СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕХНОГЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВНУТРИ ЗАДАННОЙ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВА
The method of active screening system synthesis by power frequency external technogenic magnetic field inside a given region of space using controlled magnetic fields is given. The problem of magnetic fields active screening system synthesis is reduced to solving a nonlinear programming problem with...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1031 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |
|
Institution
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870287672368431104 |
|---|---|
| author | Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б. Волошко, А.В. |
| author_facet | Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б. Волошко, А.В. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Б.И. Кузнецов",
"institution": "Институт технических проблем магнетизма НАН Украины, ул. Индустриальная, 19, Харьков, 61106, Украина"
},
{
"author": "Т.Б. Никитина",
"institution": "Национальный технический университет ״Харьковский политехнический институт״, ул. Кирпичева, 2, Харьков, 61002, Украина"
},
{
"author": "А.В. Волошко",
"institution": "Институт технических проблем магнетизма НАН Украины, ул. Индустриальная, 19, Харьков, 61106, Украина"
}
] |
| author_sort | Кузнецов, Б.И. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-08T17:30:56Z |
| description | The method of active screening system synthesis by power frequency external technogenic magnetic field inside a given region of space using controlled magnetic fields is given. The problem of magnetic fields active screening system synthesis is reduced to solving a nonlinear programming problem with constraints, which is solved by sequential quadratic programming. Calculation of goal function and constraints based on the Biot−Savart−Laplace. Examples of external technogenic magnetic field inside a given region of space active screeningin system synthesis with different controlled magnetic fields are given. The high efficiency of the synthesized system with low sensitivity to changes of parameters and structure of plant models and disturbances is given. References 3. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:17:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
20 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5
УДК 621.3.01
СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕХНОГЕННОГО
МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВНУТРИ ЗАДАННОЙ ОБЛАСТИ
ПРОСТРАНСТВА
Б.И.Кузнецов1, докт.техн.наук, Т.Б.Никитина2, докт.техн.наук, А.В.Волошко1, канд.техн.наук
1 – Институт технических проблем магнетизма НАН Украины,
ул. Индустриальная, 19, Харьков, 61106, Украина.
e-mail: bikuznetsov@mail.ru
2 – Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»,
ул. Фрунзе 21, Харьков, 61002, Украина.
Разработан метод синтеза системы активного экранирования внешнего техногенного магнитного поля про-
мышленной частоты внутри заданной области пространства с помощью управляемых источников магнитно-
го поля. Задача синтеза системы активного экранирования внешнего магнитного поля сводится к решению за-
дачи нелинейного программирования c ограничениями. Эта задача решается методом последовательного
квадратичного программирования, когда вычисления целевой функции и ограничений выполняются на основа-
нии закона Био–Савара–Лапласа. Приведены примеры синтеза систем активного экранирования внешнего
техногенного магнитного поля промышленной частоты внутри заданной области пространства для различ-
ных управляемых источников магнитного поля. Показана высокая эффективность синтезированных систем
при малой чувствительности к изменению параметров и структуры моделей объектов управления и возму-
щающих воздействий. Библ. 3.
Ключевые слова: внешнее техногенное магнитное поле промышленной частоты, система активного экраниро-
вания, синтез.
Введение. Магнитное поле промышленной частоты может быть канцерогенным и вызывать раковые
заболевания, поэтому во всем мире проводят мероприятия по поддержанию параметров магнитного поля для
выполнения экологических норм внутри рабочих помещений энергонасыщенных объектов, а также для созда-
ния комфортных условий жизни и работы. Для уменьшения уровня техногенного магнитного поля разрабаты-
ваются системы пассивного, активного и комбинированного экранирования. Эффективность систем пассивного
экранирования, как правило, недостаточна для выполнения экологических норм. В работах [1,2] рассмотрены
вопросы построения замкнутых систем управления магнитным полем технических объектов с различными спо-
собами формирования обратных связей, а в работе [3] − вопросы построения систем активного экранирования
магнитного поля на рабочих местах. Рассмотрим построение систем активного экранирования внешнего техно-
генного магнитного поля с помощью системы специальных управляемых источников магнитного поля – обмо-
ток с регулируемым током, установленных в зоне, где необходимо поддерживать параметры внутреннего маг-
нитного поля в заданных пределах.
Цель работы. Целью данной работы является разработка метода синтеза систем активного экраниро-
вания внешнего техногенного магнитного поля промышленной частоты внутри заданной области пространства
с помощью управляемых источников магнитного поля. Задачей работы является синтез и исследование систем
активного экранирования внешнего техногенного магнитного поля промышленной частоты с различными алго-
ритмами управления, оценка эффективности синтезированных систем.
