Білецький Ю. О. Розвиток методів синтезу нелінійних електротехнічних систем на енергетичній основі

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора наук

Державний реєстраційний номер

0525U000252

Облікова картка дисертації

0525U000252.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 05.09.03 - Електротехнічні комплекси та системи

09-05-2025

Спеціалізована вчена рада

Д 35.052.02

Національний університет "Львівська політехніка"

Анотація

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної наукової-технічної проблеми розвитку методів синтезу керування нелінійними електротехнічними системами на енергетичній основі і поєднанню їх в комплексний підхід, що охоплює математичне моделювання систем, їх динамічний синтез, оптимізацію енергоперетворень в усталених режимах та комп’ютерне моделювання. Запропоновано процедури синтезу систем енергоформуючого керування (СЕФК), які дають змогу передавати керуючі впливи на бажані фізично неконтрольовані координати стану через контрольовані контури системи, і, таким чином, розширити можливості керування в СЕФК. Розроблено комп’ютерну програму для їх реалізації до різних об’єктів. Запропонована процедура синтезу СЕФК з корекцією сигналів дає змогу синтезувати СЕФК із широкими можливостями регулювання, високими статичними і динамічними характеристиками, стабільною роботою керованих систем для широкого діапазону завдань робочих координат стану та простою імплементацією. Розроблено метод параметричного синтезу СЕФК для лінійних та нелінійних систем на основі теорії оптимального керування та модифікованого рівняння Ріккаті, що дає можливість знайти структуру та параметри матриць демпфування та взаємозв'язків виходячи з обраного критерію оптимальності. Розвинуто в напрямку застосування до нелінійних систем підхід лінійної термодинаміки нерівноважних процесів (ТДНП), а саме метод універсального опису об’єктів як перетворювачів потужності (ПП), для аналізу енергетичних процесів та покращення їх ефективності в ЕТС, зокрема до тих, які включають підсистеми різної природи. Для синхронної машини з постійними магнітами (СМПМ) з урахуванням втрат в сталі одержано її математичну модель як множину універсальних ПП для кожної робочої точки машини та сформовано карти її енергетичної ефективності, які можна використовувати як стратегію керування під час синтезу СЕФК. Вперше описано та проаналізовано вітроенергоустановку (ВЕУ) у вигляді вітротурбіни та синхронного генератора з постійними магнітами як двох каскадно з’єднаних множин ПП. Це дало змогу виявити нові аспекти енергетики цієї системи та її елементів, а також шляхи підвищення її ефективності. Моделювання та дослідження сонячної установки для помпування води (СУПВ) з відцентровою помпою (ВП) показали доцільність зміни проєктного для конкретної СУПВ значення продуктивності ВП у сторону збільшення з метою підвищення енергетичної ефективності роботи ВП та розширення діапазону робочих значень інтенсивності сонячної радіації. Для SISO систем зі складною нелінійною динамікою, до яких застосовується СЕФК, представлений метод опису систем як універсальних ПП на основі лінійної ТДНП дає змогу отримати оптимальні координати та сформувати стратегію енергетичного менеджменту. Крім цього, за принципом СЕФК ефективно реалізовуються необхідні стратегії керування нелінійними та мультифізичними системами, зокрема МІSO та MIMO, низка яких розглянута і досліджена в роботі. Для нелінійної ЕТС на базі ДПС незалежного збудження з двозонним регулюванням швидкості розроблено СЕФК згідно запропонованої процедури синтезу з корекцією сигналів завдання. На основі розробленого методу запропоновано та досліджено, зокрема експериментально, різні варіанти СЕФК для гібридних акумуляторно-суперконденсатоних систем нагромадження енергії (ГСНЕ) різної конфігурації для сонячної енергоустановки та електромобіля, які забезпечують задану стратегію керування. Отримані СЕФК подовжують роботу акумуляторної батареї завдяки зменшенню динаміки зміни струму та його обмеженню. Розроблено також СЕФК що може працювати в широкому діапазоні навантажень завдяки ковзному перемиканню синтезованих регуляторів, які мають різну структуру, відповідно до потреби обмеження струму. Вперше розроблено СФЕК для ГСНЕ з багаторівневим модулем суперконденсаторів (СК), інтегрованим з каскадним DC-DC перетворювачем, що дає змогу реалізувати стратегії енергетичного менеджменту і водночас потребує у вісім разів менше параметрів для налаштування порівняно з існуючими системами, побудованими за класичними підходами. Розроблено СЕФК для енергозберігаючої СУПВ з додатковими функціями накопичення виробленої електроенергії та живлення зовнішніх електричних споживачів, що забезпечується відповідною стратегією керування. Запропоновано пульсуючий режим роботи автономної СУПВ прямого привода з введенням в канал потоку енергії проміжного СК буфера, що забезпечує номінальне значення енергетичної ефективності роботи ВП за зміни в широких межах інтенсивності сонячної радіації. Запропоновано поєднати підхід до комп’ютерного моделювання за мето-дом макроенергетичного представлення (EMR), що дає змогу моделювати скла-дні мультифізичні системи, з СЕФК з метою покращення точності моделювання та керування.

