Моделювання динамічних режимів і оптимізація комбінованих фільтрів з послідовною компенсацією гармонік

dc.contributor.authorРябенький В. М.
dc.contributor.authorТрибулькевич С. Л.
dc.contributor.authorУшкаренко О. О.
dc.contributor.authorТимченко В. Л.
dc.contributor.authorДраган С. В.
dc.contributor.authorRyabenʹkyy Volodymyr M.
dc.contributor.authorTrybulkevych Serhii L.
dc.contributor.authorUshkarenko Oleksandr O.
dc.contributor.authorTimchenko Victor. L.
dc.contributor.authorDragan Stanislav V.
dc.date.accessioned2026-10-05T08:20:12Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractУ роботі досліджено моделювання динамічних режимів та оптимізацію комбінованих енергетичних фільтрів, що базуються на принципі послідовної компенсації вищих гармонік. Розглядається структура, що поєднує пасивний (L1, C1) та активний фільтри, останній з яких використовує компенсуючий трансформатор та підсилювач. Основна увага приділена аналізу перехідних процесів при вмиканні, коливаннях напруги живлення та комутації навантаження. Доведено, що для забезпечення високої точності в прецизійних блоках живлення необхідно застосовувати активні засоби стабілізації напруги, зокрема ПІД-регулятори. Мета. Метою дослідження є оцінка ступеня впливу зовнішніх завад (коливань напруги та комутації навантаження) на якісні показники напруги живлення електронної апаратури, а також розробка заходів щодо їх зниження до допустимих рівнів через моделювання та оптимізацію параметрів фільтра. Методика. Для дослідження динамічних режимів використано комп’ютерне моделювання в середовищах Multisim та MATLAB/Simulink. Методика включала: аналіз відгуку системи на ступінчасту зміну вхідної напруги, метод варіювання параметрів для визначення впливу контурного коефіцієнта підсилення, індуктивності, ємності та опору навантаження на тривалість перехідних процесів, синтез та налаштування ПІД-регулятора для забезпечення балансу між швидкістю відгуку та стійкістю системи. Результати. Встановлено, що загальна тривалість перехідного процесу фільтруючого пристрою становить близько 10 секунд, причому основна затримка (6–8 сек) обумовлена саме активним фільтром, тоді як вплив пасивного фільтра завершується протягом 1 секунди. З’ясовано, що зростання контурного коефіцієнта підсилення (КК) призводить до суттєвого збільшення тривалості перехідного процесу (від 2 до 10 сек при зміні КК від 10 до 50). Зафіксовано, що при різкій комутації навантаження виникають короткотривалі провали (до 1.5 В) та сплески (до 3 В) напруги тривалістю до 40 мс. Доведено, що впровадження ПІД-регулятора дозволяє автоматично коригувати вихідну напругу, компенсуючи вхідні збурення та забезпечуючи високу точність підтримки заданого значення. Наукова новизна. Полягає у комплексному аналізі динамічних характеристик комбінованих фільтрів з послідовною компенсацією, що дозволило ідентифікувати асимптотичний характер процесу вмикання та відсутність внутрішніх засобів самоприскорення цього процесу в базових схемах. Вперше продемонстровано ефективність інтеграції негативного зворотного зв’язку з ПІД-регулюванням саме для цього типу фільтрів з метою нівелювання впливу зовнішніх завад. Практична значимість. Результати роботи можуть бути використані при проектуванні прецизійних блоків живлення та лабораторних стендів, до яких пред’являються високі вимоги до стабільності (пульсації не більше 0.001–0.01% від номіналу). Запропонована модель зі зворотним зв'язком за напругою дозволяє значно підвищити надійність роботи електронної апаратури в умовах нестабільної мережі живлення.
