1993 – Volume 18 – No 1
A pattern recognition approach for data estimation and debugging in
power systems
Reconnaissance de forme
pour l¹estimation des données et résolution des problèmes dans les systèmes de
haute puissance
A.P. Alves da Silva, Department of Electrical
Engineering, Catholic University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brazil, and V. H. Quintana and G .K. H. Pang, Department of Electrical &
Computer Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Ont. N2L 3G1
Pages: 7-10
This paper is an extension of
our work on a new framework for solving data acquisition and processing
problems in power systems. The proposed methodology applies pattern analysis
techniques to solve the network configuration, observability analysis and
bad-data processing problems. In this paper, other associative memory models
are investigated for the solution of the observability analysis and bad-data
processing tasks. Special emphasis has been put on pattern analysis tools
suitable for massively parallel implementations, such as artificial neural
network models. Test results have been obtained for the IEEE 24- and 118-bus
test systems.
Cet article est une suite de nos travaux, mais dans un nouveau cadre de
travail pour ce qui concerne les problèmes d¹acquisition et de traitement des
données dans les systèmes de haute puissance. La méthodologie proposée emploie
les techniques de reconnaissance de forme pour résoudre les problèmes de
configuration de réseaux, d¹analyse d¹observation et de traitement des données
erronées. Dans cet article, d¹autres modèles de mémoire associative sont
étudiés pour la solution des analyses d¹observation et le traitement des cas où
les données sont erronées. Une emphase particulière est mise sur les outils de
reconnaissance de forme approprié pour les implantations massivement parallèles
tels les modèles à réseaux neuroniques. Les résultats présentés ont été obtenus
sur des systèmes employant des bus répondant aux normes IEEE 24 et 118.
Mesure indirecte de la
distribution de la température et du flux de puissance en utilisant la méthode
des éléments finis
Indirect measurement of temperature distribution and power flow using the finite
element method
A. Lakhsasi*, G. Le ClairÝ,
A. Skorek* et R.G. Saint-JacquesÝ,
*Laboratojre de
l¹électrothermie industrielle, G.R.É.J., Université du Québec à Trois-Rivières,
Trois-Rivières, Qué. G9A 5H7,
Ý Centre canadien de fusion
magnétique, Varennes, Qué. J3X-1S1
Pages: 17-20
Nous exposons le principe de la mesure indirecte de température dans les
problèmes de transfert de chaleur. Nous appliquons ce principe à la mesure
indirecte du flux de puissance et de la distribution de température à la
surface du limiteur d¹essais du Tokamak de Varennes en utilisant la méthode des
éléments finis à 3-D. Lors d¹une décharge tokamak de 200 kA, la tête
hémisphérique a subi une puissance de 30 kW pendant 770 ms.
We present the principle of
indirect measurement of temperature in heat-transfer problems. We apply the
principle of indirect measurement of power flow and temperature distribution on
the surface of the test limiter of the Tokamak at Varennes (TdeV) using the
method of finite elements in 3-D. During a 200-kA tokamak discharge, the
hemispherical head was submitted to a power of 30 kW over a period of 770 ms.
Visualization of random
sampled data
Visualisation de données
échantillonnées aléatoi rement
G. F. McLean, Dept. of Mechanical Engineering,
University of Victoria, Victoria, B.C. V8W 3P6
Pages: 21-26
The representation of
scientific data as a visible surface using a natural scene paradigm is an attractive
and intuitively meaningful way of visualizing data. Representation using this
paradigm organizes the data in a manner which is closely related to the digital
image; the data are represented as a scalar variable sampled over a
two-dimensional spatial field. However, scientific data are seldom available in
any uniformly sampled, regular form, thus requiring the use of some sort of
modelling or interpolation scheme to produce the image-like representation of
the data. This paper discusses one approach to the visualization of randomly
sampled data which produces an image in a single pass through the data,
requires no high-resolution surface modelling, and suppresses moderate amounts
of noise. The scheme is capable of interpolating between samples to fill in
missing data regions. The technique is demonstrated using lidar data of
coastal-region water depth. Data visualization using classical image processing
methods is illustrated, once again using the lidar images as an example.
La représentation de données scientifiques sous la forme d¹une surface
visible est une approche intéressante pour la visualisation. Une telle
représentation organise les données sous la forme d¹une image numérique: les
données prennent alors la forme d¹une variable scalaire échantillonnée sur un
espace à deux dimensions. Cependant, les données scientifiques sont rarement
disponibles sous une forme régulière et uniformément échantillonnée. Il faut
donc les traiter en les modélisant ou en les interpolant pour leur donner un
format qui s¹apparente à celui d¹une image. Cet article présente une approche
pour la visualisation de données échantillonnées aléatoirement. La méthode
proposée produit une image en une seule itération de traitement et ne requiert
aucune modélisation de surface à haute résolution. Elle contribue aussi à
réduire le bruit contenu dans les données brutes. La technique arrive à
interpoler les échantillons pour remplir les régions où les données sont
absentes. L¹article présente les résultats de l¹application de la méthode sur
des données LIDAR représentant la profondeur de l¹eau de régions côtières. La
visualisation des données par des méthodes classiques de traitement d¹images
est également présentée sur le même type de données.
Joint gradient-based time-delay estimation and
adaptive minimum mean-squared-error filtering
Estimation conjointe du
délai et filtrage adaptatif basés sur la méthode de gradient du minimum de
l¹erreur quadratique moyenne
Daniel Boudreau, Communications
Research Centre, Directorate of Satellite Communications, Ottawa, Ont., K2H 8S2
and Peter
Kabal, Department of Electrical Engineering, McGill University, Montréal,
Que., H3A 2A7 and INRS-Télécommunications, Université du Québec, Verdun, Que.,
H3E 1H6
Pages: 27-36
A general estimation model is
defined in which two observations are available; one is a noisy version of the
transmitted signal, while the other is a noisy filtered and delayed version of
the same transmitted signal. The time-varying delay and the filter are unknown
quantities that must be estimated. A joint estimator is proposed. It is
composed of an adaptive delay element in conjunction with a transversal
adaptive filler. The same error signal is used to adjust the delay element and
the filter such that the minimum mean squared error is attained. Two joint
gradient-based adaptation algorithms are studied. The joint steepest-descent
(SD) algorithm is first investigated. The possibility of a multitude of stable
solutions is established and a condition of convergence is presented. A
stochastic implementation of the joint SD algorithm, under the form of a joint
least-mean-square (LMS) algorithm, is then presented. It is analysed in terms
of convergence in the mean and in the mean square of both the delay estimate
and the adaptive filter weight vector estimate. The conditions of convergence
of the joint LMS algorithm are established as a function of the power spectral
densities of the observed signals and the minimum mean squared error. The joint
LMS algorithm is simulated under various conditions and it is shown that the
adaptive delay element is very effective in reducing the mean squared error at
the output of a long adaptive filter coping with two asynchronous inputs.
