Запропоновано пристрій для автоматизації формування траєкторій під час експериментального дослідження електромеханічних систем. Траєкторії формуються за допомогою логічного програмованого контролера, що підключений до промислового перетворювача частоти. Представлено результати досліджень для різних типів траєкторій.

Розглянуто застосування екстремального енергоефективного керування для двох паралельно з'єднаних насосів. Один з насосів укомплектований частотно-керованим асинхронним електроприводом. Представлено опис алгоритму екстремального керування, його математичну модель та структурну схему системи.

Розглянуто питання підвищення енергоефективності системи керування двома послідовно з'єднаними насосами водопостачання. Один із насосів комплектується частотно-керованим асинхронним електроприводом. Приведено математичну модель енергоефективної системи керування та проведено її дослідження за допомогою методу математичного моделювання.

Висвітлено проблеми підвищення енергоефективності насосних установок за рахунок вдосконалення існуючих електромеханічних систем автоматичного керування насосами на основі частотно-керованих асинхронних електроприводів та застосування екстремального методу керування для різних типів з'єднань насосів. Одержано математичні моделі електромеханічних систем автоматизації багатоагрегатних насосних установок на основі нових алгоритмів керування та показано їх енергоефективність для різних типів з'єднань насосів. Для визначення к.к.д. насосу синтезовано оцінювач на базі нейронних мереж та каталожних характеристик. Одержано вираз для визначення такту квантування екстремального регулятора. Виведено умови збіжності екстремальних алгоритмів для послідовного та паралельного типу з'єднань насосів. Проведено математичне моделювання алгоритмів для різних варіантів з'єднань насосних агрегатів.

Для підвищення енергоефективності насосного комплексу з двома послідовно з'єднаними насосами запропоновано структурну схему системи з енергоефективним регулятором к. к. д. одного з насосів. На основі апроксимації каталожних характеристик насоса запропоновано вираз для визначення його к. к. д. Наведено результати дослідження системи за умов плавної зміни параметрів гідравлічної мережі.

Для повышения энергоэффективности насосного комплекса с двумя последовательно соединенными насосами представлена структурная схема системы с энергоэффективным регулятором к. п. д. одного из насосов. На основе аппроксимации каталожных характеристик насоса предложено выражение для определения его к. п. д. Представлены результаты исследования системы при плавном изменении параметров гидравлической сети.

To improve the efficiency of the pump set with two pumps connected in series the block diagram of the system with energy efficient regulator of the efficiency of a pump are presented. Based on the approximation of catalog characteristics of pump the expression to determine its efficiency is proposed. The results of the research by a smooth change of parameters of the hydraulic network are shown.

Представлено математичну модель 6-ти масової електромеханічної системи, яка описує рух стрічки конвеєра з багатодвигунним електроприводом. Наведено результати досліджень втрат енергії в електродвигунах магістрального стрічкового конвеєра з розташуванням двох приводних електродвигунів у головній і одного в хвостовій частинах при ступінчатій зміні моменту навантаження. Показано характер зміни показників енергетичної ефективності в залежності від завантаження стрічки конвеєра.

Проведено дослідження розподілу енергетичних втрат в електромеханічній системі магістрального стрічкового конвеєра за варіацій часу пуску з використанням замкненої системи керування та оптимального регулятора, з точки зору енергетичної ефективності, напруги, а також за різної інтенсивності розгону і коливання навантаження на тяговому органі.

Розглянуто питання забезпечення енергетичною ефективністю режимів роботи конвеєра при безперервній зміні реального вантажопотоку. Для стабілізації об'ємного завантаження тягового органу конвеєра використана схема замкнутої системи регулювання лінійної швидкості стрічки у функції вантажопотоку. Складено модель стрічки конвеєра з десятьма координатами стану, що характеризують кінематику переміщення п'яти апроксимуючих мас, та модель керованого асинхронного електропривода. Розроблено модель електромеханічної системи стрічкового конвеєра, яка надана у вигляді чотиримасової структурної схеми. Згідно з отриманими моделями, приведені дослідження енергетичних характеристик електромеханічної системи конвеєра для замкнутої системи регулювання, а саме, оцінка втрат і коефіцієнт корисної дії в електроприводі при постійній швидкості руху тягового органу й при плавній зміні навантаження, що викликане нерівномірністю надходження вантажу на конвеєр. При проведенні вказаних вище досліджень розглядалось два варіанти: з наявністю оптимального регулятора напруги, що дозволяє мінімізувати втрати, та без нього.

