Дисертації (АЕМК)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Перегляд Дисертації (АЕМК) за Дата публікації
Зараз показуємо 1 - 5 з 5
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Частотно-регульований електропривод підвищеної радіаційної стійкості для вантажопідйомних машин сховища радіоактивних відходів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Мугенов, Даніїл Джалільович; Мазуренко, Леонід ІвановичМугенов Д.Д. Частотно-регульований електропривод підвищеної радіаційної стійкості для вантажопідйомних машин сховища радіоактивних відходів. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» (14 - Електрична інженерія). - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, Київ, 2023. В роботі здійснено аналіз проблемної області застосування частотнорегульованих електроприводів середньої потужності в умовах впливу іонізуючого випромінювання. Встановлено, що в 2020 році частка атомної енергетики в структурі загального первинного постачання енергоресурсів становила 23.2 %. Відповідно до «Енергетичної стратегії України на період до 2035 року» прогнозується, що частка атомної генерації в загальному обсязі виробництва електроенергії зростатиме, що неминуче призведе до збільшення кількості радіоактивних відходів. Для захоронення або довгострокового зберігання таких відходів застосовують спеціалізовані сховища радіоактивних відходів. В дисертаційній роботі розглядається приповерхневе сховище радіоактивних відходів комплексу виробництв «Вектор». Сховище має протяжність 120 метрів і для транспортування блоків із радіоактивними відходами в якості вантажопідйомної машини застосовується мостовий кран. Розглянуто структуру системи електроприводів мостового крану. Виявлено, що оператор здійснює керування із сусідньої будівлі за допомогою органів управління і системи відео спостереження. Силові агрегати електроприводів виконані за схемою перетворювач частоти - асинхронний двигун з короткозамкненим ротором і розташовуються безпосередньо на мості крану, а пристрої керування – в приміщенні управління. Для обміну інформацією між електроприводами на мосту крана і органами управління застосовується атмосферний оптичний канал зв’язку. В мостовому крані застосовуються частотно-регульовані електроприводи загальнопромислового виконання, тобто не вживаються жодні заходи і спеціальні технології для радіаційного захисту обладнання. Для врахування радіаційних ефектів обрано величину поглиненої дози іонізуючого випромінювання. Проведено огляд конструкції і матеріалів, з яких складається кожен з елементів електроприводу. Складові матеріали електроприводу поділено на категорії за функціоналом і проведено огляд впливу іонізуючого випромінювання на: матеріали, що виконують механічні функції; провідники; напівпровідники; діелектрики; магнітні матеріали; пасивні елементи електричних кіл. Виявлено, що напівпровідникові пристрої мають найменшу стійкість до іонізуючого випромінювання, зокрема деградація властивостей кремнію починається із поглиненої дози 1 крад, на відміну від діелектриків (1 Мрад) та конструкційної сталі (100 Мрад). В подальшому дослідження зорієнтовано на найслабкішій ланці системи, тобто на напівпровідникових приладах. Частотно-регульований електропривод підйому мостового крану сховища радіоактивних відходів містить перетворювач частоти із ланкою постійного струму. Розглянуто структуру силового напівпровідникового каналу частотнорегульованого електроприводу. Розкрито, що для перетворювачів частоти середньої потужності в якості ключів інвертора застосовують біполярні транзистори з ізольованим затвором. Оскільки дослідження радіаційних ефектів таких транзисторів в літературі не виявлено, прийнято рішення про застосування схеми заміщення біполярного транзистора з ізольованим затвором. Для дослідження радіаційних ефектів в біполярних транзисторах з ізольованим затвором обрано схему заміщення на основі елементів, радіаційні ефекти яких відомі. Проведено моделювання схеми заміщення біполярного транзистора з ізольованим затвором з метою встановлення її достовірності. Побудовані вольт-амперні і передаточні характеристики в достатній мірі збігаються із заводськими характеристиками прототипу. Розглянуто два типи драйверів управління силовими ключами інвертора – на основі польових (метал-діелектрик-напівпровідникових) і біполярних транзисторів. Побудовані електричні схеми заміщення силового напівпровідникового каналу перетворювача частоти із цими драйверами. Синтезовано і досліджено математичні моделі напівпровідникових силових каналів перетворювача частоти для врахування радіаційних ефектів. Для цього розглянуто радіаційні ефекти в окремих напівпровідникових елементах силового каналу перетворювача частоти: діодах, біполярних і польових (метал-діелектрик-напівпровідникових) транзисторах і оптронах. Записані рівняння електричної рівноваги для електричних схем заміщення силового напівпровідникового каналу перетворювача частоти із обома варіантами драйверів. Ці рівняння є математичною моделлю для розрахунку вихідної напруги перетворювача частоти середньої потужності від величини поглиненої дози. В процесі порівняння двох варіантів виявлено, що система із драйверами на основі біполярних транзисторів стійкіша за систему із драйверами на основі польових транзисторів: відмова перетворювача частоти з драйверами на біполярних транзисторах настає при поглиненій дозі більше 800 крад, в той час як система з польовими транзисторами драйверів виходить з ладу після 300 крад. Дослідження синтезованої моделі дозволило визначити напівпровідниковий пристрій в складі силового каналу перетворювача частоти, зміна параметрів якого найсуттєвіше впливає на роботу системи. Для вирішення цього питання в дійсній математичній моделі замість існуючих напівпровідникових пристроїв по черзі підставлялися ідеалізовані, тобто нечутливі до впливу радіації. Виявлено, що в системі із драйверами на основі біполярних транзисторів використання радіаційно нечутливого біполярного транзистора в складі БТІЗ забезпечує незмінну амплітуду вихідної напруги перетворювача частоти із зростанням дози до 800 крад, після чого настає функціональна відмова. З’ясовано, що радіаційна зміна параметрів оптрона найсуттєвіше впливає на роботу всієї системи. Оскільки атмосферний оптичний канал зв’язку – це, по суті, оптрон, випромінювач і фотоприймач якого віддалені один від одного в просторі на значну відстань (до 150 метрів), він потребує додаткового дослідження з врахуванням особливостей його архітектури, включення в схему електропривода і зміни довжини