EIRNUZP – Електронний інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка»
Інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка» – це електронний архів, що накопичує, систематизує, зберігає та забезпечує довготривалий відкритий доступ до електронних публікацій та електронних версій документів наукового та навчально-методичного призначення, авторами яких є співробітники, аспіранти, докторанти та студенти Національного університету «Запорізька політехніка».
Communities in DSpace
Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
Enhancement of mathematical models for AC electromechanical converters
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Hizenko, M. D.; Lukash, D. V.; Shved, A. S.; Гізенко, М. Д.; Лукаш, Д. В.; Швед, А. С.
EN: Purpose. Development of mathematical models of electromechanical AC converters invariant to the speed of rotation of the coordinate system using as state variables of electromechanical converters the modules of the resulting vectors of three-phase variables and their phase shifts relative to each other for the development of new structures of automated asynchronous electric drives.
Methodology. Mathematical modeling methods for electromechanical systems, numerical methods for solving systems of first-order differential equations for the development of mathematical models of AC electromechanical converters invariant to the rotational speed of the coordinate system.
Findings. The reviewed mathematical models of electromechanical converters made it possible to reproduce their steady-state and dynamic processes with the same accuracy as models in Cartesian coordinates. The use of phase shifts of the resulting vectors relative to each other as state variables for the electromechanical converter allowed for the derivation of mathematical models in which all variables are limited in magnitude and have constant values in the steady-state mode, regardless of the coordinate system's rotational speed. Studies performed using the proposed models indicate that the vector and circular diagrams, which are traditionally used for analyzing the steady-state modes of electromechanical converters, characterize the angular position of some vector variables with an accuracy of a multiple of 2πK.
Originality. The proposed mathematical model of AC electromechanical converters is invariant to the rotational speed of the coordinate system, which allows the use of the modules of the resulting vectors of three-phase variables and their phase shifts relative to each other as state variables of electromechanical converters.
Practical value. The proposed mathematical models make it possible to obtain the amplitude values of the vector variables, their angular position relative to one another, instantaneous cosφ values (and so on), without additional calculations.
UK: Мета роботи. Розробка математичних моделей електромеханічних перетворювачів змінного струму інваріантних до швидкості повороту системи координат з використанням в якості змінних стану електромеханічних перетворювачів модулів результуючих векторів трифазних змінних та їх фазових зрушень відносно один одного для розробки нових структур автоматизованих асинхронних електроприводів.
Методи дослідження. методи математичного моделювання електромеханічних систем, чисельні методи щодо вирішення системи диференційних рівнянь першого порядку для розробки математичних моделей електромеханічних перетворювачів змінного струму інваріантних до швидкості повороту системи координат.
Отримані результати. Розглянуті математичні моделі електромеханічних перетворювачів, які дозволили відтворювати усталені та динамічні процеси з тією ж точністю, що й моделі в декартових координатах.
Використання в якості змінних стану електромеханічного перетворювача фазових зрушень результативних векторів щодо один до одного дозволило отримати математичні моделі, в яких всі змінні обмежені за величиною і в усталеному режимі мають постійні значення незалежно від швидкості обертання координатної системи. Виконані за допомогою запропонованих моделей дослідження свідчать про те, що векторні та кругові діаграми, які використовуються для аналізу встановлених режимів електромеханічних перетворювачів, характеризують кутове положення деяких векторних змінних з точністю кратної 2πК.
Наукова новизна. Запропонована математична модель електромеханічних перетворювачів змінного струму інваріантних до швидкості повороту системи координат, яка дозволяє застосувати модулі результуючих векторів трифазних змінних та їх фазових зрушень відносно один одного в якості змінних стану електромеханічних перетворювачів.
Практична цінність. Запропоновані математичні моделі дозволяють без додаткових обчислень отримувати амплітудні значення векторних змінних, їх кутове положення щодо один одного, миттєві значення cosφ, тощо.
Оптимізація систем автоматичного керування електроприводом постійного струму із використанням нелінійних коригувальних пристроїв
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Савченко, О. В.; Шарейко, Д. Ю.; Білюк, І. С.; Мардзявко, В. А.; Savchenko, O. V.; Shareyko, D. U.; Biliuk, I. S.; Marziavko, V. А.