Показано актуальність дослідження змін енергетичних втрат в електромеханічній системі конвеєрів і в період їх завантаження до рівня об'ємної продуктивності, включаючи підвищення рівня їх енергоефективності, відповідно до аналізу вітчизняних і зарубіжних наукових і патентних джерел, пов'язаних з дослідженням режимів роботи безперервної транспортної системи з гнучким тяговим елементом. Розглянуто режим доставки вантажу на конвеєрну стрічку після досягнення його номінальної лінійної швидкості, тобто після перехідного процесу запуску конвеєра. Дослідження проводилося на основі моделі багатомоторного високопродуктивного конвеєра, в якому для зниження рівня середньої напруги гнучкого елемента в замкнутому контурі один з двигунів розміщений в хвостовій частині транспортного механізму. Беручи до уваги вимоги до проектування сучасних електроприводів, розглянуто варіант використання уніфікованих електроприводів з асинхронними електродвигунами однакової потужності. Наведено результати дослідження зміни енергії і ефективності в електромеханічній системі для двох найімовірніших варіантів завантаження стрічкового конвеєра. Розглянуто два варіанти розподілу втрат енергії, а саме: перший варіант - за відсутності регулятора напруги, який дозволяє мінімізувати втрати в електромеханічному перетворювачі, що виникають через зміни технологічних параметрів стрічкового конвеєра і другий варіант - з оптимальним регулятором напруги в структурі системи управління. Проведено відповідний аналіз розподілу втрат для обох варіантів і визначена доцільність використання закону управління енергією, оптимального для енергоефективності приводних елементів безперервних транспортних систем.

Розглянуто актуальну задачу проектування оцінювача технологічних параметрів насосної установки. Для технічної реалізації оцінювача використовується технологія нейронних мереж, яка дозволяє оцінювати значення інших координат на основі вимірюваних значень, в даному випадку, ефективності насоса. Для нейронної мережі використовуються експериментальні залучені масиви напору, ефективність та активне споживання потужності насосного агрегату. Цей підхід може бути застосований в системах, де неможливо встановити відповідні датчики без вторгнення в мережу. Враховуючи вибір типу нейронної мережі та її параметри, математичний опис оцінки для її реалізації використано на платформі розробника Altera DE1-SoC, оснащеного програмованими полями логічного пристрою сімейства Cyclone V і процесором Nios II. Експериментальне дослідження проведено на лабораторному стенді, який складався з насосної установки потужністю 0,33 кВт, системи водопостачання та векторного перетворювача частот Lenze 8200, що працює в режимі управління частотою, для перевірки характеристик розробленого оцінювача. Експерименти проводилися для різних робочих точок насоса та за різних навантажень. Експериментально отримані характеристики порівнювалися з розрахунковою ефективністю та ефективністю, яка оцінювалася нейронною мережею. Аналіз даних показав, що використання нейронної мережі для оцінки ефективності надає максимальне відхилення оцінюваних значень в порівнянні з характеристиками каталогів не перевищує 3 %, що є прийнятним. Доцільно використовувати точніші датчики і тренувати нейронну мережу в динамічних режимах, щоб зменшити похибку. Цей підхід зменшує кількість вимірюваних величин для систем управління проектами технологічних узгоджень і реалізує енергозберігаючі алгоритми керування турбомеханізмами там, де реалізація до відповідних вимірювань недозволена або неможлива.