Un modèle mathématique constitué de deux observations est tout d¹abord
défini. L¹une des observations est une version corrompue du signal transmis,
alors que l¹autre est une version corrompue, filtrée et décalée de ce même
signal. Une estimation conjointe du délai et du filtre est proposée.
L¹estimateur conjoint est formé d¹un délai adaptatif et d¹un filtre adaptatif à
réponse impulsionnelle finie. Le même signal d¹erreur est utilisé pour corriger
le délai et le filtre de telle sorte que le minimum de l¹erreur quadratique
moyenne soit atteint. Deux algorithmes d¹adaptation basés sur la méthode de
gradient sont proposés. L¹algorithme conjoint à descente maximale est étudié en
premier lieu. La possibilité de solutions multiples est établie et une condition
de convergence est présentée. Une forme utilisant l¹algorithme des moindres
carrés moyens est ensuite considérée. Cette forme est analysée en termes de
convergence de l¹espérance et en termes de convergence de la valeur quadratique
moyenne, tant pour l¹estimé de délai que pour l¹estimé du filtre adaptatif. Ces
conditions de convergence sont établies en fonction de la densité de puissance
spectrale des signaux observés et du minimum de l¹erreur quadratique moyenne.
L¹algorithme des moindres carrés moyens est simulé sous diverses conditions.
L¹efficacité d¹un délai adaptatif est démontrée, pour réduire l¹erreur
quadratique moyenne à la sortie d¹un filtre adaptatif affichant une longue
réponse impulsionnelle.
A store-and-forward architecture for
video-on-demand service*
Architectue comportant une
technique de tamponnage et de redistribution pour le Vidéo-sur-Demande
A.D. Gelman, H. Kobrinski,
L.S. Smoot and S.B. Weinstein, Bellcore, 445 South St.,
Morristown, NJ 07960, U.S.A.. and M. Fortier and D. Lemay, Bell-Northern Research, 16, Place du Commerce, Verdun,
Que. H3E 1H6
Pages: 37-40
This paper presents a
store-and-forward architecture that can provide video-on-demand (VOD), as well
as other data-base distribution services. It assumes a B-ISDN network to be in
place. The four major elements in this architecture are the Information
Provider warehouse (IPw) where video material is archived; the central office
(CO) server which contains a processor responsible for the service management
and a video buffer that interacts directly with network customers; and,
finally, the customer premise equipment. A requested video program is provided
in a real-time fashion from the CO server to the customer. However, at the
information provider, the video program is retrieved from the archival storage
in blocks, and with transfer rates much faster than real time. Subsequently, it
is sent in a bursty mode to the CO servers via high-speed trunks.
Cet article présente une architecture comportant une technique de
tamponnage et de redistribution qui peut supporter le Vidéo-sur-Demande, de
même que d¹autres services de distribution de bases de données vidéo. On
suppose qu¹un réseau RNIS à très large bande est disponible. Les quatre
éléments majeurs de cette architecture sont la bibliothèque vidéo du
fournisseur de service où le matériel est conservé, le serveur du central qui
contient le processeur responsable de la gestion du service et le tampon vidéo
qui interagit directement avec les clients du réseau, et finalement les
équipements locaux du client. Le serveur du central fournit au client le
programme vidéo demandé en produisant un débit constant pour l¹équipement du
client. D¹autre part, au niveau du fournisseur de service, le programme vidéo
est retiré des archives par blocs, et avec des taux de transfert beaucoup plus
rapides que le temps réel, pour être transmis subséquemment en salves aux
serveurs du central.
Measurement of resistivity and permeability of
tubular stock
Mesure de la résistivité et
de la perméabilité de matériau sous forme tubulaire
F.N. Trofimenkoff, J.W.
Haslett and R.H. Johnston, Department of
Electrical and Computer Engineering, The University of Calgary, Calgary, Alta.
T2N 1N4
Pages: 41-43
A technique for accurately
determining the resistivity and relative permeability of tubular stock is
presented. The technique is based on measurements of the inductance of a coil
wound on a toroidal sample of the material, with circular cross section. Measurements for
J-55 material are also included.
Une technique pour déterminer précisément la résistivité et la
perméabilité relative de matériau sous forme tubulaire est présentée. La
technique est basée sur les mesures de l¹inductance d¹une bobine d¹enroulement
sur un échantillon toroïdal du matériau possédant une section circulaire. Des
résultats de mesures sur le matériau J-55 sont aussi inclus.
1993 – Volume 18 – No 2
The self-traffic-engineering network
Un réseau au trafic
autorégulé
M. H. MacGregor, TRLabs, #800 Park Plaza, 10611 98
Ave., Edmonton, Alta. T5K 2P7, W.D.
Grover, TRLabs and Department of Electrical Engineering, University of
Alberta, Edmonton, Alta. T6G 2E1, and U.
M. Maydell, Department of Computing Science, University of Alberta,
Edmonton, Alta. T6G 2E1
Pages: 47-58
This paper characterizes
several techniques for the distributed, dynamic management of
telecommunications network transmission facilities. Several methods are presented
for changing trunk-group sizes in order to respond to extraordinary network
loads. These methods are given the generic title of self-traffic-engineering
(STE), because the network effectively reengineers itself to adapt to
unforeseen circumstances. Self-traffic-engineering is a new network management
application for telecommunications facilities networks. One of these methods is
based on a new interpretation of network reliability, which is embodied in a
metric called connectability. Connectability can be used as the basis of a
distributed, isolated strategy that is competitive with a centralized linear
programming scheme. (This is surprising, because the distributed strategy uses
only data which are locally available, whereas the centralized scheme has a
global picture of the network.) Connectability can also be used to compare the
performance of network rearrangement techniques. Finally, this paper reports
the results of a simulation study in which self-traffic-engineering is used to
enable the Telecom Canada network to adapt to a focused overload. These results
are based on the assumption that the spare capacity normally used to protect
the network from failure can be temporarily reassigned to help the network
adapt to an extreme traffic load. Self-traffic-engineering is a new
physical-layer technique that can be applied in a variety of settings (e.g.,
private networks, virtual private networks). It can be applied in a controlled
fashion, ranging from very aggressively to very cautiously.