Метод решения. Рассмотрим задачу синтеза системы активного экранирования внешнего техногенно-
го магнитного поля промышленной частоты внутри заданного пространства с помощью системы m специаль-
ных управляемых источников магнитного поля – обмоток с регулируемым током, установленных определен-
ным образом [1]. Введем m -мерный вектор управления ( )tu
r
, компонентами которого являются m управляю-
щих воздействий источников магнитного поля. Обозначим ( )tkjiBo ,,,
r
и ( )( )ttukjiBу ,,,,
rr
− индукцию исходного
техногенного магнитного поля и индукцию магнитного поля, создаваемого управляемыми источниками маг-
нитного поля, в точке ( )kji ,, заданной области трехмерного пространства в момент времени t . Тогда задача
синтеза системы активного экранирования магнитного поля может быть сформулирована как задача минимума
критерия качества
( )( ) ( ) ( ) ( )( )ttukjiBtkjiBkjituI уo
T
t
I
i
J
j
K
k
,,,,,,,,,
1 1 1 1
rrrr
+γ= ∑∑∑∑
= = = =
. (1)
© Кузнецов Б.И., Никитина Т.Б., Волошко А.В., 2014
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5 21
Весовой множитель ( )kji ,,γ учитывает вес в критерии качества величины модуля индукции магнитно-
го поля в точке ( )kji ,, рассматриваемого пространства.
Введем n -мерный вектор состояния ( )tx
r
управляемых источников магнитного поля, компоненты ко-
торого включают токи в обмотках источников магнитного поля. Тогда уравнение состояния таких источников
магнитного поля может быть записано в стандартной форме
( ) ( ) ( )( )tutxtx
rrr
,1 Φ=+ . (2)
Это разностное уравнение описывает динамику только собственно обмоток и их источников питания.
Тогда на основании закона Био–Савара–Лапласа может быть вычислена индукция магнитного поля ( )tkjiBу ,,,
r
,
создаваемого m токами управляющих обмоток магнитных исполнительных органов (2) в точке ( )kji ,, в мо-
мент времени t в следующем виде:
( ) ( )( )∑
=
=
M
m
mymy txkjiBtkjiB
1
,,,,,,
rr
. (3)
Аналогично на основании закона Био–Савара–Лапласа может быть вычислена индукция исходного
магнитного поля ( )tkjiBo ,,,
r
, создаваемого токами ( )tIl l токопроводов
( ) ( )( )∑
=
=
L
l
lolo tIkjiBtkjiB
1
,,,,,,
rr
. (4)
Сформируем вектор )(ty
r
измеряемых компонент индукции магнитного поля
( ) ( ) ( ){ }tkjiBtkjiBt y ,,, ,,, 0
rrr
+=ν в момент времени t в точках установки магнитометров ( )kji ,,
)()()( twtvty
rrr
+= , (5)
где )(tw
r
– вектор шумов магнитометров.
Примем структуру системы активного экранирования магнитного поля в следующем виде: на вход
ПИД регулятора каждого i -го канала подадим выходное напряжение соответствующего магнитометра. В част-
ности, в работе [2] предлагаются в качестве регулируемых координат использовать величины магнитных по-
тенциалов в середине источника управляющего поля поверхностно распределенного типа.
Запишем разностное уравнение состояния дискретных ПИД регуляторов, входом которых является
вектор измеряемых компонент напряженностей магнитного поля ( )ty
r
, а выходом − вектор управления ( )tu
r
магнитных исполнительных органов
( ) ( ) ( )tyBtxAtx pppp
rrr
+=+1 ,
( ) ( ) ( )tyDtxCtu ppp
rrr
+= , (6)
где элементы матриц pA , pB , pC , pD определяются параметрами ПИД регуляторов.
Введем вектор искомых параметров { }pppp DCBA ,,,=Θ , компонентами которого являются искомые
элементы матриц pA , pB , pC , pD , определяемые коэффициентами усиления ПИД регуляторов каналов. Тогда
синтез замкнутой системы активного экранирования магнитного поля (2)-(6) сводится к нахождению парамет-
ров регуляторов Θ , минимизирующих принятый критерий качества (1)
( )Θ=Θ Iminarg* . (7)
При этом необходимо учитывать ограничения на переменные состояния, управления и параметры ПИД
регуляторов в виде ( ) ( )( ) 0, ≤tutxG
rr
, обусловленные соответствующими ограничениями применяемых усилитель-
ных, преобразовательных и измерительных устройств. Сформулированная задача нелинейного программиро-
вания (7) с ограничениями решается методом последовательного квадратичного программирования, к которой
применяется квазиньютоновский метод аппроксимации матрицы Гессе по алгоритму Левенберга–Макварта.