Досліджено замкнуту систему керування багатодвигунного стрічкового конвеєра при використанні оптимального за енергетичною ефективністю регулятора напруги. Розроблено модель електромеханічної системи багатодвигунного стрічкового конвеєра з використанням замкнутої системи керування, яка дозволяє проводити дослідження для різних режимів роботи. Проведено аналіз впливу оптимального закону керування на характер коливальних процесів у пружнов'язкій системі несучого елементу конвеєра. Розглянуто розподіл коливань при пуску стрічкового конвеєра у вантажній і холостій ділянках для трьох варіантів розміщення електродвигунів уздовж траси транспортної системи, а саме: два двигуни в головній частині й один у хвостовій, розташування одного двигуна в головній і одного у хвостовій частинах, розміщення двох двигунів у головній частині та при різних значеннях інтенсивності пуску конвеєра. Проведено математичне моделювання запропонованих варіантів, яке показало зменшення рівня перерегулювання за швидкістю на різних ділянках конвеєра при використанні оптимального регулятора напруги. Отримані результати рекомендуються до використання при проектуванні нових і реконструкції діючих високопродуктивних магістральних конвеєрів.

Розроблено й експериментально досліджено оцінювач на базі штучної нейронної мережі, який визначає коефіцієнт корисної дії насосної установки залежно від розташування робочої точки.

Виконано моделювання та аналіз усталених і перехідних процесів у трифазних електричних колах з напівпровідниковими перетворювачами, що використовують дев'ятизонне регулювання напруги на електро-технологічному навантаженні, представленому активно-індуктивним опором. Моделювання проведено з використанням методу багатопараметричних функцій, що дозволило спростити складання алгоритмічних рівнянь для аналізу електромагнітних процесів у перетворювачах, в електричних колах яких може бути більше двох незалежних реактивних елементів. Без урахування втрат електроенергії в напівпровідникових комутаторах перетворювачів показано особливості використання фазних напруг мережі електроживлення для реалізації дев'ятизонного регулювання їхньої вихідної напруги. Наведено графіки, що відображають особливості регулювання такої напруги на електротехнологічному навантаженні.

Інформація про явище змочування важлива в різних аспектах науки про поверхню. Одним з маркерів, який зазвичай використовується для опису характеристик змочування, є контактний кут змочування. Оцінка величини контактного кута змочування на макромасштабі є складною проблемою через гістерезис між відступаючим та наступаючим контактними кутами. У той же час, ситуація значно складніша для наноскопічної краплини через відчутну товщину міжфазного регіону, що призводить до неоднозначності у виборі поверхні поділу, та як наслідок, до неоднозначності визначення контактного кута. У даній роботі змодельовано за методами молекулярної динаміки краплину циліндричної форми та шар рідини аргону, виміряно їх мапи густини та мапи компонент тензора напружень. На основі аналізу цих мап, у межах підходу Гіббса, визначено положення еквімолярних поверхонь і поверхонь натягу на межі рідина - газ та рідина - тверде тіло. Для циліндричної нанокраплини оцінено рівноважні контактні кути змочування, що утворені відповідними поверхнями поділу. Виміряні кути відрізняються більше ніж на 10 %.

Проведено порівняльний аналіз результатів дослідження системи стабілізації тиску послідовно з'єднаних насосів з класичним математичним описом та віртуальної фізичної моделі виконаної в пакеті SimHydraulics.

До систем безперервного транспорту, в тому числі й канатним конвеєрам, що призначені для переміщення людей та вантажів, пред'являються досить жорсткі вимоги щодо безпеки та енергетичної ефективності їхньої роботи. Зазвичай підвісні канатні дороги, що експлуатуються, мають нерегульований електропривод із системою плавного пуску. Серед шляхів забезпечення вказаних вимог є використання сучасних регульованих електроприводів. Розглянуто електромеханічну систему з векторно-керованим асинхронним електродвигуном. На основі отриманої моделі в межах пакета прикладних програм MATLAB/Simulink проведено дослідження динамічних характеристик електропривода підвісної канатної дороги. Надано аналіз характеру розподілу динамічної похибки за швидкістю руху та втрат потужності залежно від навантаження та швидкості переміщення канатного тягового елемента транспортної системи. Наведені результати надають змогу обирати раціональні електроприводи для систем безперервного транспорту з канатними тяговими елементами.