оптичного каналу викликаного пересуванням мосту. Розглянуто функціональну схему і технічні характеристики атмосферного оптичного каналу зв’язку. Як критерій якості передачі даних обрано коефіцієнт бітових помилок – відношення помилкових двійкових символів на виході системи, поділене на загальне число прийнятих двійкових символів, при довжині переданої двійковій послідовності, що прямує до нескінченності. Виконано аналіз факторів, що погіршують якість передачі інформації, до таких факторів відносяться: послаблення потужності отриманого приймачем сигналу внаслідок не безкінечно вузької діаграми спрямованості передатчика; шумові перешкоди передатчика, каналу і приймача; деградація викликана впливом іонізуючої радіації; природна деградація лазера; послаблення лазерного випромінювання в атмосфері. На основі структурної схеми атмосферного оптичного каналу зв’язку побудовано його імітаційну модель в середовищі MATLAB/Simulink. Синтезовану модель досліджено і на основі побудованої залежності коефіцієнта бітових помилок від відношення сигнал / шум встановлено її адекватність. Задля підвищення якості передачі в атмосферному оптичному каналі зв’язку запропоновано застосування штучної нейронної мережі в складі демодулятора. Такий демодулятор оперує векторами, а не миттєвими значеннями сигналів, що дозволяє достовірно класифікувати сигнал при низьких значеннях відношення сигнал / шум. Сформовано і оброблено навчальну вибірку для навчання штучної нейронної мережі. Виходячи із задачі класифікації обрано, навчено і протестовано дев’ять типів архітектур штучних нейронних мереж. Позитивного результату вдалося досягти лише з двома типами: прямого поширення із двома лініями затримки і радіально-базисної мережі. Ймовірнісна радіально базисна мережа показала найнижчий коефіцієнт бітових помилок при відношенні сигнал / шум від 0 до 0.7 дБ, проте велика кількість нейронів прихованого шару (583) потребувала значного часу моделювання, а у втіленні в апаратному забезпеченні потребуватиме великої обчислювальної потужності. Мережа прямого поширення із 24 нейронами прихованого шару і 2 лініями затримки входу показала найнижчий коефіцієнт бітових помилок при відношенні сигнал / шум більше за 0.7 дБ. На нижчих відношеннях сигнал / шум її крива співпадає із кривою штучної нейронної мережі із 25 нейронами і вони нижчі за криву демодулятора на основі компаратора. Наукова новизна полягає у наступному: − розроблено наукові підходи до оцінки радіаційної стійкості частотнорегульованого електроприводу вантажопідйомних машин сховища радіоактивних відходів шляхом визначення характеру впливу іонізуючого випромінювання на його структурні елементи, що дає змогу виявити такі з них, що потребують удосконалення або заміни; − отримали подальший розвиток математичні моделі силових напівпровідникових каналів перетворювача частоти стосовно використання біполярних і метал-діелектрик-напівпровідникових транзисторів у драйверах управління транзисторами інвертора шляхом врахування величини прямого падіння напруги на діоді, порогової напруги польових транзисторів, колекторного опору біполярних транзисторів та коефіцієнту передачі по струму в оптронах, що дозволяє оцінити вплив іонізуючого випромінювання на стійкість роботи таких напівпровідникових елементів; − шляхом математичного моделювання встановлено, що схема перетворювача частоти із драйверами на основі біполярних транзисторів стійкіша до впливу іонізуючого випромінювання та функціонує до дози 800 крад проти 250 крад у випадку драйвера на основі метал-діелектрик- напівпровідникових транзисторів, що дозволяє рекомендувати в умовах впливу радіації використовувати саме такі драйвери на основі біполярних транзисторів; − науково обґрунтовано особливості використання атмосферного оптичного каналу зв’язку в умовах впливу іонізуючої радіації шляхом його імітаційного моделювання в складі системи управління електроприводами мостового крану сховища радіоактивних відходів, що дає змогу максимізувати рівень якості передачі даних за умови невтручання у внутрішню структуру передатчика і приймача; − розвинуто науковий підхід до процедури демодуляції сигналів керування, що за допомогою атмосферного оптичного каналу зв’язку надходять від віддаленого пульта на вхід частотно-регульованого електроприводу вантажопідйомних машин сховища радіоактивних відходів, шляхом застосування штучної нейронної мережі, що дозволило знизити коефіцієнт бітових помилок на всьому діапазоні відношення сигнал шум. Практичне значення полягає в тому, що розроблено імітаційну модель силового напівпровідникового каналу перетворювача частоти із ланкою постійного струму в середовищі MATLAB/Simulink, яка дозволяє досліджувати вплив величини поглиненої дози на амплітуду вихідної напруги; розроблено технічне рішення підвищення якості передачі даних в атмосферному оптичному каналі зв’язку шляхом застосування штучної нейронної мережі в його демодуляторі; запропоновані рекомендації щодо підвищення радіаційної стійкості частотно-регульованого електроприводу і зниження коефіцієнту бітових помилок атмосферного оптичного каналу зв’язку при низьких значеннях відношення сигнал / шум.Документ Відкритий доступ Моделі та методи моніторингу енергоефективності регіонів України(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Докшина, Софія Юріївна; Розен, Віктор ПетровичДокшина С.Ю. Моделі та методи моніторингу енергоефективності регіонів України. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктор філософії за спеціальністю 141 –«Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» (14–Електрична інжерерія). – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Дисертаційне дослідження «Моделі та методи моніторингу енергоефективності регіонів України» присвячене актуальному науковому завданню підвищення рівня енергоефективності регіонів України шляхом розроблення моделей та методів моніторингу, задля забезпечення енергетичної та екологічної безпек країни. Для виконання аналізу було вибрано підсектор опалення сектору домогосподарств як найбільший споживач енергії серед інших секторів, та транспортний сектор як один із найбільших споживачів та забруднювачів CO2. Дисертаційне дослідження відповідає пріоритетному напрямку розвитку країни: «Енергетика та енергоефективність» (Технології розроблення та використання нових видів палива, відновлюваних і альтернативних джерел енергії та видів палива; Енергоефективність і енергозбереження, ринки енергоресурсів, Екологічно збалансована енергетична безпека) що затверджений постановою Кабінету міністрів України від 7 