Cet article caractérise plusieurs techniques pour le contrôle distribué
et dynamique d¹un réseau d¹équipement de télécommunication. Plusieurs méthodes
sont présentées pour changer la taille des troncs de groupe afin de répondre à
des demandes extraordinaires de charge du réseau. On donne à ces méthodes le
nom générique de réseau au trafic autorégulé (TAR), parce que le réseau se
modifie en fonction de circonstances imprévues. Le réseau au trafic autorégulé
est une nouvelle application pour le contrôle des réseaux d¹équipements de
télécommunication. Une de ces méthodes est basée sur une nouvelle
interprétation de la fiabilité d¹un réseau, incarnée dans une métrique appelée
connectabilité. La connectabilité peut être utilisée comme base d¹une stratégie
distribuée et isolée qui est compétitive avec une procédure centralisée
utilisant la programmation linéaire. (Ceci est surprenant, parce que la
stratégie distribuée utilise seulement des données qui lui sont accessibles
localement, alors que la procédure centralisée a une vue globale du réseau.) La
connectabilité peut également être utilisée pour comparer la performance des
techniques de réarrangement de réseau. Finalement, cet article présente des
résultats de simulations où la méthode de trafic autorégulé est utilisée pour
permettre au réseau Telecom Canada de s¹adapter à une surcharge localisée. Ces
résultats sont basés sur la supposition que la capacité excédante, normalement
utilisée pour protéger le réseau contre les pannes, peut temporairement être
réassigné afin d¹aider le réseau à s¹adapter à une charge extrême de trafic. Le
réseau au trafic autorégulé est une nouvelle technique de la couche physique
pouvant être appliquée dans plusieurs situations (par exemple les réseaux
privés ou les réseaux privés virtuels). On peut contrôler la façon dont cette
technique peut être appliquée, allant d¹un mode très agressif à un mode très
prudent.
Radar cross-section of a generic aircraft at HF
frequencies
La section efficace radar
d¹un avion générique aux fréquences HF
C.W. Trueman and S.J. Kubina, EMC Laboratory, Concordia University, Montreal, Que.
H4B 1R6, and S.R. Mishra and C. Larose, David Florida Laboratory, Canadian Space
Agency, P.O. Box 11490, Station H, Ottawa, Ont. K2H 8S2
Pages: 59-64
Coastal HF radar in the
ground-wave mode may be useful for monitoring the movement of ships, aircraft
and icebergs over vast areas of ocean. At HF frequencies an aircraft is in the
³resonance range² of size. This paper studies the radar cross-section (RCS) of
a 30-m aircraft-like object for nose-on and broadside incidence, by direct
measurement and by wire-grid modelling, with good agreement. The ³generic
aircraft² RCS is demonstrated to be dominated by the vertical stabilizer at low
HF frequencies, but by the fuselage for broadside incidence at higher HF, in
level flight. Resonant effects in the RCS are related to resonant-length paths
on the airframe. It is shown that a wire antenna carried for HF communication
can introduce sharp resonance peaks and troughs into the aircraft RCS. The
changes in RCS due to nose-up and nose-down flight attitude, and to steep
banking, are briefly investigated.
Les radars HF côtiers en mode d¹onde de sol peuvent être utiles pour
surveiller le mouvement des navires, des avions et de la banquise sur de vastes
étendues de l¹océan. Aux fréquences HF, un avion a une taille que le situe dans
la ³fourchette de résonance². Cet article étudie la section efficace radar
(SER) d¹un objet de 30 m semblable à un avion pour une incidence de face ou de
côté. L¹étude à été faite grâce à des mesures directes et par une modélisation
par maillage, avec un bon accord entre les deux approches. On démontre que la
SER de ³l¹avion générique² est dominée par le stabilisateur vertical aux basses
fréquences HF, alors que c¹est le fuselage qui domine pour une incidence de
côté et ce, aux fréquences HF plus élevées et dans le cas d¹un vol à
l¹horizontale. Les effets de résonance dans la SER sont liés à la longueur des
parcours de résonance sur la structure de l¹avion. On démontre qu¹une antenne
filiforme utilisée pour les communications HF peut introduire des pointes et
des creux de résonance pointus dans la SER de l¹appareil. On discute brièvement
des changements dans la SER pour des attitudes de vol en montée ou en descente
ainsi que pour des virages brusques.
New radix-3 and -6 decimation-in-frequency fast Hartley
transform algorithms
Nouveaux algorithmes de
décimation en fréquence radix-3 et -6 de transformée de Hartley rapide
K.M.M. Prabhu, Centre for Systems & Devices,
Department of Electrical Engineering, Indian Institute of Technology, Madras
600 036, India, and Anupindi Nagesh, Department
of Electrical Engineering, The University of Rhode Island, Kingston, RI 02881,
U.S.A.
Pages: 65-70
Fast Algorithms of a
transform, like fast Fourier transform (FFT) algorithms, are based on different
decomposition techniques. It is shown that these decomposition techniques can
also be applied to the computation of the discrete Hartley transform (DHT) for
a real-valued sequence. Recently, an efficient decomposition technique for
radix-3 decimation-in-time (DIT) FFT and fast Hartley transform (FHT)
algorithms has been demonstrated. In this paper, such a decomposition technique
is implemented for radix-3 and -6 decimation-in-frequency (DIF) FHT algorithms
and found to improve the operation count. Efficiency in these algorithms is
derived by pairing the rotating factors with an appropriate reordering of the
input sequence. From the results, it is seen that the radix-3 and -6 FHT
algorithms presented in this paper are comparable to the split-radix FHT
algorithm in terms of their operation count and will be more efficient when the
sequence length is closer to an integer power of the corresponding radix,
Les algorithmes rapides de transformée, tel celui de la transformée de
Fourier rapide (TFR), sont basés sur différentes techniques de décomposition.
