter tuning suitable fortime delayed systems is used. Then the standard Smith Predictoris tested, modified with the algebraic design techniqueCoefficient Diagram Method (CDM), which increases the systemdegrees of freedom. Constant control delay is assumed in thelatter designs despite the slight stochastic nature in thetiming data observations. Hence the poor transient performanceof the system is the price for the robustness inherited to thespeed controllers at the design stage. The controllability andobservability of the DCS may be lost, depending on the range inwhich the control delay is varying. However a state feedbackcontroller deploying on-line delay data, obtained by means ofsynchronizing the sensor node and controller node systemclocks, results in an effective compensation scheme for thenetwork induced delays. Hence the full state feedbackcontroller makes he distributed system transient performanceacceptable for servo applications with the help of poleplacement controller design.

Further, speed synchronizing controllers have been designedsuch that a speed fluctuation caused by a mechanical loadtorque disturbance on one motor is followed effectively by anyother specified motor in the distributed control network with aminimum tracking or synchronizing error. This type ofperformance is often demanded in many industrial applicationssuch as printing, paper, bagging, pick and place and materialcutting.

Keywords:Brushless DC Motor, Control Delay, DistributedMotion Control Systems, Proportional Integral Controller, SmithPredictor, Speed Synchronization, State Feedback Controller,Stochastic Systems, Switched-Ethernet, Synchronizing Error,Time Delayed Systems, Tracking Error

In recreational boating, docking is one of the most stressful and accident prone situations. Due to the loss of maneuverability at low speeds, it is a procedure that requires experience. There are mainly two problems when it comes to autonomous docking of a boat, these are identifying a berth’s position as well as keeping the boat on its intended path and correcting any deviations. Autonomous docking in recreational boating is still quite uncommon, with companies still exploring different solutions. This thesis proposes a Model Predictive Control (MPC) system combined with Pulsed Coherent Radar technology, equipped on an under-actuated boat model, to achieve autonomous docking. A major part of this thesis was to evaluate the amount and placement of radar sensors, as well as determining whether these are suitable in a water environment. In order to test this, the sensors were placed alongside the hull of the boat. It was found that the placement of sensors had a bigger impact than the amount when it came to correctly detecting the position of a berth. Once the placement of sensors and the berth position algorithmhad been done, a closed-loop MPC was used. This controller got constant feedback of the boat’s position relative the berth, in order to calculate the thruster control inputs for the next time step. The developed autonomous docking system was then implemented on the boat which was tested in a swimming pool. The optimal radar configuration combined withMPC, made it possible to successfully dock a boat autonomously without any modification to the berth.
För fritidsbåtlivet är tilläggning en av demest stressfulla och olycksbenägna situationerna. På grund av förlust av manövrering vid låga hastigheter är det en procedur som kräver erfarenhet. Det finns främst två problem när det kommer till autonom tilläggning, det är att identifiera positionen av en brygga såväl som att hålla båten på den avsedda kursen och rätta till små avvikelser. Autonom tilläggning för fritidsbåtlivet är fortfarande rätt ovanligt och företag utforskar fortfarande olika lösningar. Denna avhandling föreslår ett Modellprediktivt Reglersystem (MPC) kombinerat med Pulserad Koherent Radarteknik som är utrustad på en underaktuerad båtmodell för att uppnå autonom tilläggning. En stor del av avhandlingen var att utvärdera antalet och placeringen av radarsensorer, såväl som att fastställa om dessa är lämpliga att användas i en vattenmiljö. För att undersöka detta placerades sensorerna längs med båtens skrov. Det konstaterades att placeringen av sensorer hade en större påverkan än mängden när det kom till att läsa av positionen av bryggan korrekt. När placeringen av sensorer och bryggpositionsalgoritmen var klar användes MPC med återkoppling. Denna regulator fick konstant återkoppling av båtens position relativt bryggan för att räkna ut styrsignal till motorerna för nästa tidssteg. Den utvecklade autonoma tilläggningen var sedan implementerad på båten som testades i en pool. Den optimala radarplaceringen kombinerat med MPC gjorde det möjligt att med framgång kunna lägga till båten autonomt utan modifiering av bryggan.

E-Cars challenge prevailing business practices, especially in industrial sectors that heavily depend on the use of fossil fuels such as the automobile industry. The sustainable powertrain has to fight against prejudices towards a lack of performance, long charging times, the fear of too short driving ranges and a long list of other concerns. However, hazardous environmental pollution in Chinese megacities as well as changes among the consumers’ mindsets and purchasing behavior claim for a change in the product portfolios of today´s car manufacturers. In the western world we can see a successive (although hesitant) penetration of the markets by E-Cars. However, the Chinese market is still almost untouched and car manufacturers have just started to show the first signs of action. This phenomenon is mainly based on differences among the markets, especially the customer segment, partnerships and the proposition of value in China differ compared to the western markets. Furthermore, there are dissimilarities between China and the western car markets when it comes to political, legal and social aspects. To successfully introduce E-Cars to China, car manufacturers have to develop business models that transform the specific characteristics of E-mobility to create economic value and overcome the barriers that preclude them from penetrating the market. Of course, not an entirely new Business Model is needed. However, car manufacturers have to consider various aspects to innovate among their existing ones. A key prerequisite to enter a market with new products or services is to understand it. Based on a qualitative analysis about the introduction of E-Cars to China we therefore conducted an in-depth PESTEL-Analysis by hand of secondary data as well as an interview with a Shanghainese Business Manager of the Auto Components Working Group from the European Chamber of Commerce in China. After this market description we analyzed the Business Models of two German car manufacturers from the premium segment, which on the one hand operate successfully in the Chinese market and on the other hand, already show some movement in terms of E-Cars – the BMW AG and the Daimler AG. In our analysis we give valuable information about the two companies’ current Business Models, according the nine building blocks of the business model canvas and in regard to the data emerging from the PESTEL-Analysis. The conclusion chapter gives an overall discussion of the most important findings emerging from the analysis with regard to the business operations and the existing business models of the two car manufacturers. Findings have been evaluated on a global level and substantially transferred to a national level on the Chinese market by hand of the information from the PESTEL-Analysis. Furthermore, we offer important implications for the adaption and adjustment of high consideration areas of a car manufacturer Business Model as well as the future of the Business Models of a car manufacturer to successfully introduce E-Cars to China.

As an extension of the geometric Brownian motion, a geometric fractional Brownian motion (GFBM) is considered as a stock-price model. The modeled GFBM is compared with empirical Chinese stock prices. Comparisons are performed by considering logarithmic-return densities, autocovariance functions, spectral densities and trajectories. Since logarithmic-return densities of GFBM stock prices are Gaussian and empirical stock logarithmic-returns typically are far from Gaussian, a GFBM model may not be the most suitable stock price model.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2005.
Title from first page of PDF file. Document formatted into pages; contains xxi, 177 p.; also includes graphics (some col.). Includes bibliographical references (p. 167-177). Available online via OhioLINK's ETD Center

Starting a few decades ago, the unmanned wheeled vehicle research has drawn lately more attention, especially for off-road environment. As the demand to use electric vehicles increased, the need to conceptualize the use of electrically driven vehicles in autonomous operations became a target. That is because in addition to the fact that they are more environmentally friendly, they are also easier to control. This also gives another reason to enhance further the energy economy of those unmanned electric vehicles. Off-road vehicles research was always challenging, but in the present work the nature of the off-road land is utilized to benefit from in order to enhance the energy consumption of those vehicles. An algorithm for energy consumption optimization for electrically driven unmanned wheeled vehicles is presented. The algorithm idea is based on the fact that in off-road conditions, when the vehicle passes a ditch or a hole, the kinetic energy gained while moving downhill could be utilized to reduce the energy consumption for moving uphill if the dimensions of the ditch/hole were known a distance ahead. Two manipulated variables are evaluated: the wheels DC motors supply voltage and the DC armature current. The developed algorithm is analysed and compared to the PID speed iii controller and to the open-loop control of DC motors. The developed predictive controller achieved encouraging results compared to the PID speed control and also compared to the open-loop control. Also, the use of the DC armature current as a manipulated variable showed more noticeable improvement over using the DC input voltage. Experimental work was carried out to validate the predictive control algorithm. A mobile robot with two DC motor driven wheels was deployed to overcome a ditch-like hindrance. The experimental results verified the simulation results. A parametric study for the predictive control is conducted. The effect of changing the downhill angle and the uphill angle as well as the size of the prediction horizon on the consumed electric energy by the DC motors is addressed. The simulation results showed that, when using the proposed approach, the larger the prediction horizon, the lower the energy consumption is.

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1996, and Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Civil and Environmental Engineering, 1996.
Includes bibliographical references (p. 87-89).
by Michael Wayne Gillenwater.
M.S.

This Master´s thesis engage in modeling of electric motions on CompactRIO platform with FPGA. Permanent magnet synchronous motor (PMSM) is namely described, modeled and tested here. This thesis demonstrates the complete work procedure for modeling of electric motion and testing behavior of motor in real time. Various types of discretization are described here and model si discussed from accuracy same as from FPGA utilization point of view. The last part of this project describes testing comparison between created model and real PMSM motor and results from this testing.