вересня 2011 р. № 942 «Про затвердження переліку пріоритетних тематичних напрямів наукових досліджень і науково-технічних розробок на період до 2023 року». Та виконувалось спільно з Університетом Лотарингії (Université de Lorraine), Франція, за програмою академічної мобільності ERASMUS+ KA107 у період з 03.04.2023 по 02.09.2023 р. У першому розділі розглянуто стан енергоефективності в Україні, досліджено методи що застосовані в Енергетичних стратегіях, виконано SWOTаналіз рівня енергоефективності регіонів України. Визначено мету та завдання дослідження. За оцінками моніторингово звіту індикаторів сталого розвитку в Україні 2021 року, навіть у період до масштабного вторгнення 2022 року, 7 з 14 цілей індикаторів сталого розвитку, що стосувались енергоефективності, не були досягнуті. Енергетична стратегія України змінювалась тричі впродовж 11 років, причому, у Першій та Другій стратегіях застосовувався підхід прогнозування попиту на енергоносії за трьома сценаріями економічного зростання (середньорічного зростання ВВП), у Третій стратегії застосовувався метод складання алгоритмів заради досягнення бажаних результатів. Ключовими орієнтирами у напрямку розвитку енергетики України є зниження імпортозалежності нафтопродуктів, газу та атомних продуктів, поліпшення екологічної ситуації, що можуть бути досягнуті шляхом впровадження енергоефективних заходів модернізації систем виробітку та розподілу енергії, будівель, Євроінтеграції та розвитку відновлювальних джерел енергії та альтернативних видів палива. Визначено позитивні та негативні чинники впливу на рівень енергоефективності України. Негативно на рівень енергоефективності України впливають наступні чинники: енергетичний чинник: енергоблоки атомних енергостанцій, водопровідні мережі, системи розподілу, та, особливо, споживання тепла знаходяться у незадовільному стані; екологічний чинник: рівень забруднення повітря станом на 2022 вважається підвищеним, економічний чинник: майже чверть ВВП в Україні перебуває в тіні, з початку воєнного вторгнення 24 лютого 2022 року, та станом на 1 вересня 2022 року, Україна понесла збитки у 127 млрд. доларів США, з яких на першому місці житлові будівлі, на другому інфраструктура, соціальний чинник: низька інформованість населення стосовно переваг енергоефективності, низький рівень життя населення байдужість населення. Позитивно на рівень енергоефективності впливають: проєкти з модернізації енергосистеми, розвиток енергосервісних компаній (ЕСКО), соціальні програми, програми міжнародної підтримки, розвиток ВДЕ та можливості отримання альтернативного виду палива. Разом з тим, найбільшу вагу у рівні енергоефективності відіграють чинники технологічного та стратегічного характеру, на другому місці виявились чинники екологічного та соціального характеру, вагомими, але без можливості вплинути на них є чинники економічного та непередбачуваного характеру. Мета. Підвищення рівня енергоефективності регіонів України шляхом розроблення регіональних моделей моніторингу. Актуальність. Тема спрямована на підвищення енергетичної безпеки України та вирішення задачі оцінювання енергоефективності регіонів України. Новизна теми полягає у розробленні моделі оцінювання енергоефективності регіонів України житлового та транспортного секторів, що надасть можливість виробити стратегії підвищення рівня енергоефективності регіонів України. Об'єкт: процес споживання тепло-, електро- енергії, газоспоживання та споживання моторних палив регіонами України. Предмет: індикатори енергоефективності регіонів та їх зв'язки, чинники впливу на енергоефективність, моделі оцінювання енергоефективності регіонів, технології підвищення енергоефективності, методи оцінки складних багатофакторних систем. Завдання: 1. Дослідити вимоги до індикаторів енергоефективності, світові індикатори енергоефективності та індикатори в Україні; 2. Дослідити методи оцінки складних багатофакторних систем; 3. Розробити алгоритм інтервального оцінювання індикаторів енергоефективності регіонів України; 4. Розробити алгоритм розрахунку споживання на опалення житлового сектору регіонів України; 5. Розробити алгоритм розрахунку споживання газу транспортного сектору регіонів України; 6. Виконати класифікацію житлового сектору регіонів України з використанням дискримінантного аналізу та аналізу головних компонент; 7. Виконати класифікацію транспортного сектору регіонів України з використанням дискримінантного аналізу та аналізу головних компонент; 8. Виконати порівняльний аналіз результатів класифікації житлового та транспортного секторів регіонів України; 9. Побудувати модель бенчмаркінгу регіонів України всередині кластерних груп; 10. Проаналізувати можливості застосування альтернативних технологій підвищення енергоефективності в Україні та шляхів їх оптимізації; 11. Розробити алгоритм та модель моніторингу енергоефективності регіонів України. У Розділі 2 виконано аналіз сучасних баз даних з енергоефективності. Встановлено, шо сучасні бази даних з енергоефективності та наведені стандарти відображають секторальний підхід до оцінювання енергоефективності за країнами. Поділ секторів за різними рівнями деталізації (на підсектори), розрахунок індикаторів та індексів енергоефективності, застосування методів коригування, наприклад, таких як кліматичні поправки, коригування за паритетом купівельної спроможності, підходи до вибору базового року для порівняння – дозволяють порівнювати рівні енергоефективності та обсяги серед країн на високому рівні. Для підвищення рівня енергоефективності окремої країни, ці методи можливо застосовувати на регіональному рівні з подальшим застосуванням бенчмаркінгу. Запровоновано для оцінювання рівня енергоефективності всередині країни, застосовувати методи оцінки складних багатофакторних систем, серед яких є методи кластеризації, метод головних компонент та дискримінантний аналіз. Для кластерного аналізу було вибрано два методи кластеризації із попереднім заданням кількості кластерів (кластеризація методом k-середніх та агломеративна кластеризація), та методи без попереднього задання кластерів такі як кластеризація за щільністю (DBSCAN) та афініативна кластеризація (affinity clustering). Класифікація споживачів енергії різними методами дозволить оцінити розбіжності за різними рівнями енергоефективності певного сектору та визначення кластерів, котрі потребують першочергових дій у енергоефективних заходах задля забезпечення сталого розвитку країни. Метод головних компонент дозволить зменшити розмірність даних за потреби задля підвищення якості кластеризації. Дискримінантний