Дисертація присвячена вирішенню науково-технічного завдання розвитку систем керування на енергетичній основі складними електротехнічними комплексами в напрямку декомпозиції порт-гамільтонових систем, що описують роботу цих комплексів.
Зростаюче ускладнення електротехнічних комплексів ускладнює математичний опис таких систем, а нелінійність таких систем зумовлює складне завдання з синтезу стійких систем керування такими об’єктами. Тому, з огляду задач електротехніки та електромеханіки, актуальним є вивчення можливості застосування декомпозиції до порт-гамільтонових систем, які описують процеси в складних електротехнічних комплексах, з метою спрощення подальшого синтезу систем енергоформуючого керування.
Проведено аналіз літературних джерел за тематикою роботи. Здійснено огляд складних електротехнічних комплексів та їхніх складових. Розглянуто теоретичні засади щодо систем керування, що базуються на енергетичних підходах, їх методику та проблематику щодо синтезу систем керування складними електротехнічними комплексами. Здійснено аналіз існуючих методів декомпозиції складних нелінійних систем та можливості їхнього застосування до порт-гамільтонових систем (ПГС). Сформовано основі задачі дисертаційного дослідження.
Здійснено класифікацію перспективних способів декомпозиції ПГС, що описують на енергетичній основі роботу складних електротехнічних комплексів, на дві групи – структурна декомпозиція та режимна декомпозиція. У свою чергу, структурну декомпозицію розділено на каскадну, паралельну та комбіновану. Здійснено аналіз наведених способів декомпозиції, розглянуто особливості їх реалізації та обґрунтовано переваги і недоліки кожного з підходів. Для кожного із запропонованих способів наведено приклад його застосування до електротехнічного комплексу та визначено специфіку подальшого синтезу системи енергоформуючого керування (СЕФК).
Здійснено застосування структурної декомпозиції до ПГС складного автономного електротехнічного комплексу, який генерує електроенергію з відновлюваних джерел вітру і сонця та нагромаджує її в гібридній акумуляторно-суперконденсаторній системі зберігання енергії. Отримано математичну модель сьомого порядку для загальної ПГС комплексу та системи п’ятого та другого порядків для трьох порт-гамільтонових підсистем, на які декомпоновано загальну систему. Здійснено структурні синтези СЕФК загальною та декомпонованою системами, в результаті чого було отримано множини формувачів керуючих впливів (ФКВ). В середовищі Matlab/Simulink здійснено комп’ютерне моделювання досліджуваних комплексів із синтезованими СЕФК, знайдено кращі структури ФКВ та проведено їхній адаптивний параметричний синтез. Здійснено порівняльний аналіз роботи СЕФК загальної та декомпонованої систем, який показав практично однакову їх якість керування. Так, у розглянутій в розділі задачі структурна декомпозиція електрогенеруючого та енергонагромаджуючого комплексу з отриманням трьох СЕФК дала змогу зменшити кількість незалежних взаємозв’язків та демпфувань з 28 у СЕФК всім комплексом до 15 у найбільшій із СЕФК підсистем, на які декомпоновано загальну ПГС, що на 46% менше.
Здійснено застосування режимної декомпозиції ПГС електропривода транспортного засобу на базі двигуна постійного струму на основі двонапрямленого Zeta-SEPIC DC-DC перетворювача. Zeta DC-DC перетворювач забезпечував керування приводом в тяговому режимі роботи, а SEPIC DC-DC перетворювач – в гальмівному. В результаті застосування режимної декомпозиції було отримано ПГС двох підсистем, які працюють у вказаних режимах, для яких було реалізовано структурний синтез СЕФК. При цьому було розглянуто три ступені енергоформування – напруги якоря, струму якоря двигуна та його кутової швидкості. Для кожного з цих випадків здійснено параметричний синтез кращих ФКВ та адаптацію їх параметрів для забезпечення однакового рівня швидкодії системи за різних її станів. Проведене комп’ютерне моделювання та симулювання роботи досліджуваної системи електропривода в різних режимах роботи та показало ефективність застосування режимної декомпозиції.
Здійснено верифікацію теоретичних досліджень. Сконструйовано макетний взірець привода та розглянуто його складові: модуль акумуляторної батареї, DC-DC перетворювач та електромашинний комплекс. Здійснено реалізацію СЕФК з енергоформуванням струму якоря двигуна на базі мікроконтролера з застосуванням режимної декомпозиції.