dc.description.abstractengThis paper investigates the modeling of dynamic modes and the optimization of combined power filters based on the principle of series harmonic compensation. The study examines a structure that integrates a passive filter (L1, C1) and an active filter, the latter of which utilizes a compensating transformer and an amplifier. Primary focus is given to the analysis of transients during power-up, supply voltage fluctuations, and load switching. It is demonstrated that to achieve high precision in high-performance power supply units, it is necessary to implement active voltage stabilization means, specifically PID controllers. Purpose. The aim of the study is to evaluate the impact of external disturbances (voltage fluctuations and load switching) on the quality indicators of the power supply for electronic equipment, and to develop measures to reduce these disturbances to acceptable levels through modeling and optimization of filter parameters. Methodology. Computer modeling in Multisim and MATLAB/Simulink environments was used to study dynamic modes. The methodology included: system response analysis to step changes in input voltage; a parameter variation method to determine the influence of the loop gain, inductance, capacitance, and load resistance on the duration of transients; and the synthesis and tuning of a PID controller to ensure a balance between response speed and system stability. Results. It was established that the total duration of the filtering device's transient process is approximately 10 seconds; the main delay (6–8 seconds) is caused specifically by the active filter, whereas the influence of the passive filter concludes within 1 second. It was found that an increase in the loop gain (LG) leads to a significant increase in transient duration (from 2 to 10 seconds as LG changes from 10 to 50). Observations showed that abrupt load switching causes short-term voltage dips (up to 1.5 V) and spikes (up to 3 V) lasting up to 40 ms. It is proven that the implementation of a PID controller allows for automatic output voltage correction, compensating for input disturbances and ensuring high precision in maintaining the setpoint. Scientific Novelty. The novelty lies in the comprehensive analysis of the dynamic characteristics of combined filters with series compensation, which allowed for the identification of the asymptotic nature of the start-up process and the absence of internal self-acceleration mechanisms in basic circuits. For the first time, the effectiveness of integrating negative feedback with PID control specifically for this type of filter has been demonstrated to neutralize the impact of external interference. Practical Significance. The results of this work can be applied in the design of precision power supply units and laboratory benches with high stability requirements (ripples not exceeding 0.001–0.01% of the nominal value). The proposed model with voltage feedback significantly enhances the reliability of electronic equipment operating under unstable power grid conditions.
dc.identifier.citationМоделювання динамічних режимів і оптимізація комбінованих фільтрів з послідовною компенсацією гармонік = Modeling of dynamic modes and optimization of combined filters with sequential harmonic compensation / В. М. Рябенький, С. Л. Трибулькевич, О. О. Ушкаренко, В. Л. Тимченко, С. В. Драган // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : Гельветика, 2026. – № 1 (504), т. 1. – С. 242–251.
dc.identifier.govdochttps://doi.org/10.15589/znp2026.1(503).1.28
dc.identifier.issn2311-3405 (Print)
dc.identifier.issn2313-0415 (Online)
dc.identifier.urihttps://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/13762
dc.language.isouk
dc.relation.ispartofseries621.314
dc.subjectактивний енергетичний фільтр
dc.subjectпасивний фільтр
dc.subjectпослідовна компенсація гармонік
dc.subjectдинамічний режим
dc.subjectперехідний процес
dc.subjectПІД-регулятор
dc.subjectмоделювання
dc.subjectSimulink
dc.subjectMultisim
dc.subjectзгладжування пульсацій
dc.subjectActive power filter
dc.subjectpassive filter
dc.subjectseries harmonic compensation
dc.subjectdynamic mode
dc.subjecttransient process
dc.subjectPID controller
dc.subjectmodeling
dc.subjectripple smoothing
dc.titleМоделювання динамічних режимів і оптимізація комбінованих фільтрів з послідовною компенсацією гармонік
dc.title.alternativeModeling of dynamic modes and optimization of combined filters with sequential harmonic compensation
dc.typeСтаття

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Ryabenʹkyy V. M. .pdf
Size:
651.19 KB
Format:
Adobe Portable Document Format