аналіз допоможе знайти ключові індикатори що впливають на рівень енергоефективності у заданому секторі. А подальший бенчмаркінг регіонів України дозволить додатково визначити рейтинг регіонів всередині кластерних груп. Сектор домогосподарств має найбільші перспективи у підвищенні рівня енергоефективності, оскільки історично складає третину споживання, а підсектор опалення споживає найбільше серед даних підсекторів сектору споживання (напр., охолодження, освітлення, гаряче водопостачання). Транспортний сектор є одним з найбільших забруднювачів повітря. Однак, дані підходи можуть застосовуватись і до інших секторів. У Розділі 3 побудовані інтервальні графіки індикаторів енергоефективності підсектору опалення сектору домогосподарств та транспортного сектору регіонів України, що дозволило оцінити динамічні зміни даних індикаторів у цих регіонах та виконати попереднє порівняння регіонів. Визначено найкращі моделі оцінювання для цих даних та вироблено стратегії розвитку кластерних груп регіонів України. Розроблено метод моніторингу енергоефективності та алгоритм оцінювання рівня енергоефективності на основі кластерної стабільності. Найкращим результатом кластеризації для підсектору опалення виявився метод к-середніх з включенням м. Київ та з наступними даними: Середня температура за опалювальний період, оС, Споживання природного газу на житло, м3/житло, Споживання електроенергії на житло, кВт/год, Споживання вугілля на житло, тис. т/ житло, Середньомісячна заробітна плата штатних працівників, грн; Валовий регіональний продукт на одну особу (у фактичних цінах), грн. Даний метод має кластерну нестабільність лише в одному регіоні. Однак, більшу інформативність несуть результати агломеративної кластеризації з кластерною нестабільністю у трьох регіонах. Тому опишемо стратегії розвитку за останнім згаданим аналізом. Для кластерних груп підсектору опаленя регіонів України доцільні наступні заходи: для кластеру 0 доцільно застосувати для даних регіонів заходи з модернізації центрального теплопостачання з переходом на роззосереджені джерела енергії та розглядом альтернативних джерел енергії (оскільки температура середня серед інших регіонів – можливий розгляд біогазових установок та вітрогенераторів); для кластеру 1 доцільно розглянути проектні рішення щодо переходу до роззосереджених джерел електричної енергії, оскільки температура найменша – доцільно встановлювати вітрогенератори у комбінації з водневими установками. Споживання газу відображає баланс між централізованим газопостачанням; для кластеру 2, що має регіони із сприятливим кліматом, варто розглянути проекти з опаленням від комбінованих установок з вітрогенераторами, сонячними панелями та водневими установками. Для всіх регіонів доцільно розглянути перехід від опалювальних установок з використанням газу до установок з використанням альтернативних видів палива (як паливо з пластикових та гумових відходів та біогазу). Найкращі результати для транспортного сектору показала модель за методом головних компонент (2 компоненти) з подальною кластеризацією методом к-середніх з кластерною нестабільністю у чотирьох регіонах. Для кластерних груп транспортного сектору доцільні наступні заходи. Доцільно, особливо для кластеру 2, котрий має найбільші показники серед інших регіонів: покращити громадський транспорт для зменшення використання особистих авто; запровадження програм лояльності для пасажирів громадського транспорту; оптимізувати логістику вантажів, сприяючи ефективному використанню вантажівок та мінімізації порожніх пробігів (задача комівояжера, додатки для покращення ефективності маршрутів та управління транспортом); використовувати технології моніторингу та аналітики для ефективного використання транспортних засобів; заохочувати використання гібридних технологій та систем відновлювальної енергії для автотранспорту; надавати фінансові стимули для компаній, що використовують енергоефективні технології у транспорті. У четвертому розділі було досліджено потенціал альтернатиних джерел енергії, а саме отримання альтернативного моторного палива з пластикових відходів та відходів зношених шин в Україні та оптимізація біогазової установки анаеробного зброджування за допомогою штучної нейронної мережі. Проведена аналітична оцінка з офіційних статистичних джерел показала, що потенціал отримання палива від переробки пластику, що накопичився на спеціально облаштованих звалищах к кінцю 2020 року, становить від 5,43 до 17,2 тис тон палива. При налагодженні екологістики, щорічно можливо отримувати від 9,39 до 29,74 тис. тон палива. А якщо поводження з пластиковими відходами не зміниться, при налагодженні збору неутилізованого пластику, до 2030 року можливо отримати від 137,54 до 435,53 тис. т палива. Потенціал отримання палива від переробки зношених шин, що утворились на спеціально облаштованих звалищах к кінцю 2020 року становить від 1,99 до 3,13 тис. т палива. При налагодженні екологістики, щороку можливо отримувати від 5,27 до 8,26 тис. т палива від зношених шин. Якщо поводження з утилізацією зношених шин не зміниться, до 2030 року, при налагодженні їх збору, можливо отримати від 110,45 до 173,04 тис. т палива. Однак, варто зазначити, що при непрямому оцінюванні потенціалу, обсяги отримання моторного палива можуть бути значно більшими. Розроблена модель ШНМ установки анаеробного зброджування дала змогу здійснити ідентифікацію оптимальних робочих параметрів реактора-метантенка, які призводять до збільшення виходу метану на понад 12,6%. Так, оптимальною температурою для підвищення виходу біогазу є 39oС; рівень pH 8,0; співвідношення органіки до сухої фракції повинно складати 98,8%. Для кращої роботи установки слід підвищувати вміст амонію азоту на 5%, проте вміст вільних летких жирних кислот у субстраті доцільно зменшити на 46%. Дослідження продемонструвало, що модель ШНМ є корисним інструментом для моделювання та оптимізації виробництва біогазу з метантенку в різних робочих умовах. Практичне значення отриманого потенціалу моторного палива полягає в подальшому розвитку налагодженню екологістики збору небезпечних відходів в Україні та їх подальшого перетворення у паливо, що може забезпечити транспорний сектор та використовуватись як сировина заміщення газу для опалення громад від котельних, що використовують газ, а також у комбінації з електротехнічними установками. Отримані оптимальні значення установки анаеробного зброджування, дозволяють підвищити ККД даних установок на 12,6% та сприятиме їх впровадженню для опалення громад. Все це дозволить забезпечити енергетичну та екологічну безпеку країни, а також сприятиме підвищенню рівня економіки. Наукова новизна дослідження полягає у тому, що: 1. Набула подальшого розвитку реалізація моніторингу енергоефективності регіонів України, зокрема, кластерний підхід до розмежування регіонів України з використанням дискримінантного аналізу, та модель бенчмаркінгу всередині кластерів. 