Power generation from solar energy has significantly increased, and the growth is projected to continue in the foreseeable future. The main challenge of dealing with solar energy is its intermittent nature. The received irradiation energy of the sun on the earth's surface can fluctuate in a matter of seconds and cause voltage issues to power systems. Considering the high growth rate of solar photovoltaic (PV) resources, it is essential to be prepared to encounter and manage their high penetration levels. Currently, simplified approaches are used to model the impacts of cloud shadows on power systems. Using outdated standards also limits the penetration levels more than required. Approximately 40% of the new PV installations are residential, or installed at a low voltage level. Currently, all components between utility distribution transformers and customers/loads are either ignored or modeled with oversimplification. Furthermore, large PV systems require a considerable amount of land. However, point sensor models are currently used to simulate those systems. With a point model, the irradiance values measured at a point sensor are used to represent the output of a large PV system. However, in reality, clouds cover photovoltaic resources gradually and if the solar arrays are widespread over a large geospatial area, it takes some time for clouds to pass over the solar arrays. Finally, before 2014, participation of small-scale renewable resources was not allowed in controlling voltage. However, they can contribute significantly in voltage regulation. The main objective of this dissertation is to address the abovementioned issues in order to increase the penetration levels as well as precisely identify and locate voltage problems. A time-series analysis approach is used in modeling cloud motion. Using the time-series approach, changes of the received irradiation energy of the sun due to cloud shadows are simulated realistically with a Cloud Motion Simulator. Moreover, the use of the time-series approach allows implementation of new grid codes and standards, which is not possible using the old step change methods of simulating cloud impacts. Furthermore, all electrical components between utility transformers and customers are modeled to eliminate the inaccuracy due to using oversimplified models. Distributed PV models are also developed and used to represent large photovoltaic systems. In addition, the effectiveness of more distributed voltage control schemes compared to the traditional voltage control configurations is investigated. Inverters connect renewable energy resources to the power grid and they may use different control strategies to control voltage. Different control strategies are also compared with the current practice to investigate voltage control performance under irradiation variations. This dissertation presents a comprehensive approach to study impacts of solar PV resources. Moreover, simulation results show that by using time-series analysis and new grid codes, as well as employing distributed PV models, penetration of solar PV resources can increase significantly with no unacceptable voltage effects. It is also demonstrated that detailed secondary models are required to accurately identify locations with voltage problems.
PHD

L’électrochimie bipolaire est un phénomène générant une réactivité asymétrique à la surface d’objets conducteurs, sans contact électrique direct. Ce concept est basé sur le fait que lorsqu’un objet conducteur est localisé dans un champ électrique, il se polarise. Par conséquent, une différence de potentiel est générée entre ses deux extrémités, et peut être utilisée pour induire des réactions redox localisées. Dans cette thèse, l’utilisation de l’électrochimie bipolaire pour la science des matériaux et pour la locomotion d’objets est présentée.Jusqu’à présent, la plupart des méthodes ou procédés utilisés pour générer des objets asymétriques,appelés aussi objets « Janus », nécessitent l’introduction d’une interface pour briser la symétrie. Nous avons développé une nouvelle approche basée sur l’électrodéposition bipolaire pour générerce type d’objet en grande quantité. Grâce à cette technologie différents matériaux tels que des métaux, des polymères et des semi‐conducteurs ont pu être déposés sur diverses particulesconductrices. Il a été aussi démontré que l’électrochimie bipolaire pouvait être utilisée pour lamicrostructuration de substrats conducteurs.Nous avons induit des mouvements à des objets conducteurs en exploitant le phénomèned’électrochimie bipolaire. Certains objets Janus synthétisés par l’approche précédente ont pu être utilisés comme micronageurs. La brisure de symétrie qui est générée par l’électrochimie bipolaire peut être aussi utilisée directement pour générer un mouvement de particules isotropes. En employant ce concept, nous avons pu provoquer des mouvements de translation, rotation et lévitation pour des particules de carbones ou métalliques
The phenomenon of bipolar electrochemistry generates an asymmetric reactivity on the surface ofconductive objects in a wireless manner. This concept is based on the fact that when a conducingobject is placed in an electric field, it gets polarized. Consequently, a potential difference appearsbetween its two extremities, that can be used to drive localized redox reactions. In the presentthesis, bipolar electrochemistry was used for material science and the locomotion of objects.So far, the majority of methods and processes used for the generation of asymmetric objects, alsocalled “Janus” objects, is based on using interfaces to break the symmetry. We developed a newapproach based on bipolar electrodeposition for generating this type of objects in the bulk. Using thistechnology, various materials like metals, polymers and semiconductors could be deposited ondifferent types of conducting particles. We also showed that bipolar electrochemistry can be used forthe microstructuration of conducting substrates.Motion generation by bipolar electrochemistry has also been demonstrated. Some of the Janusobjects synthesized by the previous approach can be used as microswimmers. The asymmetricreactivity that is induced by bipolar electrochemistry can also be used directly to generate motion ofnon‐hybrid objects. With this concept we induced translations, rotations and levitations of carbonand metal particles

Primary cilia are cellular organelles that protrude into the extracellular space, acting as antennas. They detect a wide range of chemical cues, including SHH and PDGF, as well as fluid flow, and they modulate downstream signalling systems, such as WNT and ERK. Due to this cue-sensing ability and the close association of the primary cilium with the centrosome the organelle is able to influence both cell cycle progression and cell migration. This work investigated the effect of mutations on two genes associated with primary cilia: Arl13b and Ift172. The effects of the HNN genotype of Arl13b and the WIM genotype of Ift172 on cell migration were assessed uniquely within the context of direct current electric fields. Both cell lines showed a decreased migratory response when compared to WT cells, despite no clear involvement of cilia in sensing the direction of the electric field. This corroborated with previous data of in vivo Arl13b cellular migration. Through the use of in utero electroporation the migratory deficits of IFT172 knock down were then confirmed in vivo in the developing mouse neocortex. Further in vitro investigation revealed a slower proliferation rate of HNN and WIM cells, though this was not confirmed in vivo after IFT172 knock down using a standard BrDU protocol. Nevertheless, further in vitro investigations revealed a wide variety of cell cycle and intracellular changes within both cell lines. The commonalities included lower numbers of cells in the S-phase and lower MAPK3 phosphorylation compared to WT, and differences such as GSK3β phosphorylation on Ser9. This work showed for the first time that ciliopathies affect galvanotaxis, and revealed fundamental commonalities in cell migration and proliferation between various ciliary mutations, as well as differences in specific signalling pathways. This will hopefully aid in developing future therapeutic interventions for ciliary diseases.