Выводы. Разработан метод синтеза систем активного экранирования внешнего техногенного магнит-
ного поля промышленной частоты внутри заданной области пространства с помощью управляемых источников
магнитного поля. Задача синтеза системы активного экранирования внешнего техногенного магнитного поля
сводится к решению задачи нелинейного программирования с ограничениями, которая решается методом по-
следовательного квадратичного программирования. Приведены примеры синтеза систем активного экраниро-
вания внешнего техногенного магнитного поля промышленной частоты, создаваемого генераторными токопро-
водами электростанций и воздушными линиями электропередачи ЛЭП, внутри заданной области пространства.
Показана высокая эффективность синтезированных систем при малой чувствительности к изменению парамет-
ров и структуры моделей объектов управления и моделей задающих и возмущающих воздействий.
22 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5
1. Розов В.Ю., Ассуиров Д.А. Метод активного экранирования внешнего магнитного поля технических объектов //
Технічна електродинаміка. – 2006. – № 3. – С. 13−16.
2. Розов В.Ю., Ассуиров Д.А., Реуцкий С.Ю. Замкнутые системы компенсации магнитного поля технических объек-
тов с различными способами формирования обратных связей // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск «Проблеми
сучасної електротехніки». – 2008. − Ч. 4. – С. 97−100.
3. Розов В.Ю., Ассуиров Д.А., Пелевин Д.Е. Принципы построения систем автоматической компенсации биотроп-
ных искажений геомагнитного поля на рабочих местах оперативного персонала // Технічна електродинаміка. – 2009. – № 1.
– С. 51–54.
УДК 621.3.01
СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЕКРАНУВАННЯ ЗОВНІШНЬОГО ТЕХНОГЕННОГО
МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПРОМИСЛОВОЇ ЧАСТОТИ ВСЕРЕДИНІ ЗАДАНОЇ ОБЛАСТІ ПРОСТОРУ
Б.І.Кузнецов1, докт.техн.наук, Т.Б.Нікітіна2, докт.техн.наук, О.В.Волошко1, канд.техн.наук
1 – Інститут технічних проблем магнетизму НАН України,
вул. Індустріальна, 19, Харків, 61106, Україна,
e-mail: bikuznetsov@mail.ru
2 – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»,
вул. Фрунзе 21, Харків, 61002, Україна.
Розроблено метод синтезу системи активного екранування зовнішнього техногенного магнітного поля про-
мислової частоти всередині заданої області простору за допомогою керованих джерел магнітного поля. За-
дача синтезу системи активного екранування зовнішнього магнітного поля зводиться до вирішення задачі не-
лінійного програмування з обмеженнями. Ця задача вирішується методом послідовного квадратичного про-
грамування, в якій обчислення цільової функції та обмежень виконуються на підставі закону Біо–Савара–
Лапласа. Наведені приклади синтезу систем активного екранування зовнішнього техногенного магнітного
поля промислової частоти всередині заданої області простору для різних керованих джерел магнітного поля.
Показана висока ефективність синтезованих систем при малій чутливості до зміни параметрів і структури
моделей об'єктів керування і збурюючих впливів. Бібл. 3.
Ключові слова: зовнішнє техногенне магнітне поле промислової частоти, система активного екранування,
синтез.
SYNTHESIS OF ACTIVE SHIELDING SYSTEM BY EXTERNAL TECHNOGENIC POWER FREQUENCY
MAGNETIC FIELD INSIDE A GIVEN REGION OF SPACE
B.I.Kuznetsov1, T.B.Nikitina2, О.V.Voloshko1
1 – Institute of Technical Problems of Magnetism National Academy of Sciences of Ukraine,
19 Industrialna st., Kharkiv, 61106, Ukraine,
e-mail: bikuznetsov@mail.ru
2 – National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»,
str. Frunze, 21, Kharkіv, 61002, Ukraine.
The method of active screening system synthesis by power frequency external technogenic magnetic field inside a given
region of space using controlled magnetic fields is given.
The problem of magnetic fields active screening system synthesis is reduced to solving a nonlinear programming
problem with constraints, which is solved by sequential quadratic programming. Calculation of goal function and
constraints based on the Biot−Savart−Laplace. Examples of external technogenic magnetic field inside a given region
of space active screeningin system synthesis with different controlled magnetic fields are given. The high efficiency of
the synthesized system with low sensitivity to changes of parameters and structure of plant models and disturbances is
given. References 3.
Key words: power frequency external technogenic magnetic field, active shielding system, synthesis.
1. Rozov V.Yu., Assuirov D.A. Method of external magnetic field active shielding of by technical objects //
Tekhnichna Elektrodynamika. – 2006. – № 3. – Pp. 13−16. (Rus)
2. Rozov V.Yu., Assuirov D.A., Reutskii S.Yu. Technical objects magnetic-field closed loop compensation sys-
tems with different feed-backs forming // Tekhnichna Elektrodynamika. Tematychnyi vypusk “Problemy sychasnoi
elektrotekhniky”. – 2008. – Part 4. – Рр. 97−100. (Rus)
3. Rozov V.Yu., Assuirov D.A., Pelevin D.E. Construction principles of compensation automatic systems by
geomagnetic field biotropic distortion in the operational staff workplace // Tekhnichna elektrodynamika. – 2009. – № 1.