UK: Мета роботи. Метою даної роботи є дослідження нелінійного коригувального пристрою для системи автоматичного керування електроприводом постійного струму, який забезпечує наближення до оптимального режима роботи за критерієм швидкодії та точності, з одночасним визначенням умов стійкості й меж працездатності системи.
Методи дослідження. У роботі застосовано математичне моделювання, теорію оптимального керування на основі принципу мінімаксу, метод гармонічної лінеаризації для аналізу стійкості, а також чисельні методи для визначення оптимальних параметрів фазовипереджувальної ланки. Використано структурні схеми електроприводів постійного струму та моделі з релейними характеристиками, що дозволило дослідити вплив нелінійної корекції на динамічні властивості системи.
Отримані результати. У процесі дослідження побудовано структурну схему електропривода постійного струму з нелінійним регулятором, що включає фазовипереджувальну ланку та релейні елементи. Запропоновано методику апроксимації оптимального закону керування за принципом мінімаксу, що забезпечує мінімізацію відхилення від оптимального режиму у широкому діапазоні амплітуд вхідних впливів. Встановлено залежності між параметрами фазовипереджувальної ланки та величиною відхилення системної похибки, що дозволило сформулювати критерії вибору її часових сталих. Отримано аналітичні вирази для оцінки моменту перемикання сигналу, побудовано нормовані співвідношення між амплітудою та часом перемикання, які визначають якість процесу регулювання. Показано, що запропонований нелінійний коректор дозволяє скоротити час перехідного процесу та зменшити величину похибки без істотного збільшення перерегулювання. Проведений аналіз стійкості системи із застосуванням методу гармонічної лінеаризації дав змогу визначити критичні значення коефіцієнтів підсилення та частот автоколивань. Встановлено, що наявність нелінійного коректора суттєво впливає на динамічні характеристики і водночас звужує межі стійкості. Побудовані графіки критичного коефіцієнта підсилення та частоти автоколивань залежно від параметра нелінійної ланки дозволили чітко визначити області стійкої та нестійкої роботи електропривода постійного струму. Таким чином, результати підтверджують, що використання нелінійного коригувального пристрою забезпечує підвищення швидкодії системи та зменшення похибки, але потребує врахування компромісу між якістю регулювання та запасом стійкості.
Наукова новизна. У роботі обґрунтовано новий підхід до синтезу систем керування електроприводами по стійного струму на основі нелінійної динамічної корекції. Запропоновано застосування принципу мінімаксу для апроксимації оптимального закону керування та показано його ефективність у широкому діапазоні вхідних впливів. Вперше проведено комплексний аналіз взаємозв’язку між параметрами нелінійної ланки та межами стійкості системи.
Практична цінність. Результати роботи можуть бути використані при проектуванні електроприводів, які працюють у режимах із високими вимогами до швидкодії та точності регулювання. Запропоновані підходи сприяють створенню більш ефективних алгоритмів керування, що враховують компроміс між швидкодією, точністю та стійкістю системи.
EN: Purpose of the work. The purpose of this work is to study a nonlinear correction device for an automatic control system for a DC electric drive, which provides an approach to the optimal operating mode according to the criterion of speed and accuracy, while simultaneously determining the stability conditions and limits of the system's performance.
Research methods. The work uses mathematical modeling, the theory of optimal control based on the minimax principle, the harmonic linearization method for stability analysis, as well as numerical methods to determine the optimal parameters of the phase-leading link. Structural diagrams of DC electric drives and models with relay characteristics were used, which made it possible to study the influence of nonlinear correction on the dynamic properties of the system.
Results. In the process of research, a structural diagram of a DC electric drive with a nonlinear regulator, including a phase-leading link and relay elements, was constructed. A method for approximating the optimal control law using the minimax principle is proposed, which ensures minimization of deviations from the optimal regime in a wide range of input amplitudes. Dependencies between the parameters of the phase-leading link and the magnitude of the system error deviation are established, which made it possible to formulate criteria for selecting its time constants.