In this diploma thesis a general purpose application was developed in order to analyse economic data emitted by the Prague Stock Exchange. The application was written in the Maple programming language. The purpose of this application is to simulate possible future development of the securities. The main part of the application is a user-friendly graphical user interface.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт; Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2016 р. Вирішена науково-практична задача синтезу комбінованої електромеханічної та пневматичної системи нахилу кузова швидкісного електрорухомого складу для колії 1520 мм, яка дозволила встановити оптимальні параметри лінійного двигуна та вимоги до вибору елементної бази напівпровідникового перетворювача (типи ключів та діодів), параметрів та типів балонів пневморесор. Запропоновано для нахилу кузова застосовувати комбіновану систему, що складається з лінійного двигуна і регульованого пневмопідвішування другого ступеня. Нахил кузова на кут до 5 ° забезпечується за рахунок електромеханічного приводу, що має більшу швидкодію, при великих кутах нахил проводиться за рахунок спільної дії електромеханічного і пневматичного приводів.
The thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences on specialty 05.22.09 – Electric Transport. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", 2016 Scientific and practical problem of combined electromechanical and pneumatic body tilt system of high-speed rolling stock for railway gauge of 1520 mm is solved. At allowed to determine optimum parameters of linear motor and requirements to select elementary base for semiconductor transformer (variations of keys and diodes), parameters and types of air springs tanks is well is to define with the loads on rolling stock components of structure mounted on bodies. It is offered to use body tilt combined system which is made up of linear motor and controlled pneumatic hanging of the second the level. Body tilt by the angle up to 5° is achieved by means of electro-mechanical drive possessing joint action. At great angles tilt is realized at the expense of electromechanical and pneumatic drive joint action.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт; Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2016 р. Вирішена науково-практична задача синтезу комбінованої електромеханічної та пневматичної системи нахилу кузова швидкісного електрорухомого складу для колії 1520 мм, яка дозволила встановити оптимальні параметри лінійного двигуна та вимоги до вибору елементної бази напівпровідникового перетворювача (типи ключів та діодів), параметрів та типів балонів пневморесор. Запропоновано для нахилу кузова застосовувати комбіновану систему, що складається з лінійного двигуна і регульованого пневмопідвішування другого ступеня. Нахил кузова на кут до 5 ° забезпечується за рахунок електромеханічного приводу, що має більшу швидкодію, при великих кутах нахил проводиться за рахунок спільної дії електромеханічного і пневматичного приводів.
The thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences on specialty 05.22.09 – Electric Transport. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", 2016 Scientific and practical problem of combined electromechanical and pneumatic body tilt system of high-speed rolling stock for railway gauge of 1520 mm is solved. At allowed to determine optimum parameters of linear motor and requirements to select elementary base for semiconductor transformer (variations of keys and diodes), parameters and types of air springs tanks is well is to define with the loads on rolling stock components of structure mounted on bodies. It is offered to use body tilt combined system which is made up of linear motor and controlled pneumatic hanging of the second the level. Body tilt by the angle up to 5° is achieved by means of electro-mechanical drive possessing joint action. At great angles tilt is realized at the expense of electromechanical and pneumatic drive joint action.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної задачі по удосконаленню технології діагностування стану тягового асинхронного електроприводу рухомого складу на основі застосування діагностичних ознак, що свідчили б про настання аварійних режимів, а також розробці технологій, методів та алгоритмів, що дозволили б виявляти та упереджувати подальший розвиток таких режимів. Для виконання досліджень розроблені комп'ютерні математичні імітаційні моделі тягового асинхронного електроприводу, в яких враховуються особливості аварійних режимів в залежності від системи управління, насичення магнітного кола асинхронного двигуна та ін. Виконано експериментальне підтвердження адекватності розроблених імітаційних моделей з реальним тяговим приводом для рухомого складу. На основі розроблених моделей досліджено електромагнітні процеси, що відбуваються в аварійних режимах, що дозволило якісно та кількісно їх оцінити, а також визначити придатні для діагностування характерні ознаки. Розроблено технології діагностування на основі гармонічного аналізу сигналу та на основі математичної моделі об'єкту, проведено комп'ютерну перевірку та підтверджено ефективність роботи таких методів. Для здійснення автоматизації прийняття рішення використано моделювання математичного алгоритму штучних нейромереж.
Thesis for a candidate degree by speciality 05.22.09 – Electric transport. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2016. Dissertation is devoted to solving scientific and technical targets improving technology of diagnosing state for traction asynchronous drive electric rolling stock by detecting abnormally dangerous and emergency modes operation and their identification, which allowed to develop methods for early detection and prevention of drive elements failure when it malfunctions occur, as well as minimizing operational costs. The analysis of existing technologies, techniques and methods for diagnosis and protection traction asynchronous drive showed that the most promising in comparison with the existing protection systems of rolling stock, which operate on the principle of control deviations of parameters and prevent the development of emergency modes, there are diagnostics technology provides detection and localization of failures in the early stages. Improved diagnosis technology based on the object model of traction induction motor by using the extended Kalman filter that can detect damage to the stator and rotor windings of traction induction motor, for which proposed to use statistical criteria in real time for assessing its effectiveness To automate the decision approach applied mathematical algorithm simulation based on artificial neural networks for diagnostic feature variable speed oscillation induction motor rotor frequency, with which is possible to exercise effective intellectual automatic fault detection when using simple logical principles is not enough. Developed diagnosis methods are expand existing protection technologies including real technical state of asynchronous traction electric drive and allowing to perform timely malfunctions detection and automatic decision-making to prevent further development of emergency operation, thereby increasing efficiency and reliability traction drive operation.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної задачі по удосконаленню технології діагностування стану тягового асинхронного електроприводу рухомого складу на основі застосування діагностичних ознак, що свідчили б про настання аварійних режимів, а також розробці технологій, методів та алгоритмів, що дозволили б виявляти та упереджувати подальший розвиток таких режимів. Для виконання досліджень розроблені комп'ютерні математичні імітаційні моделі тягового асинхронного електроприводу, в яких враховуються особливості аварійних режимів в залежності від системи управління, насичення магнітного кола асинхронного двигуна та ін. Виконано експериментальне підтвердження адекватності розроблених імітаційних моделей з реальним тяговим приводом для рухомого складу. На основі розроблених моделей досліджено електромагнітні процеси, що відбуваються в аварійних режимах, що дозволило якісно та кількісно їх оцінити, а також визначити придатні для діагностування характерні ознаки. Розроблено технології діагностування на основі гармонічного аналізу сигналу та на основі математичної моделі об'єкту, проведено комп'ютерну перевірку та підтверджено ефективність роботи таких методів. Для здійснення автоматизації прийняття рішення використано моделювання математичного алгоритму штучних нейромереж.
Thesis for a candidate degree by speciality 05.22.09 – Electric transport. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2016. Dissertation is devoted to solving scientific and technical targets improving technology of diagnosing state for traction asynchronous drive electric rolling stock by detecting abnormally dangerous and emergency modes operation and their identification, which allowed to develop methods for early detection and prevention of drive elements failure when it malfunctions occur, as well as minimizing operational costs. The analysis of existing technologies, techniques and methods for diagnosis and protection traction asynchronous drive showed that the most promising in comparison with the existing protection systems of rolling stock, which operate on the principle of control deviations of parameters and prevent the development of emergency modes, there are diagnostics technology provides detection and localization of failures in the early stages. Improved diagnosis technology based on the object model of traction induction motor by using the extended Kalman filter that can detect damage to the stator and rotor windings of traction induction motor, for which proposed to use statistical criteria in real time for assessing its effectiveness To automate the decision approach applied mathematical algorithm simulation based on artificial neural networks for diagnostic feature variable speed oscillation induction motor rotor frequency, with which is possible to exercise effective intellectual automatic fault detection when using simple logical principles is not enough. Developed diagnosis methods are expand existing protection technologies including real technical state of asynchronous traction electric drive and allowing to perform timely malfunctions detection and automatic decision-making to prevent further development of emergency operation, thereby increasing efficiency and reliability traction drive operation.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 – автомобили и тракторы. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт". – Харьков, 2016. Диссертация посвящена решению научно-прикладной задачи разработки научно обоснованных технических решений, позволяющих для быстроходных гусеничных машин (БГМ) предыдущего поколения с двухпоточными механическими ступенчатыми механизмами передач и поворота (МПП) с минимальными затратами добиться плавного управляемого изменения радиуса поворота от свободного до фиксированного с рекуперацией энергии торможения отстающего борта. ргию торможения отстающего борта на повороте в аккумуляторных батареях. При выборе типа электромоторов для МП и способа их управления выбор был остановлен на асинхронных двигателях с частотным управлением потому, что именно они обеспечивают на данном этапе наилучшее сочетание внешней моментной характеристики, малой чувствительности к ударам и вибрациям и бюджетной стоимости. Обобщена математическая модель криволинейного движения БГМ за счет введения возможности совместного использования электрического и механического приводов в двухпоточных механических ступенчатых МПП, что позволяет анализировать динамику криволинейного движения БГМ с двухпоточной трансмиссией любой структуры.
Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in speciality 05.22.02 – Automobiles and Tractors. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute". – Kharkiv, 2016. Dissertation is devoted to solving scientific problems of development of science-based technical solutions, which allow for the old tracked vehicles with double-flow mechanical stepped mechanisms of transmission and turning with minimum costs to achieve a smooth change-managed turning radius. This change comes from free radius of the turning to a fixed with recuperation of braking energy of the lagging side. Directions and embodiments of shallow modernization of double-flow mechanical stepped mechanisms of transmission and turning, proposed and verified by dint of methods of mathematical modeling and numerical experiment was allowed to bring the old tracked vehicles to the modern requirements and standards for the controllability and mobility.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 – автомобілі та трактори. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут". – Харків, 2016. Дисертація присвячена вирішенню науково-практичної задачі розробки науково обґрунтованих технічних рішень, що дозволяють для гусеничних машин попереднього покоління з двопотоковими механічними ступінчастими механізмами передач і повороту з мінімальними витратами домогтися плавної керованої зміни радіуса повороту від вільного до фіксованого з рекуперацією енергії гальмування. Запропоновані і теоретично обґрунтовані напрями і варіанти реалізації часткової модернізації двопотокових механічних ступінчастих механізмів передач і повороту, які дають можливість наблизити гусеничні машини попереднього покоління до сучасних вимог і стандартів з керованості та рухливості.
Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in speciality 05.22.02 – Automobiles and Tractors. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute". – Kharkiv, 2016. Dissertation is devoted to solving scientific problems of development of science-based technical solutions, which allow for the old tracked vehicles with double-flow mechanical stepped mechanisms of transmission and turning with minimum costs to achieve a smooth change-managed turning radius. This change comes from free radius of the turning to a fixed with recuperation of braking energy of the lagging side. Directions and embodiments of shallow modernization of double-flow mechanical stepped mechanisms of transmission and turning, proposed and verified by dint of methods of mathematical modeling and numerical experiment was allowed to bring the old tracked vehicles to the modern requirements and standards for the controllability and mobility.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи" – Харківський Національний Університет Міського Господарства імені О. М. Бекетова, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2020. Дисертація присвячена вирішенню науково-практичної задачі підвищення ефективності тягового асинхронного електропривода (ТАЕП) з автономним джерелом живлення за критерієм максимізації співвідношення момент-струм (МТРА) за рахунок оптимізації системи керування тяговим асинхронним двигуном (ТАД) з урахуванням зміни підведеної потужності. Розглянуто існуючі підходи до оптимізації з та без урахування впливу характеристики намагнічування ТАД. Серед недоліків підходу до оптимізації за критерієм максимізації ККД наведено, що вона потребують значних стендових випробувань тягового електроприводу. Для подальших досліджень був обраний критерій оптимізації MTPA. Встановлено, що існуючі підходи до оптимізації за критерієм МТРА створювались за умови повного використання автономного інвертора за напругою і не враховують режимів роботи в умовах обмеження потужності ТАД. Розглянуто особливості проведення дослідження роботи ТАЕП (на базі моделювання), що дозволило визначити структуру імітаційної моделі та її необхідні складові. Встановлено, що для більш поглибленого аналізу (на базі моделювання) процесів, що відбуваються у ТАЕП, у тому числі і під час нештатних режимів, необхідні: імітаційна модель електричної та керуючої частини ТАЕП; імітаційна модель механічної частини рухомого складу, включаючи контакт "колесо − рейка"; імітаційна модель профілю колії. Для проведення досліджень, в якості базового зразка було обрано рухомий склад з автономним джерелом живлення – дизель-поїзд ДЕЛ-02. Створення імітаційних моделей ТАЕП, узгоджених з результатами випробувань ТАЕП базового зразка дозволили оцінити адекватність результатів дослідження оптимізованого ТАЕП. Послідовність виконання дослідження реалізовано за наступним алгоритмом: для отримання адекватної моделі ТАЕП досліджена система керування ТАЕП базового зразка; після верифікації імітаційної моделі в системі керування здійснена заміна структури та алгоритму керування ТАЕП, а саме заміна скалярної системи керування на векторну систему, що оптимізована за критерієм МТРА; оцінені результати імітаційного моделювання поїзних режимів оптимізованого ТАЕП. Розроблено імітаційні моделі складових та загальну модель ТАЕП, що адаптована для проведення досліджень за обраними задачами. Імітаційну модель джерела живлення подано спрощеною, оскільки перехідні процеси дизель-генераторної установки мають значно більшу інерційність, ніж процеси розвитку аварійних та нештатних режимів у електричній та механічній частинах ТАЕП. При імітаційному моделюванні системи автономний інвертор напруги – тяговий асинхронний двигуи (АІН – ТАД) проведено перевірку реалізації нелінійності магнітного кола імітаційної моделі ТАД шляхом моделювання досліду холостого ходу для восьми значень лінійної напруги ТАД. Для оцінювання, отримана характеристика холостого ходу порівнювалася з результатами стендових випробувань восьми серійних ТАД типу АД906 (виробництва ДП "ЗАВОД "ЕЛЕКТРОВАЖМАШ"), що дало змогу відобразити статистичне відхилення параметрів діючих зразків ТАД від розрахункових, що не перевищують 5 %. Для підтвердження адекватності загальної моделі ТАЕП було проведено порівняльний аналіз результатів імітаційного моделювання та результатів поїзних випробувань базового зразка при русі зі швидкістю 5 км/год та при розгоні до швидкості 50 км/год по рівній ділянці колії. Встановлено, що відхилення результатів імітаційного моделювання від результатів експерименту за F-критерієм Фішера не перевищують 5 %. При вирішенні задачі синтезу системи керування ТАД, оптимізованої за критерієм МТРА, запропоновані аналітичні вирази обчислення кута положення вектора струму ТАД, значення модуля вектора потокозчеплення ротора ТАД, що враховує зміну величини підведеної потужності. Обґрунтовано вибір способу апроксимації характеристики потокозчеплення ротора ТАД у режимі послаблення поля, отриманий у ході проведення дослідження перехідних процесів у системі АІН – ТАД у режимі послаблення поля. Встановлено, що апроксимація характеристики потокозчеплення тягового двигуна типу АД906 за допомогою лінійної функції призводить до значних відхилень величини потужності двигуна, а саме до рівня 82.6 % від номінальної, що в свою чергу призводить до зниження величини електромагнітного моменту на 20%. Встановлено, що при апроксимації характеристики потокозчеплення складеною функцією з двох лінійних дозволяє зменшити такий ефект, проте на ділянці зламу характеристики мають місце збурення величини споживаної потужності та перевантаження асинхронного двигуна за потужністю на 4 %. Апроксимація характеристики намагнічування за допомогою полінома 4-го порядку не мають таких ефектів, чим і обумовлений вибір способу апроксимації. Встановлено, що без вживанні спеціальних заходів щодо виявлення та припинення надлишкового проковзування у контакті колесо – рейка відбувається розвиток фрикційних коливань, що супроводжуються знакозмінними значеннями електромагнітного моменту ТАД, які перевищують допустимі (1.2 – 1.5 рази). Тому, для ТАЕП запропоновано математичний опис блока корекції та розподілу задання струму ТАД залежно від поточних частот обертання роторів ТАД, що дозволило обмежити прискорення частот обертання, для контролю динаміки руху або створення ефективного захисту від надмірного проковзування колісних пар (боксування, юза). Ефективність роботи такої системи була досліджена при імітаціному моделюванні поїзних режимів роботи при русі по ділянці колії з незадовільними умовами зчеплення колеса з рейкою. Встановлено, що застосування блоку корекції та розподілу струму ТАД виключають надмірне проковзування колісних пар при реалізації граничного за умовами зчеплення тягового зусилля. Розроблено імітаційну модель оптимізованого ТАЕП і встановлено, що використання оптимізації за критерієм МТРА з урахуванням величини підведеної до ТАД потужності дає змогу збільшити електромагнітний момент ТАД в залежності від величини обмеження потужності від 2 % до 53 % у режимі пуску, а коефіцієнт потужності на 17.6 %. Таким чином в ході проведеного дослідження показано, що застосування оптимізації за критерієм МТРА з урахуванням величини підведеної до ТАД потужності підвищує ефективність автономного тягового електроприводу.
Thesis for a candidate degree by speciality 05.09.03 – Electrical complexes and systems. – National Technical University "Kharkov Politechnical Institute", Kharkiv, 2020. The dissertation is devoted to solving the scientific and practical problem of increasing the efficiency of traction asynchronous electric drive (TAED) rolling stock with autonomous power supply by the criterion of maximizing the ratio of moment to current (MTPA) by optimizing the control system of asynchronous motor (AM). The existing approaches to optimization with and without taking into account the influence of the magnetization characteristics of AM are considered. Among the disadvantages of the approach to optimization by the criterion of efficiency maximization is that it requires significant bench tests of the traction electric drive. The MTPA optimization criterion was chosen for further research. It is established that the existing approaches to optimization according to the MTPA criterion were created under the condition of full use of the autonomous voltage inverter and do not take into account the operating modes in the conditions of AM power limitation. The peculiarities of the study of TAED (based on modeling) are considered, which allowed to determine the structure of the simulation model and its necessary components. It is established that for a more in-depth analysis (based on modeling) of the processes occurring in TAED, including during non-standard modes, it is necessary: simulation model of the electrical and control part of TAED; simulation model of the mechanical part of the rolling stock, including the contact "wheel – rail"; simulation model of track profile. For research, a rolling stock with an autonomous power supply – a diesel train DEL-02 was chosen as a basic sample. The creation of simulation models of TAED, consistent with the results of TAED tests of the basic sample allowed to assess the adequacy of the results of the study of optimized TAED. The sequence of the study was implemented according to the following algorithm: to obtain an adequate model of TAED, the control system of TAED of the basic sample was investigated; after verification of the simulation model in the control system, the structure and control algorithm of TAED were replaced, namely the replacement of the scalar control system with a vector system optimized by the MTPA criterion; the results of simulation modeling of train modes of optimized TAED are estimated. Simulation models of components and the general model of TAED which is adapted for carrying out researches on the chosen tasks are developed. The simulation model of the power supply is presented in a simplified way, because the transients of the diesel generator set have a much greater inertia than the processes of development of emergency and non-standard modes in the electrical and mechanical parts of TAED. In the simulation of the system autonomous voltage inverter – traction asynchronous motor (AIN – AM), the implementation of the nonlinearity of the magnetic circuit of the simulation model AM was checked by simulating the no-load experiment for eight values of the linear voltage AM. For evaluation, the obtained idling characteristic was compared with the results of bench tests of eight serial AM type AD906 (manufactured by SE "ZAVOD" ELEKTROVAZHMASH"), which allowed to display the statistical deviation of the parameters of existing samples of AM from the estimated not exceeding 5%. To confirm the adequacy of the general model of TAED, a comparative analysis of the simulation results and the results of train tests of the base sample when driving at a speed of 5 km / h and when accelerating to a speed of 50 km / h on a flat section of track. It is established that the deviation of the simulation results from the results of the experiment according to Fisher's F-test does not exceed 5%. When solving the problem of synthesis of AM control system optimized by MTPA criterion, analytical expressions for calculating the angle of position of AM current vector, value of modulus of flux coupling vector of AM rotor, taking into account change of supplied power value are offered. The choice of the method of approximation of the flux coupling characteristic of the AM rotor in the field weakening mode, obtained during the study of transients in the AIN – AM system in the field weakening mode, is substantiated. It is established that the approximation of the flux coupling characteristic of the traction motor type AD906 using a linear function leads to significant deviations of the engine power, namely to the level of 82.6% of the nominal, which in turn reduces the electromagnetic torque by 20%. It is established that when approximating the flux coupling characteristics by a composite function of two linear ones allows to reduce this effect, however, at the fracture site the characteristics disturb the power consumption and overload the induction motor by 4%. Approximation of the magnetization characteristic using a 4th order polynomial does not have such effects as the choice of the approximation method. It is established that without taking special measures to detect and stop excessive slippage in the wheel – rail contact, the development of frictional oscillations is accompanied by alternating values of the electromagnetic moment of AM, which exceed the allowable (1.2 – 1.5 times). Therefore, for TAED the mathematical description of the block of correction and distribution of the AM current depending on current rotational speeds of AM rotors is offered that allowed to limit acceleration of rotational frequencies, for control of dynamics of movement or creation of effective protection against excessive slipping of wheel pairs (boxing, yuz). The efficiency of such a system was studied in the simulation of train modes of operation when moving along the track with unsatisfactory conditions of traction of the wheel with the rail. It is established that the use of the correction and current distribution unit AM excludes excessive slippage of the wheelsets in the implementation of the ultimate in terms of traction. A simulated model of optimized TAED was developed and it was found that the use of optimization according to the MTPA criterion taking into account the amount of power supplied to AM allows to increase the electromagnetic torque of AM depending on the power limit from 2% to 53% in start-up mode and power factor by 17.6%. Thus, in the course of the study it was shown that the use of optimization according to the criterion of MTPA taking into account the amount of power supplied to the AM increases the efficiency of the autonomous traction drive.