– Pp. 51–54. (Rus)
Надійшла 30.01.2014
|
| id | techned_org_ua-article-1031 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:17:13Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/8a/13a2716c1992ccf789a8ad18e5dcda8a.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-10312023-01-08T17:30:56Z SYNTHESIS OF ACTIVE SHIELDING SYSTEM BY EXTERNAL TECHNOGENIC POWER FREQUENCY MAGNETIC FIELD INSIDE A GIVEN REGION OF SPACE СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕХНОГЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВНУТРИ ЗАДАННОЙ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВА Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б. Волошко, А.В. power frequency external technogenic magnetic field active shielding system synthesis внешнее техногенное магнитное поле промышленной частоты система активного экранирования синтез The method of active screening system synthesis by power frequency external technogenic magnetic field inside a given region of space using controlled magnetic fields is given. The problem of magnetic fields active screening system synthesis is reduced to solving a nonlinear programming problem with constraints, which is solved by sequential quadratic programming. Calculation of goal function and constraints based on the Biot−Savart−Laplace. Examples of external technogenic magnetic field inside a given region of space active screeningin system synthesis with different controlled magnetic fields are given. The high efficiency of the synthesized system with low sensitivity to changes of parameters and structure of plant models and disturbances is given. References 3. Разработан метод синтеза системы активного экранирования внешнего техногенного магнитного поля промышленной частоты внутри заданной области пространства с помощью управляемых источников магнитного поля. Задача синтеза системы активного экранирования внешнего магнитного поля сводится к решению задачи нелинейного программирования c ограничениями. Эта задача решается методом последовательного квадратичного программирования, когда вычисления целевой функции и ограничений выполняются на основании закона Био–Савара–Лапласа. Приведены примеры синтеза систем активного экранирования внешнего техногенного магнитного поля промышленной частоты внутри заданной области пространства для различных управляемых источников магнитного поля. Показана высокая эффективность синтезированных систем при малой чувствительности к изменению параметров и структуры моделей объектов управления и возмущающих воздействий. Библ. 3. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2014-08-11 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1031 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2014): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 020 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2014): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 020 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1031/907 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | внешнее техногенное магнитное поле промышленной частоты система активного экранирования синтез Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б. Волошко, А.В. СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕХНОГЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВНУТРИ ЗАДАННОЙ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВА |
| title | СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕХНОГЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВНУТРИ ЗАДАННОЙ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВА |
| title_alt | SYNTHESIS OF ACTIVE SHIELDING SYSTEM BY EXTERNAL TECHNOGENIC POWER FREQUENCY MAGNETIC FIELD INSIDE A GIVEN REGION OF SPACE |
| title_full | СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕХНОГЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВНУТРИ ЗАДАННОЙ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВА |
| title_fullStr | СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕХНОГЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВНУТРИ ЗАДАННОЙ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВА |
| title_full_unstemmed | СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕХНОГЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВНУТРИ ЗАДАННОЙ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВА |
| title_short | СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО ТЕХНОГЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВНУТРИ ЗАДАННОЙ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВА |
| title_sort | синтез систем активного экранирования внешнего техногенного магнитного поля промышленной частоты внутри заданной области пространства |
| topic | внешнее техногенное магнитное поле промышленной частоты система активного экранирования синтез |
| topic_facet | power frequency external technogenic magnetic field active shielding system synthesis внешнее техногенное магнитное поле промышленной частоты система активного экранирования синтез |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1031 |
| work_keys_str_mv | AT kuznecovbi synthesisofactiveshieldingsystembyexternaltechnogenicpowerfrequencymagneticfieldinsideagivenregionofspace AT nikitinatb synthesisofactiveshieldingsystembyexternaltechnogenicpowerfrequencymagneticfieldinsideagivenregionofspace AT vološkoav synthesisofactiveshieldingsystembyexternaltechnogenicpowerfrequencymagneticfieldinsideagivenregionofspace AT kuznecovbi sintezsistemaktivnogoékranirovaniâvnešnegotehnogennogomagnitnogopolâpromyšlennojčastotyvnutrizadannojoblastiprostranstva AT nikitinatb sintezsistemaktivnogoékranirovaniâvnešnegotehnogennogomagnitnogopolâpromyšlennojčastotyvnutrizadannojoblastiprostranstva AT vološkoav sintezsistemaktivnogoékranirovaniâvnešnegotehnogennogomagnitnogopolâpromyšlennojčastotyvnutrizadannojoblastiprostranstva |