Запропоновано принципи побудови, методи та засоби керування магнітоелектричними безконтактними системами малої потужності при обмеженому виборі вимірюваних координат для досягнення їх структурної мінімізації. Методи дослідження базуються на теоріях електромеханічних систем, електричних машин, автоматичного керування, електричних кіл, цифрової обробки сигналів, методах математичного та фізичного моделювання. Розвинуто наукові основи побудови структур систем керування безконтактними двигунами з постійними магнітами малої потужності шляхом обмеження кількості вимірюваних координат з урахуванням їх дискретного або неперервного характеру та формування відсутньої інформації для досягнення заданих цілей керування , що дає змогу забезпечити задані регулювальні параметри для мінізованих структур систем і реалізувати нові функції електромеханічних приладів. Основні результати роботи впроваджені на КБ «Геофізприлад» (м. Київ), ТОВ «Тригла» (м. Київ), НДІ ЕМП (м. Київ), НВФ «Елерон» (м. Київ), ГАО НАН України (м. Київ), НТТУ КПІ (м. Київ). Отримано значний техніко-економічний ефект, що полягає в створенні нових магнітоелектричних систем для ручних інструментів, медичних та геофізичних приладів, космічної техніки.

Проведено ретроспективний огляд підходів до розробки теорії та практичних структур електричних машин з триступеневим ротором (ЕМТР) в інституті електродинаміки НАН України. Перелічено застосування ЕМТР в системах спостереження, слідкування та стабілізації на рухомих об'єктах. Показано актуальність розробки таких машин. Відзначено недоліки класичної математичної моделі ЕМТР і обгрунтовано необхідність розробки уточненої математичної моделі у зв'язку з потребою в створенні нової техніки, появою нових матеріалів і електронних компонентів, а також зростанням обчислювальних можливостей. Описано дві основні відомі структури ЕМТР і перелічені переваги найбільш перспективної структури, обраної як базової. Для базової структури ЕМТР обгрунтовано та побудовано в середовищі "COMSOL Multiphysics" математичну модель статичного тривимірного магнітного поля ЕМТР і пов'язану з нею динамічну модель руху ротора. Зв'язок магнітостатичної задачі та задачі динаміки руху ротора забезпечено тим, що дані розрахованих моментних характеристик передаються у вигляді апроксимованих залежностей у динамічну задачу. В режимі вільного обертання без втрат обчислено залежності кута прецесії від часу, амплітуди та фази синусоїдального струму обмотки управління. Продемонстровано високу точність додержання напрямку прецесії ротора за умови задання відповідної фази струму обмотки управління. Досліджено вплив обмоток обертання на момент, створюваний обмоткою управління.

Розглянуто структуру електричної машини з ротором, що має три ступені свободи обертання (ЕМТР) і складається з зовнішнього та внутрішнього магнітопроводів, між якими в повітряному проміжку сферичної конфігурації розташовано m-фазну обмотку обертання та обмотку управління. Збудження магнітного поля в ЕМТР здійснюється за допомогою постійних магнітів, розташованих на зовнішньому магнітопроводі. Окреслено сферу застосування ЕМТР в системах стабілізації, спостереження та стеження, де ротор відіграє функцію гіростабілізуючого елементу. З огляду на структуру розглянутої ЕМТР обгрунтовано відсутність в конструкції впливу вихрових струмів і придатність математичної моделі статичного магнітного поля. Виконано розрахунок обертального моменту ЕМТР з дво- та трифазними обертальними обмотками за умов різного кута нахилу ротора відносно осі статора. Показано перевищення моменту обертання трифазної обмотки на 20 % у порівнянні з двофазною. Відмічено значний вплив обмотки управління на обертальний момент трифазної обмотки і приблизно однаковий вплив дво- та трифазної обмотки обертання на прецесійний момент за умов значної величини кута нахилу ротора.

Розглянуто дві структури електричних машин з трьома ступенями свободи обертального руху ротора - з зовнішнім та внутрішнім ротором, що утримується на внутрішньому кардановому підвісі. Для порівняльного аналізу обрано симетричну в трьох площинах магнітну систему і обгрунтовано такий вибір. Сформульовано обмеження, що дають змогу розглядати ротор як консервативну механічну систему, а також вважати магнітне поле в електричній машині магнітостатичним. Наведено математичні моделі обертального руху тіла з нерухомим центром мас, а також силової взаємодії магнітного поля постійного магніту, розташованого на роторі, та обмотки управління, розташованої на статорі. Проаналізовано особливості розподілу електромагнітних зусиль у обох структурах і показано більшу ефективність формування цих зусиль у структурі з внутрішнім ротором. Отримано вирази для складових електромагнітного моменту задля використання їх в інтерфейсі "COMSOL Multiphysics". Проаналізовано примусовий прецесійний рух для обох структур у випадку рівності радіусів обмоток управління і випадку однакових габаритів магнітних систем. Визначено, що структура із зовнішнім магнітопроводом здатна забезпечити на порядок меншу кутову швидкість прецесійного руху і, в той же час, настільки ж менший розмах нутації.