Ces travaux de thèse portent sur la mise en place d’une stratégie de sonification qui vise à proposer un retour sonore pouvant se substituer au bruit moteur dans les véhicules électriques, rendant au conducteur les informations qu’il transmet habituellement sur la dynamique du véhicule.Pour cela, nous nous sommes basés sur une première phase d’analyse qui nous a permis d’étudier comment le bruit automobile influence notre perception du mouvement. A partir de deux expériences menées en simulateur de conduite, nous avons pu relier le retour sonore et la vitesse perçue par le conducteur, définissant ainsi la métaphore du bruit moteur sur laquelle s’appuie le contrôle des sons de synthèse.De façon similaire au bruit moteur, le retour sonore proposé informe le conducteur par l’intermédiaire de sa variation de hauteur tonale. Pour arriver à un son qui informe le conducteur efficacement et qui reste acceptable sur toute la gamme de vitesse du véhicule, nous nous sommes appuyés sur l’illusion de glissando infini de Shepard-Risset, qui nous permet de donner un retour d’information précis grâce à une hauteur tonale qui varie rapidement tout en restant contenue dans une plage de fréquence restreinte.L’apport de cette stratégie a enfin été testé lors de deux expériences, la première portant sur l’influence de ce retour sonore sur la perception de la vitesse des conducteurs, la seconde sur leur comportement dans une tâche de freinage. Ces deux études ont montré un effet significatif du retour sonore qui suggère que ces informations sont bien intégrées par les conducteurs, faisant de ces sons un candidat prometteur pour devenir le « bruit moteur » des véhicules de demain
This thesis aims to build an auditory display to sonify electric vehicles. Our goal consisted in bringing back to the driver the motion information, which is usually provided by the combustion engine noise.The first stage of this work consisted in analyzing how automotive noises can influence drivers’ perception of motion. We conducted two driving simulator experiments to study drivers’ speed perception in presence of different automotive noises. These results provided a link between the acoustic feedback and the speed perceived by the driver, on which we based our sonification strategy.Similarly to combustion engine noise, the acoustic feedback proposed in this work informs the driver via its pitch variation. We used the Shepard Risset glissando illusion to sonify the whole speed range of the vehicle. Pitch circularity in the construction of these sounds provides a precise information on small speed variation with fast pitch variations, and is in addition restrained within a narrow bandwith.We then tested the contribution of this strategy in two experiments. The first dealt with the influence of the proposed sounds on drivers’ speed perception ; the second with their behavior in a common braking task. These studies showed that the drivers easily integrate the information brought by this sound, and that it influences their perception of motion and modifies their driving behavior. These inputs make the proposed sound a good candidate to become the new « engine noise » of future electric cars