2. Вперше побудовано інтервальне оцінювання індикаторів енергоефективності, що дозволяє порівнювати регіони у динаміці крічних змін. 3. Запропоновано метод оцінювання рівня енергоефективності регіонів України, що дозволяє досягти кластерної стабільності та виробити стратегії розвитку для кожного кластеру. 4. Запропонована модель розрахунку зі статистичних джерел газо-, тепло- електроспоживання та споживання вугілля у розрахунку на опалення одиниці житла у регіонах та газоспоживання транспортним сектором регіонів. 5. Удосконалено систему виробництва біогазової установки за рахунок чого можливо досягти підвищення її ККД на 12,6%. Практичне значення. Розроблені методологія розрахунку параметрів для оцінювання опалення житлового сектору, методологія розрахунку параметрів для оцінювання транспортного сектору регіонів України, методологія інтервального оцінювання індикаторів енергоефективності регіонів України, модель бенчмаркінгу регіонів України, алгоритм оцінювання рівня енергоефективності регіонів України на основі кластерної стабільності, загальна модель моніторингу енергоефективності, та алгоритм оцінювання рівня енергоефективності можливо використовувати для оцінювання рівня енергоефективності у наступні роки та для інших секторів. Розрахований потенціал отримання моторного палива варто враховувати при розробленні Дорожньої карти збору та утилізації небезпечних відходів. Підвищення продуктивності біогазових установок анаеробного зброджування забезпечуватиметься за рахунок використання співвідношення робочих параметрів установки анаеробного зброджування, що отримані шляхом використання штучної нейронної мережі у даній роботі. Дисертаційне дослідження складається з 231 сторінка, 5 додатків. Основна частина дисертації містить 53 рисунка та 16 таблиць.Документ Відкритий доступ Короткострокове прогнозування генерації фотоелектричних станцій для задач зменшення небалансів в енергосистемі(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Матушкін, Дмитро Сергійович; Босак, Алла ВасилівнаМатушкін Д. С. Короткострокове прогнозування генерації фотоелектричних станцій для задач зменшення небалансів в енергосистемі. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 “Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка”, галузь знань 14 “Електрична інженерія”. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, Київ, 2024. У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача, спрямована на підвищення балансової надійності електроенергетичної системи в контексті широкого застосування відновлюваних джерел енергії. Основу цієї роботи складало покращення точності короткострокового прогнозування генерації фотоелектричних станцій (ФЕС). Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та додатків. Основний текст викладено на 137 сторінках друкованого тексту, містить 52 рисунки, 24 таблиці та 4 додатки. В першому розділі дослідження розглянуто ключовий аспект української енергетики, а саме потенціал сонячної енергії, який відіграє важливу роль у відновлюваному енергетичному секторі. В цьому контексті проведено аналіз актуальних викликів, з якими стикається Україна під час інтеграції ФЕС та інших відновлюваних джерел енергії, з використанням міжнародного досвіду як важливої точки відліку. Особлива увага приділена системному підходу до трансформації енергетичної системи. В цьому розділі також розглянуті проблеми, пов’язані зі зношеністю традиційних джерел енергії, таких як атомні, вугільні та газові електростанції, які є основними постачальниками електроенергії в Україні та в інших країнах. Особливий акцент зроблено на їх високій емісії парникових газів, що сприяє зміні клімату та забрудненню повітря. Ця проблема створює необхідність пошуку більш екологічно чистих джерел енергії для зменшення негативного впливу на довкілля та адаптації до міжнародних екологічних стандартів. Крім того, висвітлено проблеми, пов’язані із обмеженим ресурсом життя та зношенням традиційних енергетичних установок, що можуть призвести до зниження їхньої ефективності та надійності, а також підвищити ризик аварій та виробничих простоїв. Додатково, розділ надає огляд сучасних тенденцій у впровадженні фотоелектричних станцій в Україні, наводячи динаміку приросту встановленої потужності ФЕС за останні роки. Особлива увага приділяється визначенню основних вимог та проблем у прогнозуванні генерації ФЕС, які становлять базу для подальших досліджень у галузі відновлюваної енергетики. В другому розділі аналізуються метеодані, що визначають функціонування ФЕС в розглянутому регіоні. Вихідні дані, які стосуються фотоелектричної генерації та метеоданих Київської області, були зібрані на основі вимірів, проведених на Димерській фотоелектричній станції. Загальна кількість даних складала понад 80 тисяч зразків з вимірів тривалістю 10 хвилин, отриманих в період від 1 січня 2020 року до 1 серпня 2021 року. Ця обсяжна база даних дозволила провести докладний аналіз умов роботи фотоелектричних панелей загальною потужністю 9 МВт, які можуть бути агреговані та представлені у параметричній формі. Розглянуто фактори, які впливають на прогнозування генерації електроенергії, і вказано на проблеми та похибки, які властиві сучасним методам прогнозування. Виділяється важливість адаптації моделей прогнозування до конкретних кліматичних умов і враховання особливостей місцевості, включаючи кут підйому Сонця та вплив природних факторів, таких як запиленість фотоелектричних панелей та опади. Детально аналізується кореляційні залежності між метеорологічними параметрами та вихідною потужністю Димерської ФЕС. Позитивна кореляція виявлена між вихідною потужністю і сонячним випромінюванням (0,92), температурою (0,62) та швидкістю вітру (0,46), що свідчить про їх важливість для прогнозування. Негативна залежність вихідної потужності відзначена з вологістю (-0,64), хмарністю (-0,23) та індексом погоди (-0,24), підкреслюючи негативний вплив похмурої та дощової погоди на вироблену потужність. Також відзначено нульову кореляцію вихідної потужності з такими параметрами як атмосферний тиск (-0,18) та напрямок вітру (-0,11), з підкресленням важливості розуміння нелінійних залежностей. Зазначається про періодичні