Існує ряд установок і технологічних процесів, рух в яких здійснюється за рахунок зовнішнього джерела енергії, а електрична машина, не будучи основним джерелом руху, постійно або періодично перебуває в режимі генераторного електричного гальмування для забезпечення потрібних характеристики робочого процесу. Завдання даного дослідження полягає в розширенні функціональних можливостей генератора і двигуна в режимі електричного гальмування. Поставлена задача вирішується за рахунок регулювання координат електричної машини в генераторному режимі. Особливістю запропонованого способу управління є те, що одна або кілька координат генератора або двигуна в режимі електричного гальмування примусово задаються зовнішнім джерелом енергії, а метою узгодженого регулювання інших координат електричної машини є забезпечення заданого закону перетворення механічної енергії в електричну або алгоритму руху виконавчого органу робочої машини. Наведено приклад синтезу алгоритму управління регульованим електроприводом на основі принципу узгодженого регулювання координат. У прикладі розглядається обернений режим роботи насосної установки гідроакумулюючої електростанції. За критерієм незмінності потужності генерації в умовах зміни рівня рідини синтезований алгоритм частотного управління асинхронної машиною, який реалізується шляхом регулювання розрахункової швидкості холостого ходу двигуна, ротор якого обертається зовнішнім джерелом руху зі швидкістю, яка в загальному випадку може змінюватися за довільним законом. Завданням алгоритму управління є підтримка постійної потужності генерації енергії, незалежно від фактичної швидкості обертання ротора. Поєднання функцій генератора і електродвигуна в єдиному функціональному комплексі забезпечує енергозбереження та поліпшення якісних характеристики технологічних процесів і установок з регульованими електромеханічними системами.

Сформульована мета роботи та задача дослідження особливостей використання конвеєрів з гнучким тяговим елементом в сучасних системах автоматизованої металообробки. Подано технологічну схему металообробного комплексу, який виконує операції без втручання людини. Показано актуальність використання конвеєрів в процесах, де вимагається точне відпрацювання у разі штучного переміщення вантажу. З використанням пакету прикладних програм MatLab Simulink досліджено модель електромеханічної системи конвеєра з векторно-керованим асинхронним електродвигуном. Виконано дослідження статичних та динамічних характеристик транспортного конвеєра комплексу металообробки. На основі аналізу статичних та динамічних режимів роботи конвеєра, побудовано діаграму навантаження привода, проведено дослідження характеру зміни амплітуди максимальної похибки за штучного змінення статичного моменту. Зазначено, що внаслідок послідовного оброблення заготовок деталей на лінії їх вага зменшується, що зумовлює зменшення максимальної похибки за швидкістю тягового елемента. За допомогою отриманих результатів виконано дослідження поведінки системи для двох випадків - з максимальною та мінімальною продуктивністю лінії. За отриманими залежностями визначено, що система залишається стійкою за наявності високочастотної зміни штучного навантаження. Встановлено, що у випадку високої продуктивності транспортна система працює стійко, параметри її не виходять за межі встановлених вимог (максимальна динамічна похибка не перевищує 3 % від номінальної швидкості транспортного механізму), і тому використання конвеєра з векторним керуванням в автоматизованій лінії металообробки є доцільним. Отримані результати дозволили рекомендувати в проектуванні автоматизованих ліній металообробки використання стрічкових конвеєрів з векторно-керованими асинхронними електродвигунами для транспортування деталей і заготовок.