Il est démontré qu¹on peut appliquer ces techniques de décomposition pour le
calcul de la transformée discrète de Hartley (TDH) avec séquences de valeurs
réelles. Récemment, une technique très efficace de décomposition par décimation
en temps (DET) radix-3 de la TFR et de transformée de Hartley rapide (THR) a
été démontrée. Dans cet article, cette dernière technique est développée pour
la décimation en fréquence (DEF) radix-3 et -6 des algorithmes THR et on montre
un gain dans le nombre d¹opérations. L¹efficacité de ces algorithmes est
dérivée en couplant les facteurs de rotation avec un réarrangement approprié de
la séquence d¹entrée. Des résultats, il est vu que les algorithmes THR en
radix-3 et -6 présentés ici sont comparables, en terme du nombre d¹opérations,
avec ceux du type THR en ³split-radix²; et qu¹ils deviennent plus efficaces
lorsque la longueur de la séquence s¹approche d¹une puissance entière du radix
correspondant.
Trading nodal storage capacity with incremental
transmission capacity in supra-high-speed packet-switching nets
Troquage de la capacité de
stockage nodale avec la capacité incrémentale de transmission dans les réseaux
de messages commutés à super haute vitesse
Bhumip Khasnabish, Majid Ahmadi, Myron Hlynka* (*Department
of Mathematics and Statistics) and
Malayappan Shridhar, Department of Electrical
Engineering, University of Windsor, Windsor, Ont. N9B 3P4
Pages: 71-80
We present queuing-theoretic
formulations for trading nodal storage capacity (i.e., buffers) requirements
for the incremental transmission capacity of the links in supra-high-speed
packet-switching nets. The performance criterion used is the mean nodal
forwarding time. The results are useful for designing all-optical packet-switching
telecommunication networks where the designer must compute the amount of
incremental transmission capacity needed to eliminate a prespecified number of
nodal buffers while preserving the same mean (or average) nodal forwarding
time. A single optical buffer can be easily implemented by using a simple
optical delay line. An example is included using a very-high-speed regular
digraph as an architecture of a macro-switching fabric.
Nous présentons une formulation basée sur la théorie des queues pour
troquer des exigences de capacité de stockage nodale (i.e. les tampons) avec la
capacité incrémentale de transmission des liens dans les réseaux de messages
commutés à super haute de vitesse. Le critère de performance utilisé est le
temps moyen de transmission d¹un noeud. Les résultats présentés sont utiles
pour la conception de réseaux de communication à messages commutés tout-optique
pour lesquels le concepteur doit pouvoir calculer l¹incrément de la capacité de
transmission requis pour éliminer un nombre prédéfini de tampons tout en
maintenant la même moyenne pour le temps de transmission d¹un noeud. Un tampon
optique unique peut être implanté simplement en utilisant une ligne à délai
optique. Un exemple est présenté pour lequel un di-graphe régulier à haute
vitesse est utilisé comme architecture d¹unité de macro-commutation.
Value engineering considerations in electrical
drive systems for traction applications
Comparaisons de systèmes de
moteurs électriques pour les applications de traction
G.J. Hoolboom and B. Szabados, Department of Electrical and Computer
Engineering, McMaster University, Hamilton, Ont. L8S 4K1
Pages: 81-86
The general requirements for
electrical equipment used in traction applications are reviewed. These
requirements and conditions include high inertia load, smooth torque control
over the full range, high reliability, low maintenance, high efficiency, low
mass, extended weak-field range for the motors, high top speed, dynamic or
regenerative braking, motor and gearing exposed to heavy shock loading, limited
motor diameter and length, and limited space for control circuitry. A systems
approach is required to obtain the most effective design for each application.
The advantages and disadvantages of different motor types are discussed. It is
conluded that the series motor is still the motor against which all other
traction motors must be judged. Its disadvantages are all related to the
mechanical commutator. Possible replacement by the squirrel-cage induction
motor and the brushless synchronous motor is considered. The characteristic
features of different converter types are considered, including the three-phase
bridge converter/inverter, the pulse-width-modulated (PWM) inverter and the
cycloconverter. A current control and voltage control strategy is discussed.
Les besoins d¹appareillage électrique pour les applications en traction
sont passés en revue. Ces besoins comprennent les charges à grande inertie, le
contrôle graduel du couple sur toute la plage de fonctionnement, une plage de
champ faible pour les moteurs, une vitesse maximale élevée, un freinage
dynamique ou regénératif, une capacité pour les moteurs et les rouages
d¹entraînement de supporter de forts chocs lors de la montée en charge, la
nécessité d¹une grande fiabilité, d¹un entretien réduit, d¹une grande
efficacité et d¹une faible masse, une conception de moteurs avec diamètre et
longueur minimale, un espace restreint pour la circuiterie de contrôle. Pour
chaque application, une approche ³système² est nécessaire de façon à définir la
conception la plus efficace. Les avantages et les désavantages de différents
types de moteurs sont discutés. Le moteur-série demeure la référence vis à vis
duquel les autres types de moteurs doivent être comparés. Les désavantages de
ce moteur sont liés à son commutateur mécanique. La possibilité du remplacement
de la cage d¹écureuil du moteur à induction de même que la construction d¹un
moteur synchrone sans balais sont considérés. Les caractéristiques des
différents types de convertisseurs sont analysées incluant le
convertisseur/inverseur à pont triphasé, le convertisseur MLI (modulation à
largeur d¹impulsion) et le cycloconvertisseur. Finalement, une stratégie
de commande du courant et de la tension est discutée.
MLS guidance errors due to runway approach-light
structures
Erreurs de guidage des
systèmes de navigation MLS dûes aux structures de lumières d¹approche des
pistes
M .Z. El-Gamal, Microwave Landing System Project,
Transport Canada, Ottawa, Ont. K1A 0N8
Pages: 87-91
A data analysis program
utilizing the boundary discrete points (BDP) technique is developed to predict
the effect of runway approach-light systems (ALSs) on the Microwave Landing
System (MLS) signal in space in terms of angle guidance error, path following
error (PFE) and control motion noise (CMN). Various ALS configurations are
modelled and field-tested. In this study, the MLS peak guidance errors caused
by the presence of the ALS are found to be small, but such that they could
cause out-of-tolerance conditions. Initial field-test results are in agreement
with those predicted by the developed model.