Читати повністю

Публікації

● Biletskyi, Y., & Shchur, I. (2025). Efficiency improvement in standalone solar PV water pumping system by pulsating pump operation based on intermediate supercapacitor buffer. e-Prime - Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy, 11, 100913. (Scopus,Q2)

Shchur, I., Biletskyi, Y., & Kopchak, B. (2024). Efficiency Analysis and Optimization of Two-Speed-Region Operation of Permanent Magnet Synchronous Motor Taking into Account Iron Loss Based on Linear Non-Equilibrium Thermodynamics. Machines, 12(11), 826. (Scopus,Q2)

Shchur, I., Lis, M., & Biletskyi, Y. (2023). A non-equilibrium thermodynamic approach for analysis of power conversion efficiency in the wind energy system. Energies, 16(13). (Scopus,Q1)

Lozynskyy, A., Perzynski, T., Kozyra, J., Biletskyi, Y., & Kasha, L. (2021). The interconnection and damping assignment passivity-based control synthesis via the optimal control method for electric vehicle subsystems. Energies, 14(12). (Scopus,Q1)

Shchur, I., & Biletskyi, Y. (2021). Passivity-based control of water pumping system using BLDC motor drive fed by solar PV array with battery storage system. Energies, 14(23). (Scopus,Q1)

Білецький, Ю. (2024). Ефективності роботи сонячної водопомпової установки на основі термодинамічного аналізу перетворення енергії у відцентровій помпі. Electrical Power and Electromechanical Systems, 1(6), 11-24.

Biletskyi, R., Lozynskyy, O., Biletskyi, Y., & Tsyapa, V. (2021). Analysis of Lyapunov matrices’ application methods for optimization of stationary dynamic systems. Електроенергетичні та електромеханічні системи, 3(1), 1–7.

Shchur, I., Kuzyk, R., & Biletskyi, Y. (2021). Passivity-based control system for stand-alone hybrid electrogenerating complex. Applied Aspects of Information Technologies, 4(2), 140–152.

Lozynskyy, A., Demkiv, L., Lozynskyy, O., & Biletskyi, Y. (2020). Optimization of the electromechanical system by formation of a feedback matrix based on state variables. Електроенергетичні та електромеханічні системи, 2(1s), 18–26.

Lozynskyy, O., Biletskyi, Y., Lozynskyy, A., Moroz, V., & Kasha, L. (2020). Construction of open-loop electromechanical system fundamental matrix and its application for calculation of state variables transients. Energy Engineering and Control Systems, 6(2), 110–119.

Shchur, I., & Biletskyi, Y. (2020). Improved structure of passivity-based control of battery-supercapacitor hybrid energy storage system. Applied Aspects of Information Technologies, 3(4), 232–245.

Білецький, Ю. О., Кузик, Р. В., & Ломпарт, Ю. В. (2020). Синтез та аналіз системи енергоформуючого керування вітросонячною енергоустановкою з гібридною системою накопиченя енергії. Електроенергетичні та електромеханічні системи, 2(1), 8–17.

Shchur, I., Havdo, I., & Biletskyi, Y. (2020). Modeling of two-motor front-wheel drive control for electric vehicle with electronic differential based on energetic macroscopic representation. Energy Engineering and Control Systems, 6(1), 51–60.

Lozynskyy, O., Moroz, V., Biletskyi, R., & Biletskyi, Y. (2019). Analytical design of dynamic system regulators taking into account the effect of disturbing factors. Computational Problems of Electrical Engineering, 9(1), 21–26.

Щур, І. З., & Білецький, Ю. О. (2018). Енергоефективне пряме керування моментом у двозонному електроприводі електромобіля на базі синхронної машини з постійними магнітами. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Серія: Електроенергетичні та електромеханічні системи, 900, 57–66.

Білецький, Ю. О., & Білецький, Р. О. (2017). Енергоформуюче керування нелінійними системами на прикладі двозонного електроприводу постійного струму. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Серія: Електроенергетичні та електромеханічні системи, 870, 9–16.

Корендій, В. М., Білецький, Ю. О., Дмитерко, П. Р., & Фурдас, Ю. В. (2016). Обґрунтування розвитку та аналіз конструктивних особливостей горизонтально-осьових вітроустановок з лопатями вітрильного типу. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Серія “Динаміка, міцність та проектування машин і приладів, 838, 37–48.