Analytical expressions for estimating the signal switching moment are obtained, the normalized relations between the amplitude and the switching time are constructed, which determine the quality of the control process. It is shown that the proposed nonlinear corrector allows to reduce the time of the transient process and reduce the error magnitude without a significant increase in overshoot. The analysis of the system stability using the harmonic linearization method made it possible to determine the critical values of the gain coefficients and self-oscillation frequencies. It is established that the presence of a nonlinear corrector significantly affects the dynamic characteristics and at the same time narrows the limits of stability. The constructed graphs of the critical gain and self-oscillation frequency depending on
the nonlinear link parameter allowed us to determine clearly the areas of stable and unstable operation of the DC electric drive. Thus, the results confirm that the use of a nonlinear correction device provides an increase in the system speed and a decrease in the error, but requires consideration of a compromise between the quality of regulation and the margin of stability.
Scientific novelty. The work substantiates a new approach to the synthesis of DC electric drive control systems based on nonlinear dynamic correction. The application of the minimax principle for approximating the optimal control law is proposed and its effectiveness in a wide range of input influences is shown. For the first time, a comprehensive analysis of the relationship between the parameters of the nonlinear link and the system stability limits is carried out.
Practical value. The results of the work can be used in the design of electric drives operating in modes with high requirements for speed and regulation accuracy. The proposed approaches contribute to the creation of more effective control algorithms that take into account the trade-off between speed, accuracy, and system stability.
PI regulator for speed control of separately excited DC motor supplying from dual buck converter
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Tawfeeq, Omar T.; Alattar, Myasar S.; Тауфик, Oмар T.; Алаттар, М'ясар C.
EN: Purpose. The primary objective of this revision is to adjust the speed and overall performance of a separately excited direct current motor by implementing a traditional controller route that incorporates a Proportional-Integral (PI) controller. The objective of the present scheme is to verify the precise functionality of the motor by means of the dynamic regulation of the two input currents, which are sourced from two separate direct current (DC) power supplies. The objective of the present study is to apply the PI controller to achieve stable and effective performance, especially under variable load conditions, thereby reducing oscillations in speed and enhancing the motor's response to dynamic vagaries.
This tactic has been demonstrated to enhance the motor's flexibility, rendering it particularly well-suited for scenarios that demand high-precision motion control. The research demonstrates the efficacy of the PI controller in preserving optimal operational parameters, thereby enhancing energy efficiency and system dependability.
Methodology. The design methodology of the Proportional-Integral (PI) controller is based on exact principles, with the aim of improving motor operation by defining the model controller parameters. This method guarantees the optimal system performance by means of successful adjustment of current inputs, with the objective of minimizing fluctuations and enhancing response stability. The tuning procedure involves the selection of appropriate proportional and integral gains, with a view to maintaining a balance between speed control and dynamic flexibility. The efficacy of the PI controller is enhanced by systematic parameter optimization, resulting in improved efficiency, reduced steady-state error, and enhanced transient response. Consequently, the controller is well-suited for applications that demand precise motor control.
Findings. The PI controller design increases separately the excited dc motor stability and regulates its speed.
Originality. This research introduces a modified control routine for a dual buck DC-DC converter, whereby one converter supplies power to the armature motor circuit, while the second provides power to the flux circuit. The originality of the work lies in the application of a devoted control system on the second converter, which has been built to adjust the flux current. It is evident that by controlling the flux current, the controller enhances the magnetic field stability.
UK: Мета роботи. Метою роботи є розробка алгоритму регулювання швидкості та загальної продуктивності двигуна постійного струму з окремим збудженням, шляхом реалізації традиційного способу керування, який включає пропорційно-інтегральний (ПІ) контролер.
Методи дослідження. Методи комьютерного моделювання з застосуванням програмного забеспечення MatLAB.
Отримані результати. Методологія проектування пропорційно-інтегрального (ПІ) контролера побудована на точних принципах покращення роботи двигуна шляхом визначення параметрів моделі контролера. Цей метод гарантує, що система забезпечує найкращу продуктивність, успішно регулюючи струмові вхідні сигнали, мінімізуючи коливання та підвищуючи стабільність реакції. Процедура налаштування включає вибір відповідних пропорційних та інтегральних коефіцієнтів підсилення для підтримки балансу між керуванням швидкістю та динамічною гнучкістю. Завдяки систематичній оптимізації параметрів, ПІ-контролер підвищує ефективність, зменшує похибку стаціонарного режиму та покращує перехідну характеристику, що робить його придатним для застосувань, що потребують точного керування двигуном.