Un programme d¹analyse de données utilisant la technique des points de
frontière est développé en vue de prédire l¹effet sur le signal MLS des
structures de lumières d¹approche des pistes d¹atterrissage en termes de
l¹erreur de guidage angulaire, de l¹erreur de pistage et du bruit de commande
de mouvement. Différentes configurations de structures sont modélisées et
testées expérimentalement. Dans cette étude, on trouve que les erreurs MLS
maximales résultant de la présence de ces structures sont faibles mais qu¹elles
pourraient occasionner des conditions d¹opération s¹écartant des tolérances
acceptées. Les premiers résultats des tests expérimentaux sont en accord avec
ceux prédits par le modèle développé.
1993
– Volume 18 – No 3
Conception assistée par
ordinateur des convertisseurs statiques directs
Computer-aided design of direct static converters
M. Saad, T. Rafesthain et V. Rajagopalan, Université
du Québec à Trois-Rivières, Groupe de recherche en électronique industrielle,
C.P. 500, Trois-Rivières, Québec G9A 5H7, et K. Al-Haddad, École de
Technologie Supérieure (ETS), 4750 Henri Julien, Montréal, Québec H2T 2C8
Pages : 97-104
La notion de cellule de commutation a été introduite et utilisée pour
étudier les aspects local et système du processus de commutation tels que les
modes de fonctionnement d¹un interrupteur et le mécanisme de commutation. Le
but de cet article est de montrer que cette notion peut aussi être un outil
d¹étude et de synthèse, au sein d¹un logiciel de conception assistée par
ordinateur, des topologies des convertisseurs statiques. Dans cet optique, les
lois et les règles générales d¹électronique de commutation sont définies. Leur
application au sein de la cellule élémentaire de commutation permet une analyse
graphique des formes d¹onde des sources d¹entrée et de sortie (courant et
tension aux bornes des interrupteurs).
The notion of the commutation
cell has been introduced and used to study the local and systemic aspects of
the commutation process, such as the functioning modes of a switch and the
commutation mechanism. The goal of this paper is to show that this notion can
also be a tool in a computer-aided design software, for the study and synthesis
of the topologies of static converters. tn this light, general laws and rules
for electronic commutation are defined. Their application in an elementary
commutation cell allows a graphical analysis of input and output waveforms
(current and voltage at the switches).
Transmission capacity
assessment
Évaluation de la capacité
de transmission
O.O. Obadina, Empros Systems International, 2300
Berkshire Lane North, Plymouth, Minn., U.S.A. 55441-3694, G.J. Berg, Department of Electrical Engineering,
The University of Calgary, Calgary, Alta. T2N 1N4 and T.A.M. Sharaf, Department of Electric Power, Cairo
University, Giza, Egypt
Pages : 105-110
The problem of electric power
transmission limitations due to finite reactive resources is studied. Maximum
system load, i.e., loadability, is determined using a nonlinear optimization
technique (Modified Augmented Lagrangian) which accommodates limits on reactive
generation as well as other practical constraints. The sensitivities of the
system loadability with regard to transmission-element primitive admittances
are by-products of the proposed optimization method. These parameters indicate
the relative strength of the transmission elements at the voltage stability
limit. The weakest element is considered to be the one exhibiting the greatest
sensitivity. Electrical strengthening of this element would enhance the system
loadability. Sample results are presented for a 30-bus system.
Le problème de la limitation de la transmission de l¹électricité dû aux
ressources réactives limitées est étudié. La charge maximum du système est
calculée avec une approche d¹optimisation non-linéaire (le lagrangien augmenté
modifié) qui tient compte des limites de génération réactive en plus de
considérer d¹autres contraintes. L¹obtention de la sensibilité de la charge du
système relativement à l'admittance des éléments de transmission est un
sous-produit de la méthode d¹optimisation. Ces paramètres de sensibilité
révèlent la force relative des éléments de transmission au voltage limite de
stabilité. L¹élément le plus faible est celui montrant la plus grande
sensibilité. Le renforcement de cet élément contribue à l¹augmentation globale
de la charge du système. Des résultats de l¹approche de calcul sont présentés
pour un système à 30 bus.
A critical assessment of the implementation of PWM
techniques in switchmode magnet power supplies
Une évaluation critique des
techniques PWM pour la réalisation de blocs d¹alimentation à commutation
H. Jin, Department of Electrical & Computer
Engineering, Concordia University, Montreal, Que. H3G 1M8, and J. D. Lavers and S. B. Dewan, Department of Electrical Engineering, University of
Toronto, Toronto, Ont. M5S 1A4
Pages : 111-116
The characteristics of a
carrier-based pulse-width modulator under different modulation techniques are
evaluated in this paper. Modulation with the most commonly used carrier
waveforms (triangular and sawtooth waveforms) and sampling methods (uniform,
double and natural sampling) is studied. In each case, the switching harmonics
at the modulator output are calculated and the frequency response of the
modulator is determined. Different modulation techniques are then compared, and
the one that best suits switchmode magnet power supply applications is
identified.
Cet article s¹intéresse aux caractéristiques d¹un modulateur PWM à
pulsation basée sur une porteuse pour divers cas de modulation. On étudie la
modulation avec les porteuses les plus fréquemment utilisées (onde triangulaire
ou en dent de scie) et avec diverses méthodes d¹échantillonnage (uniforme,
double et naturelle). Dans chaque cas, on calcule les harmoniques de
commutation à la sortie du modulateur et on trace la réponse en fréquence du
modulateur. Différentes techniques de modulation sont comparées pour choisir
celle qui s¹adapte le mieux aux blocs d¹alimentation à commutation.
A microprocessor-based measuring unit for
high-speed distance protection
Unité de mesure à
microprocesseur pour protection rapide à distance
T.S. Sidhu, Power System Research Group, University
of Saskatchewan, Saskatoon, Sask. S7N OWO
Pages : 117-126
This paper describes a
microprocessor-based measuring unit which is suitable for use in high-speed
digital distance relays. The unit uses an algorithm that provides accurate
estimates of apparent resistance and inductance of the line in relatively short
times. The algorithm deals effectively with the presence of nonfundamental
frequency components in signals without making assumptions about their
compositions. The hardware and software of the unit are described in the paper.
Test results indicate that the estimates converge to their true values within
about 10 ms after fault inception. Also, the ability of the unit to provide
accurate estimates is not adversely affected by the system frequency¹s drifting
from its nominal value and by the distortion of the input signals.
Cet article décrit une unité de mesure à microprocesseur qui peut être
utilisée pour des relais rapide numériques à distance. L¹unité utilise un
algorithme fournissant des estimés précis de la résistance apparente et de
l¹inductance d¹une ligne à l¹intérieur d¹une période relativement courte.