Проведено аналіз режимів роботи системи водопостачання житлового будинку, визначені принципи побудови насосних агрегатів. Розглянуто каскадну схему насосної установки з паралельним вмиканням двох відцентрових насосів половинної потужності, один з яких регульований, інший має тільки систему плавного пуску. Оскільки графік споживання води нерівномірний упродовж доби та сезону року, то виникає завдання забезпечення максимально ефективного виконання цього графіка з урахуванням коефіцієнта нерівномірності. Розроблено три типи графіків добового споживання, відповідно, для літнього, весняного та зимового періодів року. Запропонована функціональна схема електромеханічної системи двокаскадної насосної установки, яка забезпечує стабілізацію напору. Це дозволяє знизити вірогідність виникнення досить великих динамічних збурень гідравлічної мережі та виключити можливість виходу з ладу запірної арматури та розгерметизацію системи водопостачання житлового будинку. Забезпечено підтримання напору гідромережі на заданому рівні. За допомогою бібліотеки SimHydraulics пакета прикладних програм MatLab розроблено модель для дослідження динамічних та статичних режимів роботи каскадної насосної установки. Ця модель дозволяє з високою точністю врахувати характеристики елементів гідромережі (згини, діаметри та довжину трубопроводів, запірну арматуру та ін.) та отримати реальну характеристику зміни її опору в процесі регулювання продуктивності насосної системи. Проаналізовано результати дослідження рівня відпрацювання максимальної динамічної похибки по напору, спричинену зміненням рівня споживання води протягом доби та пори року. На основі результатів дослідження енергетичних характеристик електромеханічної системи насосного агрегату, з використанням системи стабілізації напору гідравлічної мережі, проаналізовано характер зміни активної і механічної потужності, визначено рівень втрат енергії в статичних режимах роботи. Визначено доцільність використання каскадної схеми насосної установки за наявності системи стабілізації тиску та моделі з урахуванням точних характеристик гідравлічної мережі.

Висвітлено встановлення фізичних закономірностей явищ, які виникають у міжфазній області, пояснено механізм їхнього впливу на нанорозмірну систему в цілому, та досліджено змочування твердої підкладки нанорозмірною краплиною рідини, зокрема. Встановлено особливості розмірної та температурної залежності поверхневого натягу краплин і бульбашок циліндричної та сферичної форми. Досліджено вплив розмірної залежності поверхневого та лінійного натягів на форму поверхні малої краплини та на її рівноважний контактний кут змочування. Запропоновано ефективний метод визначення параметрів потенціалу взаємодії між атомами різного сорту (рідкої краплини та твердої підкладки) на основі експериментального значення кута змочування. Встановлено закономірності впливу зворотної адсорбції на форму та розмір нанокраплин. Дослідження проведено з використанням методу молекулярної динаміки та з доповненими математичними моделями, які грунтуються на феноменологічних уявленнях в рамках класичної термодинаміки із застосуванням теорії однорідних функцій Ейлера, тензорного числення та варіаційних методів математичної фізики, як математичного апарату, для коректного формулювання та вирішення поставлених задач. Отримано залежність поверхневого натягу сферичної та циліндричної поверхонь від їхнього радіуса кривизни та від температури у загальному вигляді в рамках підходу Гіббса-Толмена. Оцінено поправку Толмена, яка характеризує розмірну залежність поверхневого натягу на основі термічного рівняння стану. Встановлено, що для води величина поправки Толмена у випадку циліндричної поверхні відрізняється від поправки Толмена для сферичної поверхні на 4 % за кімнатної температури. Показано, що поверхневий натяг води для випадку краплини збільшується зі зменшенням її розміру на відміну від бульбашок, для яких поверхневий натяг зменшується зі зменшенням розміру бульбашок. Крім того встановлено, що швидкість зміни поверхневого натягу відрізняється для краплин і бульбашок. Показано, що у випадку “сидячої циліндричної краплини” (у формі циліндричного сегмента) мінімізується вплив лінійного натягу та розмірної залежності поверхневого натягу у порівняні зі “сидячою сферичною краплиною” (у формі сферичного сегмента) на основі молекулярно-динамічного моделювання краплини води на кремнієвій підкладці. Це надало змогу більш ефективно визначати параметри потенціалу взаємодії між атомами різного сорту рідкої краплини та твердої підкладки на основі експериментального значення кута змочування.