коливання виробленої потужності, спричинені різними метеорологічними умовами та раптовими змінами протягом коротких періодів. Вказується на складність прогнозування генерації енергії через різкі зміни погоди. Проведено дослідження динаміки генерації та впливу метеорологічних факторів на роботу Димерської ФЕС. Проведені вимірювання вказують на важливість температури повітря для ефективності фотоелектричних панелей, а також на важливість вологості повітря та швидкості вітру. Температура фотоелектричної комірки впливає на напругу фотоелектричних панелей та, відповідно, на їх ефективність. При температурі +35 °C потужність панелі потужністю 270 Вт може зменшитись до 257 Вт, а при -20 °C збільшитись до 298 Вт. Зазначено, що аналогічно до температури, напруга панелі може залежати від інтенсивності світлового потоку. Фотоелектричні панелі перетворюють світлову енергію на електричну за допомогою фотоелектричного ефекту. Чим більше світла падає на панель, тим більше електричної енергії вона виробляє. Проте, є певна межа, до якої може зростати напруга при збільшенні освітленості. Це пов'язано з фізичними обмеженнями матеріалів, з яких виготовлені фотоелектричні панелі, та їхніми конструкційними особливостями. Коли освітленість стає дуже високою, ефективність перетворення світлової енергії може зменшуватись або взагалі зупинитись через насичення матеріалу чи інші фізичні причини. У третьому розділі подано аналітичний огляд методів та моделей прогнозування, в якому аналізуються підходи такі як фізичиний, статистичний, машинного навчання, гібридний та ансамблевий. Вибір найбільш відповідного методу залежить від конкретних потреб і наявних обчислювальних ресурсів. Важливими аспектами оцінки є вибір відповідних метрик для вимірювання точності, використання незалежних тестових наборів даних та стандартизація показників для спрощення порівнянь між різними методами та моделями. Важливо здійснювати порівняння з еталонними моделями для встановлення стандартів та стимулювання інновацій у сфері прогнозування сонячної активності, а також враховувати регіональні особливості. Метод “Бенчмаркінг прогнозів” розглядається як корисний інструмент, який допомагає уникнути суб’єктивності в оцінці прогнозів і сприяє об’єктивному вдосконаленню методів прогнозування. Крім того, бенчмаркінг допомагає встановити стандарти якості та стимулює розвиток галузі сонячної енергії. В розділі представлені результати розробки та вдосконалення моделей прогнозування генерації фотоелектричної енергії. Серед розглянутих моделей: модель експоненційного згладжування [82, 108, 109], модель сезонної інтегрованої авторегресії з рухомим середнім (SARIMA – Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average) [23, 26, 76, 111], регресійні моделі [41, 77, 78, 121] та модель штучної нейронної мережі типу “Довга короткочасна пам’ять” (LSTM-RNN – Long Short-Term Memory-Recurrent Neural Network) [24, 93, 114- 117, 119]. Виявлено обмеження класичної моделі експоненційного згладжування у сонячному прогнозуванні та запропоновано оновлену версію цієї моделі, яка виявилася ефективнішою та точнішою в передбаченні генерації ФЕС з перервами у вимірюваннях. Однак, не абсолютно точною. Для врахування сезонності генерації розглядалася модель SARIMA. Також досліджено моделі регресії, включаючи лінійну регресію, регресію з регуляризацією та “Випадковий ліс”, які враховують вплив різних факторів, таких як сонячне випромінювання, температура та вологість, на генерацію ФЕС. Встановлено, що моделі, які працювали із 10-хвилинними і щоденними інтервалами, були досить точними, з коефіцієнтом детермінації більшим за 0,94 для кожного з них. Модель “Випадкового лісу” на 10-хвилинних інтервалах показала найкращі результати, в той час як лінійна регресія на щоденних інтервалах була найбільш ефективною. Розглянута глибока рекурентна нейронна мережа LSTM-RNN може працювати без великої кількості історичних даних про сонячне випромінювання. Модель LSTM-RNN показала конкурентоспроможні результати в порівнянні з іншими моделями, здатність прогнозувати нелінійні взаємозв’язки та демонструвати високу точність. Значення RMSE та MAE для найефективнішої моделі на рівні 5% та 3,94% відносно встановленої потужності Димерської ФЕС, відповідно, підкреслюють її потенціал як надійного і точного інструмента для прогнозування фотоелектричної енергії. В четвертому розділі аналізується вплив великого приросту сонячної енергії на балансову надійність енергосистеми. Нестабільність у роботі ФЕС може порушити баланс в енергосистемі та якість електропостачання, вимагаючи від виробників енергії постійно адаптуватися та використовувати точне прогнозування для забезпечення стабільності енергосистеми. Розкривається зміст поняття “небалансу” та розглядаються різні сценарії його можливого виникнення. Небаланс енергії в енергосистемі є вагомою проблемою, яка виникає, коли обсяги виробництва та споживання електроенергії не узгоджуються. Ця ситуація може призвести до критичних перешкод у функціонуванні електроенергетичної системи, таких як перевантаження або дефіцит електроенергії. Досвід інтеграції відновлюваних джерел енергії в електричні мережі підкреслює, що існуючі електромережі не готові до масштабного впровадження відновлюваних джерел енергії, що вимагає широкого спектру оптимізаційних задач. У цьому контексті також детально проаналізовані існуючі показники оцінювання балансової надійності енергосистеми, які, на жаль, не враховують вплив метеорологічних умов та не надають можливості оцінювати стабільність генерації ФЕС щодо графіка споживання електроенергії. Окрім цього, розділ присвячений оцінці похибок розроблених моделей, які використовуються для передбачення небалансу енергії. Для порівняння моделей використовувався метод “Бенчмаркінг прогнозів” [46, 95, 103] з використанням різних метрик, таких як RMSE, MAE, R2 . Виявлено, що ці похибки можуть бути значними та впливати на ефективність управління енергосистемою. Оцінка моделей вказує на те, що модель LSTM-RNN виявилася найточнішою з усіх розглянутих, показуючи високу точність результатів. Інші моделі, такі як SARIMA та Random Forest, також демонструють прийнятні результати, але LSTM-RNN видається найбільш ефективною. Оцінка небалансів, після отримання прогнозу генерації ФЕС на основі моделі LSTM-RNN, показала прийнятний рівень генерації з низькими відсотками відхилень “вгору” і “вниз”. Аналіз середніх відхилень прогнозних та фактичних значень генерації вказує на те, що розроблена модель має високу точність, а енергосистема стабільність в управлінні потужністю.