L¹algorithme procède effectivement avec la présence des composantes
non-fondamentales en fréquence des signaux sans faire de suppositions quant à
leur composition. Les conceptions matérielles et logicielles de l¹unité sont
décrites dans l¹article. Les résultats obtenus lors de tests indiquent que les
estimés convergent vers leurs valeurs réelles environ 10 ms après l¹occurrence
de ls panne. Aussi, l¹habileté de l¹unité de fournir des estimations précises
n¹est pas affectée par la dérive en fréquence du système de sa valeur nominale
et par la distorsion des signaux d¹entrée.
Modelling of an autonomous power system at variable
speed for transient simulation using Lagrange¹s laws
Modélisation du
comportement transitoire d¹un système de puissance autonome à vitesse variable
par les lois de Lagrange
Jean Mbihi, ENSET, BP 1872,
Douala, Rép. Cameroun, Denis Dochain, Césame, Université Catholique de
Louvain, Bâtiment Maxwell, Place du Levant, 3, B-1348 Louvain-la-Neuve,
Belgium, and Andre B. Turgeon, Département de génie électrique, École
Polytechnique de Montréal, CP 6079, Succ. ³A,² Montréal, Qué. H3C 3A7
Pages : 127-132
The dynamical equations of a
power system are usually obtained by applying the laws of electrotechnics and
Newton¹s second law. In this paper, we propose to extend the use of Lagrange¹s
laws, classically used to model mechanical systems, to the derivation of the
dynamical model of an autonomous power system. One of the major advantages of
the proposed approach is its simplicity, which directly derives from the
unified aspect of the modelling procedure. The obtained dynamical model is
transformed into a generalized state-space model, and is used to simulate the
transient behaviour of the autonomous power system in the presence of variable
speed.
Les équations dynamiques d¹un système de puissance sont habituellement
obtenues par l¹application des lois de l¹électrotechnique et de la seconde loi
de Newton. Nous proposons dans cet article d¹étendre l¹utilisation des lois de
Lagrange, qui sont utilisées de façon classique pour représenter les systèmes
mécaniques, à la dérivation du modèle dynamique d¹un système de puissance
autonome. Un des avantages majeurs de la méthode proposée est sa simplicité,
qui découle directement de l¹aspect unificateur de la procédure de
modélisation. Le modèle dynamique obtenu est transformé en un modèle d¹état
généralisé et utilisé pour simuler le comportement transitoire d¹un système de
puissance autonome à vitesse variable.
Input-output-buffered broad-band packet-switch
architectures with correlated input traffic
Architectures
d¹interrupteurs à large bande à tampons d¹entrée-sortie par paquets avec
corrélation de trafic d¹entrée
Hosein F. Badran and H .T. Mouftah, Electrical
Engineering Department, QueenŒs University, Kingston, Ont. K7L 3N6
Pages: 133-139
This paper investigates the
robustness of the nonbiocking asynchronous transfer mode (ATM) switch
architecture with input-output buffering and back-pressure control under
correlated input traffic conditions. Previous studies have concentrated on the
performance of these architectures under random (uncorrelated) traffic
conditions. These studies have shown that the input-output-buffered switch
architecture with back-pressure control provides considerable performance
improvement, in terms of maximum switch throughput, over pure input-buffered
architectures, while requiring only a fairly small amount of output buffering.
In this paper, traffic correlation is modelled by two parameters; namely, the
mean active duration of the ON-OFF source feeding each input port, and the
spacing between the cells generated within an active period. This spacing can
be fixed or random. The effect of these parameters on the switch performance in
terms of the cell-loss behaviour and the mean switching delay is investigated.
The performance of different selection mechanisms needed to resolve output-port
contention is evaluated, taking into consideration the performance enhancements
obtained by incorporating different arbitration criteria within the selection
mechanisms. Our study indicates that the burst-length factor significantly
affects the buffering requirements of the switch to achieve a certain cell-loss
probability, even if the switch is operated at fairly low utilization. The
spacing between cells within a burst has a considerable effect on the cell-toss
performance of the switch. Using the longer-input-queue criterion as the
arbitration criterion between cells contending for the same output port results
in smaller buffer sizes for given cell-loss probability and value of applied
toad, than is the case when the arbitration criterion is implemented according
to the earlier arrival time at the head-of-line (HOL) position of the input
queues. Since the longer-queue criterion does not involve time-stamping, as is
the case with the HOL-time criterion, it is also the more attractive solution
from an implementation point of view, This result confirms previously reported
conclusions under the uniform random traffic case.
Cet article analyse la robustesse de l¹architecture des interrupteurs
ATM sans blocage avec entrée-sortie à tampons et commande par retour de
pression dans des conditions de trafic d¹entrée corrélé. Les études précédentes
se sont attachées à la performance de ces architectures dans des conditions de
trafic aléatoire (non-corrélée). Ces études ont montré que l¹architecture
d¹interrupteur avec commande par retour de pression apporte une amélioration
considérable des performances pour ce qui est du flot de passage à travers
l¹interrupteur par rapport aux architectures à tampons à entrée telle quelle et
ce, même avec un faible recours aux tampons de sortie. Dans cet article, la
corrélation du trafic est modélisée par deux paramètres, la durée moyenne
d¹activation MARCHE-ARRET de la source d¹origine à chaque port d¹entrée, et aussi
par la séparation entre les cellules créées pendant une période d¹activité.
Cette séparation peut être fixe ou aléatoire. Les effets de ces paramètres sur
la performance de l¹interrupteur sont également analysés en termes de
dégradation du comportement des cellules et de délai moyen d¹aiguillage. La
performance des différents mécanismes de sélection nécessaires à la résolution
des contentieux aux ports de sortie est aussi étudiée en prenant un
considération l¹amélioration de performance fournie en incorporant différents
critères de traitement des litiges au moyen de mécanismes de sélection. Notre
étude indique que la longueur des bouffées affecte d¹une façon significative
les besoins de tampons de l¹interrupteur lorsqu¹il faut s¹assurer d¹une certaine
probabilité de dégradation des cellules et ce, même si l¹interrupteur est
sous-utilisé. La séparation entre les cellules dans une même bouffée a un effet
considérable sur la dégradation de performance de l¹interrupteur. En employant
le critère de la longueur de la queue d¹entrée comme critère arbitraire entre
les cellules se disputant un même port d¹entrée, on obtient des tampons de plus
petites tailles pour une probabilité donnée de dégradation de cellule et de
valeur de débit appliqué que dans le cas où un critère arbitraire est implanté
en se basant sur l¹arrivée hâtive à la position de départ (AHPD) des queues
d¹entrée. Puisque le critère basé sur la longueur des queues n¹implique pas de
marquage temporel comme dans le cas du critère AHPD, ce critère constitue aussi
une solution plus attrayante à implanter. Ce résultat confirme des conclusions
rapportées précédemment en présence de trafic aléatoire uniforme.