Наукова новизна. Наукова новизна роботи полягає у застосуванні спеціалізованої системи керування на другому перетворювачі, спеціально розробленої для регулювання струму магнітного потоку. Керуючи струмом магнітного потоку, контролер підвищує стабільність магнітного поля.
Практична цінність. Завдяки систематичній оптимізації параметрів, ПІ-контролер підвищує ефективність, зменшує похибку стаціонарного режиму та покращує перехідну характеристику, що робить його придатним для застосувань, що потребують точного керування двигуном.
Методика моделювання сталого теплового режиму струмопровідних систем електричних та електронних апаратів
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Близняков, Олександр Вікторович; Зіновкін, Володимир Васильович; Blyznіakov, O. V.; Zinovkin, V. V.
UK: Мета роботи. Розробити методику побудови моделей стаціонарного теплового режиму струмопровідних систем електричних апаратів, а також пристроїв силової електроніки та перетворювальної техніки.
Методи дослідження. Розробка методики проведена з використанням методів аналізу та синтезу струмоведучих систем апаратів, а також класичних методів вирішення диференційних рівнянь.
Отримані результати. Аналіз структури струмоведучих систем реальних електричних та електронних апаратів показав, що вони містять певний набір характерних струмоведучих елементів, а саме: провідники з постійним поперечним перерізом (стрижні певної довжини або напівбезкінечні); контакти різних типів, силові напівпровідникові прилади. Ці елементи мають певну математичну модель, яка встановлює їх граничні параметри: температури та теплові потоки у стаціонарному тепловому режимі. Використовуючи властивість безперервності температурного поля є можливість побудувати математичну модель струмоведучої системи досить складної структури, яка містить вказані вище струмоведучі елементи. Надано приклад побудування теплової моделі контактної системи вибірника пристрою регулювання напруги трансформатора.
Наукова новизна. Розроблено методику побудови математичних моделей стаціонарного теплового режиму струмопровідних систем апаратів, які містять різні струмопровідні елементи: провідники, контакти та силові напівпровідникові прилади.
Практична цінність. Запропонована методика дозволяє побудувати математичну модель струмопровідної системи апарата, яка, у свою чергу, дає можливість визначити її стаціонарний тепловий режим з урахуванням конфігурації системи.
EN: Methodology for modeling steady state thermal behavior of current-carrying systems of electrical and electronic apparatus
Purpose. Develop a procedure for constructing models of the stationary thermal behavior of current-carrying systems of electrical and power electronic apparatus.
Methodology. The development of the procedure was carried out using methods of analysis and synthesis of current-carrying systems of apparatus, as well as classical methods to solve differential equations.
Findings. Structural analysis of the current-carrying systems of real electrical and power electronic apparatus has shown that they contain a certain set of typical current-carrying components, namely, conductors of invariable crosssectional area (rods of a certain length or semi-infinite ones); contacts of various types, power semiconductor devices.
These components have a certain mathematical model that establishes their boundary parameters: temperatures and heat flows in a stationary thermal behavior. Using the property of temperature field continuity, it is possible to construct a mathematical model of a current-carrying system of a rather complex structure, which contains the foregoing current-carrying components.
Originality. A methodology has been developed for constructing mathematical models of the stationary thermal behavior of current-carrying systems of apparatus that contain various current-carrying components: conductors, contacts, and power semiconductor devices.
Practical value. The proposed methodology enables us to construct a mathematical model of the current-carrying system of the apparatus, which, in turn, makes it possible to determine its stationary thermal behavior with consideration of the system configuration.
Програма навчальної дисципліни “Програмна обробка в САМ системах”. Освітні програми: Металорізальні верстати та системи (G11.01 Верстати та інструменти). Першого рівня вищої освіти. Спеціальності – G11 Машинобудування (за спеціалізаціями)
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2025) Танченко, Сергій Віталійович; Tanchenko, Serhii; Фролов, Михайло Володимирович; Frolov, Mykhaylo
UK: Наведено Програма навчальної дисципліни “Програмна обробка в САМ системах”
EN: Presented is Curriculum for the academic discipline “Programming in САМ systems”