Документ Відкритий доступ Оптимізація керування зарядними станціями електромобілів в реальному часі на основі нечіткої логіки в умовах обмеженого електропостачання(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Босак, Андрій Васильович; Босак, Алла ВасилівнаБосак А.В. Система нечіткого керування зарядними станціями електромобілів в реальному часі. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» (14 - Електрична інженерія). - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, Київ, 2024. Дослідження акцентує увагу на виклику ефективного управління енергетичною продуктивністю парку електромобілів автотранспортного підприємства або зарядної станції, що операціонує в умовах великого міста, з урахуванням вимог сталої електромобільності та обмежень енергетичної системи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та додатків. Робота викладена на 146 сторінках друкованого тексту, містить 76 рисунків, 15 таблиць та 4 додатки. Розроблений план заряджання електромобілів (ЕV) при обмеженій потужності зарядної станції базується на алгоритмі заряджання коефіцієнта ЕV. Цей алгоритм здійснює контроль над процесом зарядки шляхом надання вагового індексу заряджання (ВІЗ) кожному підключеному до станції транспортному засобу. Оптимізація електричного навантаження станції реалізована з метою зниження витрат на електроенергію та забезпечення задоволення попиту на зарядку ЕV без порушення обмежень мережі. Проведено комп'ютерне моделювання процесу зарядки електромобілів та навантаження зарядної станції. Отримані результати електричного навантаження мережі та станції, отримані за допомогою запропонованого алгоритму, порівнюються з результатами моделювання, отриманими з використанням алгоритму контрольованої зарядки та алгоритму неконтрольованої зарядки. Завершальні результати моделювання зарядки електромобілів за допомогою запропонованого алгоритму порівнюються з результатами моделювання, отриманими за допомогою алгоритму контрольованої зарядки. Виявлений підхід сприяє зменшенню електроенергетичних витрат під час пікових навантажень електричної мережі, а також можливості заряджати електромобілі відповідно до запиту рівня заряду акумулятора майже для всіх підключених електромобілів. В першому розділі досліджено ринок електромобілів в Україні, що в свою чергу спричиняє розширенню мережі електрозарядних станцій та збільшенню навантаження на енергосистему. Виникла актуальна потреба впровадження засобів управління процесом заряджання електромобілів при обмежених потужностях енергетичної інфраструктури та обмеженому електропостачанні електрозарядних станцій. Основні принципи підключення зарядних станцій до мережі та необхідність правильної черговості заряджання електромобілів підкреслюють важливість розробки методу управління електрозарядними станціями в реальному часі. Сприятливим напрямком для розробки такого методу вважається використання принципів та процедур нечіткої логіки. В другому розділі визначено вхідні дані для систем керування електрозарядними станціями включають криві змін потужності споживання на зарядку, напруги та струму, залежно від рівня зарядженості АКБ і часу повного заряду. Експериментальні характеристики зарядного процесу використовуються для формування вихідних даних, які становлять основу для функцій належності методу управління і створення профілю зарядки електромобіля в Matlab Simulink. Третій розділ показує, що положення та методи нечіткої логіки є найбільш відповідними математичними інструментами. Для визначення пріоритетності використовується ваговий індекс заряджання, який базується на функціях належності. Оптимізаційна частина методу ґрунтується на гравітаційному методі. Запропонований алгоритм працює в реальному часі та враховує обмеження як мережі, так і інтереси власників транспортних засобів при обмеженій потужності електроспоживання. Ефективність запропонованого алгоритму контролю зарядки у реальному часі в порівнянні з типовим алгоритмом з обмеженнями підтверджена у четвертому розділі. Функціональність нечіткого контролера на основі запропонованої методології випробувана на мікроконтролері на платі Arduino Mega 2560. Простота впровадження даного методу підкреслена схемою підключення контролера нечіткої логіки до існуючих систем управління електрозарядних станцій, що керують процесом зарядки відповідно до запропонованого методу. Результати вказують, що графіки моделювання системи на основі нечіткої логіки в середовищі Matlab на ПК і на платі Arduino практично ідентичні. У цьому ж четвертому розділі описано процедуру впровадження нечіткого контролера в процес заряджання. У порівнянні з іншими роботами, основний внесок цієї роботи полягає в детальному описі елементів програмування та реалізації кожного етапу нечіткого контролера у програмному або апаратному забезпеченні. Це дає можливість оцінити оптимальні параметри, невизначеності та нелінійності системи без математичної моделі. Нарешті, показано моделювання та реалізацію на мікроконтролері на платі Arduino Mega 2560 для перевірки дієвості запропонованої методології, а також теоретичних та експериментальних результатів.Документ Відкритий доступ Адаптивна мехатронна система ударного руйнування гірських порід(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Марчук, Любов Романівна; Сліденко, Віктор МихайловичМарчук Л.Р. Адаптивна мехатронна система ударного руйнування гірських порід. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (14 Електрична інженерія) - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, Київ, 2024. Ідея роботи полягає у використанні мехатронної адаптивної системи керування силовими та енергетичними параметрами ударного пристрою, у відповідності до змінних характеристик робочого середовища, для забезпечення ефективного руйнування гірських порід. У вступі представлена актуальність роботи, яка полягає у вирішенні важливих проблем, з якими стикається гірничодобувна промисловість, що відіграє ключову роль у глобальному переході на відновлювані джерела енергії. Цей перехід сприяє зростанню попиту на кольорові метали, такі як літій і кобальт, необхідні для технологій відновлюваної енергетики. Однак існує розрив між цим зростаючим попитом і поточними можливостями технологій переробки, що підкреслює нагальну потребу в більш енергоефективних та екологічно чистих методах видобутку. Зосередження уваги на підвищенні ефективності обладнання для руйнування міцного ґрунту та гірських порід з застосуванням електромеханічних систем є кроком до зменшення впливу технології видобутку корисних