Білецький, Ю. О. (2016). Системи енергоформуючого керування синхронною машиною з постійними магнітами як гамільтоновою системою з керованими портами. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Серія: Електроенергетичні та електромеханічні системи, 840, 3–9.

Щур, І. З., & Білецький, Ю. О. (2018). Енергоформуюче керування нелінійними електромеханічними системами з синхронними машинами на постійних магнітах: монографія. Львів: Видавництво Тараса Сороки, 172 с.

Shchur, I., Lozinskyi, A., Kopchak, B., Biletskyi, Y., & Shchur, V. (2018). Passive stall control systems of power limitation modes for vertical axis wind turbines (VAWT). Lecture Notes in Electrical Engineering, 452, 131–159.

Shchur, I., & Biletskyi, Y. (2020). Energetic microscopic representation (EMR) and passivity-based control of multi-input systems with non-linear coupled dynamics (PMSM control example). Proceedings of the 25th IEEE International Conference on Problems of Automated Electrodrive: Theory and Practice (PAEP), 1–6.

Kuzyk, R., & Biletskyi, Y. (2019). Energy-shaping control of the wind-solar power plant with a hybrid energy storage system. Proceedings of the 9th International Youth Science Forum "Litteris et Artibus", 80–85.

Shchur, I., & Biletskyi, Y. (2019). Passivity-based control of hybrid energy storage system with common battery and modular multilevel DC-DC converter-based supercapacitor packs. Computational Problems of Electrical Engineering: 20th International Conference, September 15–18, Slavske–Lviv, Ukraine.

Shchur, I., & Biletskyi, Y. (2018). Interconnection and damping assignment passivity-based control of semi-active and active battery/supercapacitor hybrid energy storage systems for stand-alone photovoltaic installations. Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering: Proceedings of the 14th International Conference, 210–214.

Lompart, Y., & Biletskyi, Y. (2018). Analysis of the feasibility of using an AC motor with new winding type for building electric vehicle. VІIІ Міжнародний молодіжний науковий форум "Litteris et Artibus" & 13-та Міжнародна конференція "Молоді вчені до викликів сучасної технології", 117–119.

Shchur, I., & Biletskyi, Y. (2018). Battery currents limitation in passivity-based controlled battery/supercapacitor hybrid energy storage system. Electronics and Nanotechnology (ELNANO): Proceedings of the 2018 IEEE 38th International Conference, 504–510.

Shchur, I., & Biletskyi, Y. (2018). Robust passivity-based controllers for fast output voltage regulated, non-ideal DC-DC boost converter in Hamiltonian representation. 2018 3rd IEEE International Conference on Intelligent Energy and Power Systems: Proceedings, 310–315.

Luchko, M., & Biletskyi, Y. (2018). Comparative analysis of different types of dynamic solar tracking systems. VІІІ Міжнародний молодіжний науковий форум "Litteris et Artibus" & 13-та Міжнародна конференція "Молоді вчені до викликів сучасної технології", 115–116.

Shchur, I., & Biletskyi, Y., Holovach, I. (2017). Improving of IDA-PBC systems by forming additional regulatory actions on directly uncontrollable system loops. First IEEE Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering UKRCON-2017: Proceedings, 504–507.

Biletskyi, R., & Biletskyi, Y. (2017). Nonlinearity compensation for two-zone energy-shaping control systems of DC drive. Litteris et Artibus: VІI International Youth Science Forum, 164–166.

Shchur, I., Biletskyi, Y., & Shchur, V. (2017). Energy efficient and simple control of stand-alone combine heat-power generation small wind turbine. First IEEE Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering UKRCON-2017: Proceedings, 483–488.

Biletskyi, R., & Biletskyi, Y. (2016). Control systems for DC motor as port-controlled Hamiltonian system. Litteris et Artibus: VI International Youth Science Forum, 197–198.

Biletskyi, Y. (2015). Control systems of permanent magnet synchronous machine as port-controlled Hamiltonian system. Litteris et Artibus: V International Youth Science Forum, 194–195.

Читати повністю

Файли

ScD_dis20_8_1S_Kor.pdf

autoreferat-2_arefbiletskyiyo.pdf

Схожі дисертації

0526U000182

Пєлєвін Дмитро Євгенович

Магнітне поле електромереж у житлових приміщеннях будинків та методи його зменшення до безпечного рівня

0426U000072

Боровик Роман Олексійович

Система компенсації ударних навантажень синхронних двигунів привода металургійних машин

0525U000144

Жук Дмитро Олександрович

Електроенергетичні системи суден з потужними напівпровідниковими пропульсивними комплексами

0424U000227

Савойський Олександр Юрійович

Електротехнологічний комплекс сушіння фруктової сировини з використанням прямого електронагріву та ультразвуку

0424U000141

Міщенко Владислав Юрійович

Підвищення ефективності споживання електроенергії руднотермічними печами