1993
– Volume 18 – No 4
Indoor infrared wireless communications using spot
diffusing and fly-eye receivers
Communications intérieures
sans fil par infra-rouge avec diffusion spéculaire et récepteurs à orientation
diverse
G. Yun and M.
Kavehrad, University of Ottawa, Department of Electrical Engineering,
Ottawa, Ont. K1N 6N5
Pages: 151-158
In this paper, a new
configuration is proposed for indoor optical wireless communication systems.
The main features are the use of spot diffusing, multiple lines of sight and
fly-eye receivers. Design issues such as the power budget, ambient-light
interference and farsighted-eye designs for the receivers are discussed using
simple models. An experimental set-up demonstrating the feasibility of the
spot-diffusing concept is also described.
Dans cet article, on propose une nouvelle configuration de systèmes de
communication intérieure optique, donc sans fil. Les principales
caractéristiques sont l¹utilisation d¹une technique de diffusion spéculaire, de
multiples lignes de vue et de récepteurs alignés mais orientés dans différentes
directions, comme les yeux d¹une mouche (fly-eye). Les paramètres de conception
tels la puissance disponible, l¹interférence par la lumière ambiante et la
conception de récepteurs hypermétropes sont discutés en utilisant des modèles
simples. Un montage expérimental est aussi décrit, lequel démontre la
faisabilité du concept de diffusion spéculaire.
Quasi-orthogonal subcarrier multiplexing for
high-capacity optical data links
Multiplexage à sous-porteuses
quasi-orthogonales pour liens de transmission optiques de grande capacité
Kevin P. Benterud, Witold A. Krzymien and Wayne D. Grover, Telecommunications Research
Laboratories, 800 Park Plaza, 10611-98 Ave., Edmonton, Alta. T5K 2P7
Pages: 159-170
Short-reach interconnect
requirements in digital computers and telephone switches may require
throughputs of 10 Gb/s (50 parallel lines at 200 Mb/s each) in the near future.
Time-division multiplexing (TDM) baseband transmission methods require
high-speed multiplexing and precise clock recovery, and/or multiple fibres for
such applications. As an alternative, we propose and analyze a quasi-orthogonal
subcarrier multiplexing technique (QO-SCM) for short-reach digital fibre-optic
interconnect applications. QO-SCM signal processing exploits the symbol-time
synchronism which is inherent among the parallel lines of a typical data bus,
to permit simplified filtering and higher spectral efficiency than conventional
SCM. One can achieve bandwidth efficiencies of up to 2 b/s/Hz while eliminating
RF channel filters and guard bands, and requiring only simple baseband pulse
shaping. Link performance is studied through simulation to derive worst-case
noise margins for a 50-channel QO-SCM pay-load signal with 10 Gb/s total
capacity using a numerical model of the laser rate equations. Results predict
that 10 Gb/s could be transmitted over 100 m at a bit error rate (BER) ¾ 10-12
on a single fibre-optic link, given a laser RIN of -155 dB/Hz.
Les besoins d¹interconnection à courte distance dans les ordinateurs et
les autocommutateurs téléphoniques pourront requérir dans un proche avenir des
débits de 10 Gb/s (50 lignes de 200 Mb/s en parallèle). Les techniques de
transmission TDM en bande de base exigent un multiplexage à haute vitesse et
une récupération d¹horloge précise, ou encore l¹utilisation de fibres
multiples. Comme alternative, nous proposons et analysons une technique de
multiplexage à sous-porteuses quasi-orthogonales (QO-SCM) pour des applications
d¹interconnections numériques courte distance à fibre optique. Le traitement du
signal QO-SCM exploite le synchronisme des symboles, qui est inhérent aux
lignes parallèles d¹un bus de données typique, pour permettre un filtrage
simplifié et une efficacité spectrale accrue. Une efficacité en largeur dc
bande allant jusqu¹à 2 b/s/Hz est atteignable par simple pondération des
impulsions en bande de base, éliminant les filtres et les bandes de garde au
niveau du canal RF. La performance de la liaison est étudiée par simulation pour
dégager les pires cas de marge de bruit pour un signal QO-SCM à 50 canaux et de
10 Gb/s de capacité totale, en utilisant un modèle numérique pour l¹équation de
taux du laser. Les résultats prédisent que 10 Gb/s pourraient être transmis sur
un lien à fibre optique de l00 m avec un taux d¹erreur meilleur ou égal à 10-12,
pour un laser ayant un niveau d¹intensité relative de bruit de -155 dB/Hz.
Radar cross-section analysis using theoretical and experimental
signatures
Analyse de sections
efficaces radar à l¹aide de signatures théoriques et expérimentales
V. Sampath and G.Y. Delisle, INRS-Télécommunications,
16, place du Commerce, Île-des-Soeurs, Qué. H3E 1H6, and J. Raymond, Hydro-Québec, 5100 Sherbrooke E.,
Montréal, Qué. H1V 3R9
Pages: 171-180
The radar cross section of a
target is a complex quantity possessing both an amplitude and a phase. Most of
the work done up to the present day restricts itself to discussing the former,
the latter being almost completely ignored. Yet it seems reasonable to assume
that a study of both the amplitude and phase characteristics would lead to a
more complete picture of the target under consideration. This paper focuses on
the analytical and experimental aspects of the phase behaviour (with a few
remarks on the amplitude being made nevertheless), giving detailed descriptions
in the case of a cylinder and a dart (examples of a simple and complex target
respectively).