This master thesis deals with the construction of multi-functional machining centre. The theoretical part describes the history of lathes, trends in production of lathes and individual machine parts. The practical part is the structural design of the spindle with positioning in the C axis, the second spindle (including drive in Z axis) and the turret (including drive in the X and Z axis). A 3-D model of the entire lathe assembly modeled in Autodesk Inventor 2010 is also included.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи" – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2020. Дисертація присвячена вирішенню науково-практичної задачі по підвищенню ефективності тягового асинхронного електроприводу (ТАЕП) з автономним джерелом живлення за критерієм максимізації співвідношення момент-струм (МТРА) за рахунок оптимізації системи керування тяговим асинхронним двигуном (ТАД) з урахуванням зміни підведеної потужності. Розглянуто існуючі підходи до оптимізації з та без урахування впливу характеристики намагнічування ТАД. Встановлено, що існуючі підходи до оптимізації за критерієм МТРА створювались за умови повного використання автономного інвертора за напругою та не враховують режимів роботи в умовах обмеження потужності ТАД. Розглянуто особливості проведення дослідження роботи ТАЕП (на базі моделювання), що дозволило визначити структуру імітаційної моделі та її необхідні складові. Для проведення досліджень був обраний рухомий склад з автономним джерелом живлення – дизель-поїзд ДЕЛ-02, як базовий зразок. Розроблені імітаційні моделі складових та загальна модель ТАЕП, що адаптована для проведення досліджень за обраними задачами. Імітаційна модель джерела живлення представлена спрощеною, оскільки перехідні процеси дизель-генераторної установки мають значно більшу інерційність, ніж процеси розвитку аварійних та нештатних режимів у електричній та механічній частинах ТАЕП. При імітаційному моделюванні системи автономний інвертор – ТАД проведена перевірка реалізації нелінійності магнітного кола імітаційної моделі ТАД шляхом моделювання досліду холостого ходу для восьми значень лінійної напруги ТАД. В якості оцінки, отримана характеристика холостого ходу порівнювалася з результатами стендових випробувань восьми серійних ТАД типу АД906 (виробництва ДП "ЗАВОД "ЕЛЕКТРОВАЖМАШ"), що дозволило відобразити статистичне відхилення параметрів діючих зразків ТАД від розрахункових, що не перевищують 5%. Для підтвердження адекватності загальної моделі ТАЕП був проведений порівняльний аналіз результатів імітаційного моделювання та результатів поїзних випробувань базового зразка при русі зі швидкістю 5 км/г та при розгоні до швидкості 50 км/г по рівній ділянці шляху. Встановлено, що відхилення результатів імітаційного моделювання від результатів експерименту за F-критерієм Фішера не перевищують 5%. При вирішенні задачі синтезу системи керування ТАД, оптимізованої за критерієм МТРА, запропоновані аналітичні вирази обчислення кута положення вектора струму ТАД, значення модуля вектора потокозчеплення ротора ТАД, що враховує зміну величини підведеної потужності. Обґрунтований вибір способу апроксимації характеристики потокозчеплення ротора ТАД в режимі послаблення поля, отриманий в ході проведення дослідження перехідних процесів у системі автономний інвертор напруги – ТАД в режимі послаблення поля. Для ТАЕП запропонований математичний опис блоку корекції та розподілу завдань струму ТАД в залежності від поточних частот обертання роторів ТАД, що дозволило обмежити прискорення частот обертання, для контролю динаміки руху або створення ефективного захисту від надмірного проковзування колісних пар (боксування, юзу). Розроблено імітаційну модель оптимізованого ТАЕП та встановлено, що використання оптимізації за критерієм МТРА з урахуванням величини підведеної до ТАД потужності дозволяють збільшити електромагнітний момент ТАД на 53% в режимі пуску, а коефіцієнт потужності на 17.6%, що підтверджує ефективність запропонованих рішень.
Thesis for a candidate degree by speciality 05.09.03 – Electrical complexes and systems. - National Technical University "Kharkov Politechnical Institute", Kharkiv, 2020. The dissertation is devoted to solving the scientific and practical problem of increasing the efficiency of traction asynchronous electric drive (TAED) with autonomous power supply by the criterion of maximizing the ratio of moment to current (MTPA) by optimizing the control system of asynchronous motor (AM). Existing approaches to optimization with and without the influence of AM magnetization characteristics are considered. It is established that the existing approaches to optimization by the criterion of MTPA were created under the condition of full use of the standalone inverter by voltage and do not take into account the modes of operation under conditions of power limitation of AM. Component simulation models and a general TAED model have been developed, adapted for conducting research on selected tasks. The simulation model of the power source is simplified, since the transients of the diesel generator set have much greater inertia than the processes of the growth of emergency and abnormal modes in the electrical and mechanical parts of the TAED. In the simulation of the system, the standalone inverter-AM is tested for the implementation of the nonlinearity of the magnetization curve of the AM simulation model by simulating the idling test for eight values of the linear AM voltage. As an estimate, the obtained idling characteristic was compared with the results of bench tests of eight serial AMs of AD906 type (manufactured by SE "ELEKTROVAZhMASH"), which allowed to reflect the statistical deviation of the parameters of the existing AM samples from the calculated, not exceeding 5%. In order to confirm the adequacy of the general model of TAED, a comparative analysis of the simulation results and the results of train tests of the basic sample was carried out when driving at a speed of 5 km / h and at acceleration to a speed of 50 km / h in a flat section of the road. It is established that the deviations of the simulation results from the results of the Fisher F-test do not exceed 5%. In solving the problem of synthesis of the control system AM, optimized by the criterion of MTPA, analytical expressions of calculating the angle of position of the vector of AM current are proposed, the value of the module of the vector of coupling of the rotor AM, taking into account the change of the magnitude of the input power. The rational for choosing of the method for constructing a characteristic flux linkage of the AM rotor in the field attenuation mode, obtained during the study of transients in the system autonomous voltage inverter-AM in the field attenuation mode. For TAED, a mathematical description of the block of correction and distribution of tasks current AM was proposed, depending on the current rotational speed of the AM rotors, which allowed to limit the acceleration of rotation frequencies, to control the dynamics of movement or to create effective protection against excessive slippage of wheel pairs (boxing, yuz). An optimized TAED simulation model was developed and it was found that using the MTPA criterion optimization, taking into account the magnitude of the AM power, allows to increase the AM electromagnetic moment by 53% in the start mode, and the power factor by 17.6%, which confirms the efficiency of the proposed solutions.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.22.09 – "Електротранспорт" 141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України. Харків, 2020. Дисертація присвячена створенню наукових основ вибору оптимальних параметрів та режимів роботи системи компенсації реактивної потужності на електровозах змінного струму та адаптації роботи системи компенсації до параметрів тягового електропостачання. Для виконання досліджень розроблені математичні та програмно-орієнтовані моделі роботи тягового та допоміжного приводу електровозу змінного струму (на прикладі електровозу ВЛ-80К). Відмінними особливостями цих моделей є можливість врахування взаємного впливу роботи тягового приводу і допоміжних агрегатів та режимів роботи електровозу. Виконано експериментальне підтвердження адекватності розроблених імітаційних моделей з реальним тяговим та допоміжним приводом для рухомого складу. На основі розроблених моделей досліджено електромагнітні процеси в тяговому та допоміжному приводах, що дозволило якісно та кількісно їх оцінити. Розроблено силову схему гібридного КРП та схему керування його активної частини. Основою системи керування є метод визначення спектрального складу тягового струму на основі алгоритму Левінсона-Дарбіна, що дозволить адаптувати роботу компенсатора до параметрів системи електропостачання. Запропоновано в системі допоміжного приводу застосувати статичний перетворювач замість фазорозчіплювача. Розрахунок втрат повної потужності до та після модернізації підтвердив економічну доцільність впровадження компенсатора реактивної потужності та застосування статичного перетворювача в системі допоміжних машин замість фазорозчіплювача. Розроблені наукові положення є ефективним інструментом модернізації існуючого парку вантажних електровозів змінного струму серій ВЛ-80Т та ВЛ-80К і створення нового електрорухомого складу залізниць. Результати дисертаційної роботи впроваджені у "Науково-дослідному та конструкторсько-технологічному інституті залізничного транспорту" АТ "Укрзалізниця" (м. Київ), ДП "Український науково-дослідницький інститут вагонобудування" (м. Кременчук) та у навчальному процесі Державного університету інфраструктури та технологій (м. Київ).
Thesis for a Candidate Degree in Engineering (Doctor of Philosophy) in specialty 05.22.09 - "Electrotransport" 141 - Electric Power Engineering, Electrical Engineering and Electromechanics) - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", MES of Ukraine. Kharkiv, 2020. The dissertation is devoted to creation of scientific bases of choice of optimum parameters and modes of operation of the system of reactive power compensation on electric locomotives operating on alternating current. The factors that have the greatest impact on the quality of traction power supply from the side of the electric rolling stock of alternating current are analyzed. Factors that cause the greatest distortion of the voltage form of the catenary include higher harmonic components, which are introduced into the traction power supply system by electric rolling stock. It is shown that such factors as poor current collection, passage of electric rolling stock of the feeder zone, the presence of several units of electric rolling stock in one feeder zone, modes of operation of electric rolling stock lead to the fact that the process of voltage change in the catenary is nondeterministic for the analysis of the spectral composition of the traction current of an electric locomotive, the application of classical Fourier transform methods is incorrect. Analysis of circuit solutions for compensation of reactive power consumed by electric rolling stock of alternating current showed that to date the most optimal solution is the use of hybrid compensators. In such compensators, the passive part reduces the phase shift between the voltage of the secondary winding of the traction transformer and the traction current, and the active part removes the higher harmonic components of the traction current. The active part of the hybrid compensator is a stand-alone current inverter and an inverter control system. The control system performs spectral analysis of the traction current, forms an algorithm for the generation of autonomous inverter higher harmonics, the same amplitude but antiphase to the higher harmonics of the traction current. Existing control systems use Fourier transform methods to determine the spectral components of the traction current, but in real operating conditions of the electric rolling stock they are incorrect. It is proposed to apply the methods of correlation spectral analysis to determine the spectral components of the traction current. Mathematical and program-oriented models of work of traction and auxiliary drive of an electric locomotive of an alternating current (on the example of the locomotive VL-80k) have been created. The unique features of these models are the ability to take into account the mutual influence of the traction and auxiliary drives and the operating modes of electric locomotives. The technique of calculating the parameters of asynchronous motors for asymmetrical stator windings has been improved. The relationship between such parameters as the scattering inductance and the mutual inductance with the geometric parameters of the windings is shown. This technique was used to create a mathematical model for the drive of auxiliary machines, in particular for the simulation of the phase splitter. It is proposed to investigate electrodynamic processes in auxiliary machine actuators in steady state operation, to replace the phase splitter with an asymmetrical voltage system that feeds the motors of fans. The mutual influence of traction actuator and auxiliary motors operation was investigated. The results of the study made it possible to clarify the spectral composition of the current in the traction and auxiliary drive circuits. The use of a hybrid reactive power compensator in traction drive circuits is substantiated. The elements of the passive and active part of the compensator are calculated. A control system for the active part of the reactive power compensator has been developed, which is based on the block of determination of harmonic components of traction current and suppression in the current spectrum of zero and higher harmonic components. A new scientific approach to the determination of the spectral components of the traction current is proposed. It is based on the application of the linear prediction method of Levinson-Darbin. This approach allows to take into account the random nature of the voltage and, as a consequence, the traction current, and to adapt the work of the compensator to the voltage of the contact network. The application of this approach also allows taking into account such factors as the nature of the mode of operation of the electric locomotive, the passage of the boundaries of the sections of the contact network, etc. Adjusted mathematical model of traction actuator when using of reactive power compensator, calculated and constructed amplitude-frequency and phase-frequency spectral characteristics of voltage and current on the traction winding of the transformer. The power factor of the upgraded traction actuator is calculated. The justified is use of a static converter instead of a phase splitter in the auxiliary drive power supply system. The system of mathematical modeling of the auxiliary drive of the electric locomotive is executed; the amplitude-frequency and phasefrequency spectral characteristics of the voltage on the winding of the transformer and the current flowing through the winding of its own needs are calculated and constructed. The power factor of the upgraded auxiliary actuator is calculated. The losses of active and full power in the traction and auxiliary drives of the locomotive were calculated before and after the modernization. The dependences of the efficiency and the power factor of the drives before and after the modernization were calculated. The results obtained indicate that the efficiency of the traction drive after the use of the compensator decreased by 0,6% a factor and the power factor increased by 3,2%. Auxiliary drive efficiency after upgrading increased by 1,5%, and power factor increased by 26,4%. The developed scientific provisions are an effective tool for modernization of the existing fleet of electric locomotives of the VL-80t and VL-80k series and the creation of a new electric rolling stock of railways. The results of the dissertation were implemented at the Scientific Research Design and Engineering Institute of Railway Transport of OJSC "Ukrzaliznytsya" (Kyiv), SE "Ukrainian Research Institute of Carriage" (Kremenchuk) and in the educational process of the State University of Infrastructure and Technology (Kyiv).

Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2014.
ENGLISH ABSTRACT: The position sensorless controllability of the reluctance synchronous machine (RSM) is investigated in this thesis with the focus on industry applications where variable and dynamic torque is required from startup up to rated speed. Two low speed as well as one medium to high speed position sensorless control (PSC) method for RSMs are investigated. These methods are extended to operate in the entire rated speed region with a hybrid PSC structure that makes use of phase locked-loop synchronisation and a hysteresis changeover method. It is shown in this thesis that PSC of the lateral rib rotor RSM is not possible from zero up to ± 0.2 p.u current. It is shown through finite element (FE) simulations that PSC of the ideal rotor RSM however, is possible at zero reference current. A novel construction method is used to build two ideal rotor RSMs. Measured flux linkage curve results of the ideal rotor RSMs correlate well with simulation results and it is shown that the electrical angle of the machine can be tracked successfully at zero reference current. The FE simulation package is used to compare the saliency of the RSM on a per-unit scale to three types of field intensified permanent magnet (FI-PM) synchronous machines and a field weakening interior permanent magnet synchronous machine. It is shown that the saliency of the RSM is larger than that of the investigated PM machines from zero up to rated load. It is thus concluded that the RSM is well suited to saliency-based PSC (SB-PSC) methods, which are used to control synchronous machines at startup and low speeds. The hybrid PSC methods developed in this thesis, are tested and evaluated on three proposed industry applications. The first is a reluctance synchronous wind generator with an inverter output LC filter. The LC filter allows long cables to be used and reduces the voltage stress on the stator windings of the machine. The combination of the LC filter and hybrid PSC method allows the power electronics and controller to be stationed in the base of the turbine tower. A new stator quantity estimation method is derived to omit the need of current and voltage sensors on the machine side of the LC filter. Good maximum power point tracking laboratory results are shown with the high frequency injection-assisted hybrid PSC method. The second application investigated is a position sensorless controlled variable gear electric vehicle (EV) RSM drive. Simulation and measured results show good torque capabilities of the position sensorless controlled EV RSM. It is shown through simulation results that the fundamental current harmonic is dominant in the demodulation scheme of the high frequency injection position sensorless control (HFIPSC) method due to the high current rating of the proposed RSM. The HFI-PSC method is extended to reduce the effect of the fundamental current harmonic in the demodulation scheme without adding any additional filters. The final investigated application is a novel mine scraper winch, which uses two position sensorless controlled RSMs to retrieve ore from the blast site underground. The new design improves on the safety, efficiency and durability of the current scraper winch design. Measured results show that the position sensorless controlled winch RSM is able to deliver rated startup torque with both investigated SB-PSC methods. Finally an automation method is implemented and tested to limited the applied force on the scraper and automatically free itself when stuck.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die posisie sensorlose beheer eienskappe van die reluktansie sinchroonmasjien (RSM) word in hierdie tesis ondersoek met die fokus op industriële toepassings waar varierende dinamiese draaimoment vereis word vanaf stilstand tot by ken spoed. Twee lae spoed- en een ho¨e spoed posisie sensorlose beheer (PSB) metodes vir RSMe is ondersoek. Hierdie metodes is uitgebrei om twee hibriede PSB metodes to skep wat die RSM van stilstand tot by kenspoed posisie sensorloos kan beheer. Die ontwikkelde hibriede metodes maak gebruik van ’n histerese oorskakelings skema en fase geslote lus sinchronisasie Daar word in hierdie tesis bevestig dat die laterale rib RSM nie beheer kan word met die geondersoekte PSB metodes by nul stroom nie. Eindige element simulasie resultate wys egter daarop dat die ideale rotor RSM wel beheer kan word met die geondersoekte metodes by nul stroom. ’n Nuwe konstruksie metode is voorgestel om twee ideale rotor RSMe to bou. Gemete vloed omsluiting kurwes resultate korreleer baie goed met dié van die eindige element simulasies. Gemete resultate wys ook daarop dat PSB van die nuwe masjiene moontlik is by nul stroom. ’n Eindige element pakket is gebruik om die speek-koëffissiënt van die RSM te vergelyk met drie tipes veld-versterkte permanent magneet masjiene, asook een veld verswakte permanent magneet versinkte masjien. Die simulasie resultate wys dat die RSM se speek-koëffissiënt hoër is as die van die geondersoekte permanent magneet masjiene. Die RSM is dus geskik vir speek-koëffissiënt georienteerde PSB metodes, wat hoofsaaklik by stilstand en lae spoed gebruik word. Die ontwikkelde hibried PSB metodes is getoets en geëvalueer met drie voorgestelde industriële toepassings. Die eerste is ’n reluktansie sinchroon wind generator met ’n omsetter uittree laagdeurlaat filter. Die laagdeurlaat filter laat toe dat langer kabels vanaf die omsetter na die generator gebruik kan word. Die kombinasie van die laagdeurlaat filter en die PSB metodes laat toe dat die drywingselektronika en die beheerders in die toring basis geplaas kan word. Dit kan die gewig van die nasel verminder. Goeie maksimum drywingspunt volging laboratorium resultate word getoon met die hoë frekwensie ondersteunde hibried PSB metode. Die tweede geondersoekte toepassing is ’n posisie sensorlose beheerde, varierende ratkas elektriese voertuig RSM. Goeie simulasie en gemete draaimoment resultate van die RSM word getoon. Simulasie resultate toon dat die fundamentele q-as stroom harmoniek dominant is in die demodulasie skema van die hoë frekwensie PSB metode, as gevolg van die hoë ken stroom van die motor. Die hoë frekwensie PSB metode is uitgebrei om die fundamentele stroom harmoniek te onderdruk in die demodulasie skema sonder om enige filters by te voeg. Die finale toepassing is ’n nuwe myn windas wat van twee posisie sensorlose beheerde RSMe gebruik maak om klippe ondergronds te verplaas vanaf die ontploffings area. Die voorgestelde ontwerp verbeter die huidige ontwerp ten opsigte van die veiligheid, energie effektiwiteit en robuustheid. Gemete resultate wys dat ken draaimoment moontlik is met altwee speek-koëffissiënt metodes. ’n Automasie metode, wat die maksimum draaimoment op die windas beperk en automaties homself bevry indien hy vasval, is voorgestel en geëvalueer.