La section efficace radar d¹une cible est une quantité complexe qui possède
une amplitude et une phase. La plupart des travaux disponibles actuellement
concentrent leurs efforts sur la caractérisation de l¹amplitude tout en
ignorant quasi totalement la phase. Cependant, il est légitime de supposer que
l¹acquisition de l¹information d¹amplitude et de phase d¹une cible contribuera
à obtenir une image plus complète de cette cible. Cet article présente une
analyse théorique et expérimentale détaillée du comportement de la phase (tout
en ne négligeant pas l¹amplitude) dans le cas d¹un cylindre et d¹une fléchette
qui sont considérés respectivement comme cibles simple et complexe.
SEMAS: Un nouveau module de
simulation des systèmes d¹entraînement à courant alternatif
SEMAS: A new simulation module for ac drive systems
A. Ba-Razzouk, K. Debebe, T.
Rafesthain et V. Rajagopalan, Groupe de Recherche en Électronique
industrielle (G.R.É.I.), Université du Québec à Trois-Rivières, C.P. 500, Trois-Rivières,
Qué. G9A 5H7
Pages: 181-190
Cet article présente une adaptation du logiciel d¹usage général SIMNON
pour l¹étude des entraînements à courant alternatif. Dans le but de faire la
conception et le dimensionnement des associations Convertisseur-Machine à
courant alternatif-Régulateur, un module de simulation nommé SEMAS est bâti
sous forme de structure modulaire à partie de SIMNON. Ce logiciel révèle de
grandes capacités en ce qui concerne la puissance et l¹optimisation des
calculs, la robustesse des algorithmes et l¹interactivité graphique. Des modèles
des machines asynchrone et synchrone implantés sur SEMAS sont présentés.
Les différentes méthodes de modélisation des convertisseurs statiques et des
interrupteurs, avec les particularités de chacune d¹elles sont aussi
présentées. Les différents résultats mettent en évidence une bonne concordance
des résultats de simulation avec ceux expérimentaux.
This paper presents an
adaptation of the general-purpose SIMNON software for the study of
alternating-current drives. With the objective of designing and dimensioning
Converter-ac Machine-Regulator systems, a simulation module named SEMAS is
constructed in modular form using SIMNON. This software package shows great
capabilities in terms of computing power, optimization, robustness of the
algorithms and graphical interaction. Asynchronous and synchronous machine
models implemented in SEMAS are presented. The different methods for modelling
static converters and switches, with the particularities of each, are also
presented. The results show evidence of a good agreement between simulations
and experiments.
Optimal power flow using a generalized power
balance constraint
Flux de puissances optimal
utilisant une contrainte généralisée d¹équilibre des puissances
George Angelidis and Adam Semlyen, Department of Electrical and Computer Engineering,
University of Toronto, Toronto. Ont. M5S 1A4
Pages: 191-198
This paper presents a new
method for Optimal Power Flow calculations, using the Generalized Power Balance
Constraint, obtained from the power flow equations by elimination of alt state
variables. The reduced optimization problem in the control variables is
subsequently decoupled into two stages: a primary stage in the primary control
variables (generator active power injections) and a secondary stage mainly in
the secondary control variables (generator voltages). The primary stage is
solved by Economic Generation Scheduling, where the power system losses are
accounted for by the coefficients of the Generalized Power Balance Constraint.
The secondary stage is solved by Linear Programming, subject to all power
system constraints. The Linear Programming formulation is such that the
solution of the primary stage is maintained, if feasible, or otherwise
optimally adjusted. Thus, the method takes full advantage of decoupling, if it
is applicable, and otherwise inherently reverts to a coupled approach. A
step-limit control strategy successfully damps the oscillations that are always
present in Successive Linear Programming, and ensures the optimality and feasibility
of the solution.
Cet article présente une nouvelle méthode pour le calcul du flux optimal
de puissances basée sur la contrainte généralisée de l¹équilibre des puissances
obtenue par l¹élimination des variables d¹état des équations du flux de puissances.
Le problème simplifié d¹optimisation en variables de contrôle est séparé en
deux phases: une première phase avec des variables de contrôle primaires
(injections de puissance active des générateurs) et une deuxième phase
principalement réservée aux variables de contrôle secondaire (les tensions des
générateurs). La première phase est solutionnée par une approche de répartition
économique des générations où les pertes de puissance du système sont prises en
considération par les coefficients de la contrainte généralisée d¹équilibre des
puissances. La deuxième phase est solutionnée par une approche de programmation
linéaire soumise aux contraintes du système de puissance. La formulation de
programmation linéaire est telle que la solution de la première phase est
maintenue, lorsque cela est possible, ou est modifiée de façon optimale. La
méthode proposée tient donc compte du découplage quand il est possible et se
replie vers une approche couplée dans les autres cas. Une stratégie de contrôle
basée sur une limite du pas amortit adéquatement les oscillations dans la
programmation linéaire successive et assure ainsi la validité et l¹optimalité
de la solution.
Transient striction and skin effects on voltage
drop across flat conductors
Les effets des phénomènes
transitoires pelliculaires et de striction sur la chute de tension à travers
une plaque conductrice
Michel M. Ney and George I. Costache,
Laboratory for Electromagnetics &
Microwaves, Department of Electrical Engineering, University of Ottawa, Ottawa,
Ont. K1N 6N5
Pages: 199-204
Closed formulas for computing
the time-domain voltage between the contact points of a ground plane produced
by conducted currents are presented. The approach takes into account realistic
effects such as the transient skin effect and the confinement of current lines
at the contacts, known as the transient striction or constriction effect. The
contribution of external inductance depends on the geometry and relative
position of the return conductor and is flot addressed in this paper.
Calculated results are presented for various parameters, such as the dimensions
of the ground plane and contacts and the type of current time-function. Using a
simple geometrical model, computed results show that the ground voltage may
become non-negligible when short rise-time signals are considered.
Des formules exactes pour calculer, dans le domaine temporel, la tension
entre les contacts d¹un plan de masse produite par des courants sont
présentées. L¹approche tient compte de phénomènes transitoires probants tels
que l¹effet pelliculaire et celui dû au confinement des lignes de courant aux
contacts, plus communément appelé effet de striction. La contribution apportée
par l¹inductance externe qui dépend de la géométrie et de la position relative
du conducteur de retour n¹est pas prise en considération ici. Des résultats
calculés sont présentés pour différentes valeurs de paramètres tels que les
dimensions du plan de masse et le type de variation temporelle du courant
perturbateur. En utilisant un simple modèle géométrique, des calculs montrent
que ces tensions induites peuvent provoquer des valeurs de tension non
négligeable lorsque les courants perturbateurs possèdent des temps de montée
relativement court.