Comparaison des differentes modelisations electriques du systeme decharge-surface polluee utilisees dans l'etude du contournement des isolateurs. Utilisant un modele de laboratoire ou la pollution est representee par un canal rempli d'electrolyte, on a releve les valeurs de la tension de contournement en fonction de la resistance lineique du canal. Pour les resistances lineiques superieures a 7 kiloohms par centimetre, c'est le modele de rao et gopal qui est le mieux adapte; au-dessous, c'est le modele de wilkins dans lequel on poste les constantes de la decharge mesurees dans la vapeur d'eau. Nouvelle modelisation permettant de calculer, en fonction du temps, l'elongation de la decharge et le courant fourni par la source

Логвінова, Н. О. Підвищення ефективності організації руху поїздів на залізничних напрямках з паралельними ходами: авт. дис. к. т. н.: 05.22.01 / Н. О. Логвінова ; наук. кер. Р. В. Вернигора ; Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. - Д. : Нац. гiрничий ун-т, 2013. - 22 с. : рис. ГРНТИ 73.29.61 УДК 656.222(043.3) Захист 17.10.2013.
UK: АНОТАЦІЯ Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності організації руху вантажних поїздів на залізничних напрямках з метою визначення раціональних розмірів руху поїздів по паралельним ходам в умовах швидкісного руху пасажирських поїздів та оптового ринку електроенергії. В дисертації вперше сформульовано і вирішено оптимізаційну задачу щодо організації поїздопотоку на залізничних напрямках з паралельними ходами в умовах диференційованих тарифів на електроенергію, що дозволяє скоротити витрати залізниці на просування вантажних поїздів. Удосконалено оцінку залежності витрат на просування вантажних поїздів при розподілі руху між паралельним ходам в період денного руху прискорених пасажирських поїздів на основі вирішення оптимізаційної задачі методами лінійного програмування. Удосконалено економіко-математичну модель залізничного напрямку з паралельними ходами, використання якої дозволяє визначити найбільш раціональний розподіл поїздопотоку між ділянках напрямків. Удосконалено методику розрахунку пропускної спроможності залізничних ділянок, яка на відміну від існуючих дозволяє враховувати наявність швидкісного руху пасажирських поїздів в денний час доби. Наукові положення, висновки та рекомендації, отримані в дисертаційній роботі, а також розроблені процедури і методи можуть бути використані при створенні автоматизованих систем підтримки прийняття рішень для оперативного розподілення поїздопотоку по паралельним ходам в умовах швидкісного руху пасажирських поїздів та диференційованих тарифів на електроенергію, при розробці АРМ диспетчерського персоналу оперативно-розпорядчих відділів дирекцій та залізниць.
RU: АННОТАЦИЯ Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности организации движения грузовых поездов на железнодорожных направлениях с целью определения рациональных размеров движения поездов по параллельным ходам в условиях ускоренного движения пассажирских поездов в дневной период времени и переходе к оптовому рынку электроэнергии. В диссертации впервые сформулирована и решена оптимизационная задача относительно организации поездопотоков на железнодорожных направлениях с параллельными ходами в условиях дифференцированных тарифов на электроэнергию, что позволяет сократить расходы железной дороги на продвижение грузовых поездов. Усовершенствована оценка зависимости расходов на продвижение грузовых поездов при распределении движения между параллельным ходам в период дневного движения ускоренных пассажирских поездов на основе решения транспортной задачи методами линейного программирования. Усовершенствованно экономико-математическую модель железнодорожного направления с параллельными ходами, использование которой позволяет определить наиболее рациональное распределение поездопотоков по участкам направлений. Усовершенствована методика расчета пропускной способности железнодорожных направлений, которая в отличие от существующих, позволяет учитывать наличие ускоренного движения пассажирских поездов в дневное время суток. Объектом исследования является процесс пропуска грузового поездопотока на железнодорожных направлениях с параллельными ходами. Предметом исследования выступают количественные параметры системы пропуска грузового поездопотока между параллельными направлениями. Рациональное распределение поездопотоков на железнодорожной инфраструктуре с параллельными ходами в настоящее время осуществляется экспертным путем на основе данных о ранее выполненных объемах перевозок без применения технико-экономического обоснования. Для решения поставленной задачи использована линейная модель и методы линейного программирования. При экономико-математическом моделировании функция эксплуатационных расходов зависит от размеров постоянного нераспределяемого поездопотока на каждом из параллельных ходов и размеров переменного распределяемого поездопотока, который распределяется между параллельными ходами. Экономико-математическая модель железнодорожного направления с параллельными ходами имеет ограничение по пропускной способности однопутных участков с двухпутными вставками. При решении поставленной задачи железнодорожное направление представлено в виде расширенной сети, которая включает как действительные звенья, по которых непосредственно осуществляются перевозки, так и дополнительные – соответствующие функции расходов на перевозку поездопотока. На основании тяговых расчетов в диссертационной работе проведен анализ расходов электроэнергии на перевозку 1 тонны грузов по основному и параллельному направлениям перевозки. В диссертационной работе проведено исследование изменений коэффициентов съема грузовых поездов пассажирскими при различной скорости движения пассажирских поездов и длине блок-участков. В диссертационной работе было выполнено моделирование вариантных графиков движения поездов по однопутным участкам с двухпутными вставками Помошная - Колосовка и Помошная – Котовск с использованием программы КАСКАД с целью определения возможного количества обгонов и скрещений в условиях ускоренного движения пассажирских поездов. В диссертационной работе выполнены исследования, которые направлены на решение проблема уменьшения затрат электроэнергии потребленной на тягу поездов, в условиях применения дифференцированных тарифов в условиях оптового рынка электроэнергии. Научные положения, выводы и рекомендация, полученная в диссертационной работе, а также разработанная процедура и методы могут быть использованы при создании автоматизированной системы поддержки принятия решений для оперативного распределения поездопотоков по параллельным ходам в условиях скоростного движения пассажирских поездов и дифференцированных тарифов на электроэнергию, при разработке АРМ диспетчерского персонала оперативно-распорядительных отделов дирекций и железных дорог.
EN: THE SUMMARY Dissertation is devoted the questions of increase of efficiency of organization of motion of freight trains on railway directions with the purpose of determination of rational sizes of motion of trains on parallel motions in the conditions of speed motion of passenger trains and wholesale market of electric power. In dissertation first formulated and decided optimization task in relation to organization of train on railway directions with parallel motions in the conditions of the differentiated tariffs on electric power, that allows to cut down expenses railway on advancement of freight trains. The estimation of dependence of charges is improved on advancement of freight trains at distributing of motion between to parallel motions in the period of daily motion of speed-up passenger trains on the basis of decision of a transport task the methods of the nonlinear programming. Improved economy-mathematical model of railway direction with parallel motions, the use of which allows to define the most rational distributing of train on the areas of directions. The method of calculation of carrying capacity of railway areas, which unlike existing allows to take into account the presence of speed motion of passenger trains in a daily daypart, is improved. Scientific positions, conclusions and recommendation, got in dissertation work, and also the developed procedure and methods can be used for creation of CAS of support of making decision for the operative distributing of train on parallel motions in the conditions of speed motion of passenger trains and differentiated tariffs on electric power, at development of ARM of controller's personnel of operatively prescriptive departments of management and railway.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.22.09 – "Електротранспорт" 141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України. Харків, 2020. Дисертація присвячена створенню наукових основ вибору оптимальних параметрів та режимів роботи системи компенсації реактивної потужності на електровозах змінного струму. Проаналізовані фактори, що мають найбільший вплив на якість тягового електропостачання збоку електрорухомого складу змінного струму. До факторів, що вносять найбільше спотворення форми напруги контактної мережі слід віднести вищі гармонійні складові, які вносяться в систему тягового електропостачання електрорухомим складом. Показано, що такі чинники, як неякісне струмознімання, проходження електрорухомим складом фідерної зони, наявність декількох одиниць електрорухомого складу на одній фідерній зоні, режими робот електрорухомого складу призводять до того, що процес зміни напруги в контактній мережі є недетермінованим, неергодичним негаусовим процесом, при якому для аналізу спектральних складових тягового стуму електровозу застосування класичних методів перетворення Фур‘є є некоректним. Аналіз схемотехнічних рішень щодо компенсації реактивної потужності, яка споживається електрорухомим складом змінного струму, показав, що на сьогоднішній день найбільш оптимальним рішенням є застосування гібридних компенсаторів реактивної потужності (ГКРП). В таких компенсаторах пасивна частина зменшує фазовий зсув між напругою вторинної обмотки тягового трансформатора та тяговим струмом, активна частина – видаляє вищі гармонійні складові тягового струму. Пасивною частиною ГКРП є LC-фільтр, а активною - автономний інвертор струму і система керування інвертором. Система керування виконує спектральний аналіз тягового струму, формує алгоритм для генерації автономним інвертором вищих гармонік, однакових по амплітуді але протифазними до вищих гармонік тягового струму. В існуючих системах керування для визначення спектральних складових тягового струму використовуються методи перетворення Фур‘є, які в реальних умовах експлуатації електрорухомого складу дають некоректні результати. Запропоновано для визначення спектральних складових тягового струму застосувати методи кореляційного спектрального аналізу. Створено математичні та програмно-орієнтовані моделі роботи тягового та допоміжного приводу електровозу змінного струму (на прикладі електровозу ВЛ-80к). Відмінними особливостями цих моделей є можливість врахування взаємного впливу роботи тягового та допоміжного приводів, а також режимів роботи електровозу. Доопрацьовано методику розрахунку параметрів асинхронних двигунів при несиметричних обмотках статора. Показано взаємозв‘язок таких параметрів, як індуктивність розсіювання та взаємна індуктивність із геометричними параметрами обмоток. Ця методика використовувалась при створенні математичної моделі приводу допоміжних машин, зокрема для моделювання роботи розчіплювача фаз. Запропоновано для дослідження електродинамічних процесів в приводах допоміжних машин у сталому режимі роботи замінити розчіплювач фаз несиметричною системою напруги, яка живить мотор-вентилятори. Досліджено взаємний вплив роботи тягового приводу і приводу допоміжних машин. Результати дослідження дозволили уточнити спектральний склад струму в ланцюгах тягового та допоміжного приводів. Розраховано елементи пасивної та активної частин ГКРП. Розроблено систему керування активною частиною ГКРП, основою якого є блок визначення гармонійних складових тягового струму та видалення із спектру струму нульової та вищих гармонійних складових. Запропоновано новий підхід до визначення спектральних складових тягового струму, в основі якого лежить застосування методу лінійного прогнозування Левінсона-Дарбіна. Такий підхід дозволяє враховувати випадковий характер зміни напруги на струмоприймачі електровозу і, як наслідок, тягового струму, та адаптувати роботу компенсатора до параметрів напруги контактної мережі. Застосування зазначеного підходу дозволяє також враховувати такі фактори, як характер режиму роботи електровозу, прохід меж ділянок контактної мережі, тощо. Скорегована математична модель тягового приводу при застосуванні ГКРП, розраховано та побудовано амплітудно-частотні та фазо-частотні спектральні характеристики напруги та струму тягової обмотки трансформатора. Розраховано коефіцієнт потужності модернізованого тягового приводу. Обґрунтовано застосування в системі живлення допоміжних машин статичного перетворювача замість фазорозчіплювача. Виконано математичне моделювання системи допоміжного приводу електровозу, розраховано та побудовано амплітудно-частотні та фазочастотні спектральні характеристики напруги на обмотці власних потреб трансформатора та струму, що протікає по обмотці власних потреб. Розраховано коефіцієнт потужності модернізованого допоміжного приводу. Розраховано втрати активної та повної потужності в тяговому та допоміжному приводах електровозу до та після модернізації. Розраховано залежності ККД і коефіцієнту потужності приводів до та після модернізації. Отримані результати свідчать про те, що ККД тягового приводу після застосування компенсатора знизився на 0,6%, а коефіцієнт потужності збільшився на 3,2%. ККД допоміжного приводу після модернізації збільшився на 1,5%, а коефіцієнт потужності – на 26,4%. Розроблені наукові положення є ефективним інструментом модернізації існуючого парку вантажних електровозів змінного струму серій ВЛ-80т та ВЛ-80к і створення нового електрорухомого складу залізниць. Результати дисертаційної роботи впроваджені у "Науково-дослідному та конструкторсько-технологічному інституті залізничного транспорту" АТ "Укрзалізниця" (м. Київ), ДП "Український науково-дослідницький інститут вагонобудування" (м. Кременчук) та у навчальному процесі Державного університету інфраструктури та технологій (м. Київ).
Thesis for a Candidate Degree in Engineering (Doctor of Philosophy) in specialty 05.22.09 - "Electrotransport" 141 - Electric Power Engineering, Electrical Engineering and Electromechanics) - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", MES of Ukraine. Kharkiv, 2020. The dissertation is devoted to creation of scientific bases of a choice of optimum parameters and operating modes of system of compensation of reactive power on electric locomotives of alternating current. The factors that have the greatest impact on the quality of traction power supply from the side of the electric rolling stock of alternating current are analyzed. The factors that cause the greatest distortion of the voltage form of the catenary include the higher harmonic components, which are introduced into the traction power supply system by electric rolling stock. It is shown that such factors as poor current collection, passage of electric rolling stock of the feeder zone, the presence of several units of electric rolling stock in one feeder zone, modes of operation of electric rolling stock lead to the fact that the process of voltage change in the catenary is nondeterministic for the analysis of the spectral composition of the traction current of an electric locomotive, the application of classical Fourier transform methods is incorrect. The analysis of circuit solutions for the compensation of reactive power consumed by the electric rolling stock of alternating current showed that to date the most optimal solution is the use of hybrid reactive power compensators (НRPС). In such compensators, the passive part reduces the phase shift between the voltage of the secondary winding of the traction transformer and the traction current, the active part - removes the higher harmonic components of the traction current. The passive part of the НRPС is LC-filter, and the active stand-alone current inverter and control system of inverter. The control system of inverter performs spectral analysis of the traction current, forms an algorithm for the generation of autonomous inverter higher harmonics, the same amplitude but antiphase to the higher harmonics of the traction current. Existing control systems use Fourier transform methods to determine the spectral components of the traction current, but in real operating conditions of the electric rolling stock they are incorrect. It is proposed to apply the methods of correlation spectral analysis to determine the spectral components of the traction current. Mathematical and program-oriented models of operation of the traction and auxiliary drive of the AC electric locomotive (on the example of the VL-80k electric locomotive) were created. Distinctive features of these models are the ability to take into account the mutual influence of traction and auxiliary drives, as well as modes of operation of the electric locomotive. The method of calculating the parameters of induction motors with asymmetric stator windings has been improved. The relationship between parameters such as scattering inductance and mutual inductance with the geometric parameters of the windings is shown. This technique was used in the creation of a mathematical model of the drive of auxiliary machines, in particular for modeling the operation of the phase release. It is proposed to replace the phase release with an asymmetric voltage system that feeds the motor-fans to study the electrodynamic processes in the drives of auxiliary machines in steady-state operation. The mutual influence of the work of the traction drive and the drive of auxiliary machines is investigated. The results of the study allowed clarifying the spectral composition of the current in the circuits of traction and auxiliary drives. The elements of the passive and active parts of НRPС are calculated. A control system for the active part of the НRPС has been developed, the basis of which is a unit for determining the harmonic components of the traction current and removing zero and higher harmonic components from the current spectrum. A new approach to determining the spectral components of traction current is proposed. This approach is based on the application of the Levinson-Darbin linear prediction method. This approach allows to take into account the random nature of the voltage change at the current collector of the electric locomotive and, as a consequence, the traction current, and to adapt the operation of the compensator to the voltage parameters of the catenary. The application of this approach also allows taking into account such factors as the nature of the mode of operation of the electric locomotive, the passage of the boundaries of the catenary, and so on. The mathematical model of the traction drive when using НRPС is corrected, the amplitude-frequency and phase-frequency spectral characteristics of the voltage and current of the traction winding of the transformer are calculated and constructed. The power factor of the modernized traction drive is calculated. The use of a static converter instead of a phase breaker in the power supply system of auxiliary machines is substantiated. Mathematical modeling system of auxiliary drive of the electric locomotive is performed, amplitude-frequency and phase-frequency spectral characteristics of the voltage of the winding of the transformer's own winding and the current flowing in the winding of the own needs are calculated and constructed. The power factor of the modernized auxiliary drive is calculated. The losses of active and full power in the traction and auxiliary drives of the electric locomotive before and after the modernization are calculated. The dependences of factor efficiency and factor power of drives before and after modernization are calculated. The obtained results show that the factor efficiency of the traction drive after the application of the compensator decreased by 0,6%, and the power factor increased by 3,2%. The factor efficiency of the auxiliary drive after modernization increased by 1,5%, and the power factor - by 26,4%. The developed scientific provisions are an effective tool for modernization of the existing fleet of electric locomotives of the VL-80t and VL-80k series and the creation of a new electric rolling stock of railways. The results of the dissertation were implemented at the Scientific Research Design and Engineering Institute of Railway Transport of OJSC "Ukrzaliznytsya" (Kyiv), SE "Ukrainian Research Institute of Carriage" (Kremenchuk) and in the educational process of the State University of Infrastructure and Technology (Kyiv).