копалин на навколишнє середовище, що посилює досягнення цілей сталого розвитку в енергетичному секторі. Підкреслено відповідність даної роботи пріоритетним напрямкам розвитку промисловості. Розробка адаптивної мехатронної системи для руйнування гірських порід відповідає законодавчим пріоритетам України, зокрема Закону “Про пріоритетні напрями інноваційної діяльності” та Закону “Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки”. Дана робота виконана відповідно до плану кафедри автоматизації електротехнічних та мехатронних комплексів за результатами наукових досліджень в рамках пошукової науково-дослідної роботи “Удосконалення електромеханічних та мехатронних систем”. Наведені основні положення дисертації, а саме: ідея роботи, мета дисертаційної роботи, сформульовані основні завдання, розглянуто об’єкт дослідження та предмет дослідження. Також охарактеризовано основні методи дослідження, що включають математичне моделювання та використання різноманітних програмних продуктів. Описані основні наукові положення, їх новизна та наведено практичне значення одержаних результатів. Ознайомлено з публікаціями на основі наукових досягнень дисертації та з апробацією результатів роботи. Описана структура дисертації, яка складається зі вступу, п’яти розділів з висновками до даних розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та дванадцяти додатків. Робота містить 49 рисунків і одну таблицю на 117 сторінках. Також зазначено, що частина роботи була виконана в рамках програм міжнародної академічної мобільності, таких як Erasmus+ та проєкт DAAD Східне партнерство, що демонструє поєднання національної та міжнародної академічної співпраці під час виконання дисертаційного дослідження. У першому розділі проведено аналіз сучасних мехатронних систем, зокрема, з висвітленням наслідків глобального переходу до відновлюваних джерел енергії та пов'язаного з цим різкого зростання попиту на метал. Підкреслюється необхідність вдосконалення процесів видобутку корисних копалин з застосуванням технологій ударного руйнування гірських порід. Проведено детальний аналіз останніх досягнень в області електрогідравлічних приводів та пристроїв для руйнування гірських порід. Проведено порівняльне дослідження електричних, гідравлічних і пневматичних приводів. Дослідження включає аналіз конкретних переваг електричних приводів. Крім того, розкрито застосування електрогідравлічних приводів та пристроїв для руйнування міцного ґрунту, з акцентом на роботу екскаватора. Розглянуто систему рекуперації енергії на прикладі акумулятору для гідравлічної стріли екскаватора, яка працює з інноваційною комбінацією розімкнутої та замкнутої систем керування. Розглянуто модель електрогідравлічного приводу і стріли екскаватора, що використовує 4/3-ходовий регулювальний клапан, та розглянуто принципи його роботи. Розглянута система дистанційного керування для будівельних та гірничих машин, спеціально розроблена для роботи екскаваторів, детально описується її структурна основа та обмеження застосування. Значна частина розділу присвячена аналізу структури та функцій конструкції ударного пристрою направленої дії. Цей пристрій має унікальну конструкцію, яка має самозарядний механізм зведення бойка і, відповідно, зарядки пневмоакумулятора. Методика аналітичних досліджень включає статистичні розрахунки, моделювання з застосуванням нелінійних диференціальних рівнянь та дискретно-неперервної математичної моделі, що необхідно для розробки мехатронної адаптивної системи керування процесом руйнування гірських порід. У другому розділі досліджено ключові параметри, що впливають на ефективність ударного пристрою та енергетичні характеристики пневматичного акумулятора. Досліджено вплив показників стиснення газу та показник політропи. Визначено їх у рекомендованих діапазонах (e = 1,3...1,5, n = 1,3...1,6). Зменшення показника політропи дає можливість підвищити ефективність, що досягається за рахунок покращення стратегій відведення тепла. Розглянута взаємодія між термодинамічними умовами та енергетичними параметрами пневмоакумулятора вимагає нюансованого підходу. Аналіз окремих детермінованих процесів, таких як ізохорний або ізотермічний ізольовано, виявляється непрактичним через властиву їм мінливість за різних умов експлуатації. Тому імовірнісний підхід став ефективним методом для розрахунку енергії та оцінки її впливу на пневмоакумулятор. Примітно, що ізохорний процес демонструє нульову зміну енергії при різних тисках, що пояснюється його постійною внутрішньою енергією. На противагу цьому, адіабатичний процес демонструє повільнішу швидкість збільшення енергії при підвищенні тиску порівняно з ізотермічним процесом. Статистичний аналіз за нормальним розподілом ймовірностей реалізації значень показника політропи дозволив отримати необхідну інформацію про залежність ступеня стиснення газу і енергії зарядки пневмоакумулятора від ходу, процесу стиснення газу в камері пневмоакумулятора. Встановлено робочий діапазон 1,4...1,5 значень показника політропи, із середнім значенням 1,45 і ймовірністю 0,683 в межах стандартного відхилення ±0,05. Це означає практично досяжний діапазон для ступеня стиснення газу та енергії заряджання пневмоакумулятора. Подальше дослідження ступеня стиснення газу з використанням бета-розподілу ймовірностей дозволило отримати інформацію про енергію зарядки пневмоакумулятора в залежності від характерних значень ймовірності реалізації показника політропи. Крайні значення ступеня стиснення газу знаходяться в діапазоні 1,19...1,98, тоді як середнє значення становить 1,46 з відхиленням +0,53 та -0,26. Ця інформація дозволяє визначити практичний діапазон енергії зарядки пневмоакумулятора. В ході дослідження було визначено робочий діапазон функціонування системи ударного руйнування з урахуванням змінних характеристик робочого середовища. Розраховано максимальну тангенціальну складову сили опору різанню міцного ґрунту, а також встановлено залежність сили опору різанню від щільності ґрунту та кута повороту ковша робочого обладнання. Цей аналіз дозволив встановити робочу зону спрацювання ударного пристрою. У третьому розділі досліджено енергетичну взаємодію елементів віброударної системи за допомогою різних ключових розробок. По-перше, було створено нелінійну модель у формі диференціального рівняння, що відображає процес енергорозрядки пневмоакумулятора при розгоні бойка на удар. Модель слугує основою для розуміння і прогнозування роботи мехатронної системи адаптивного керування енергією удару. Крім того, визнаючи вирішальну роль інерції в ударних системах, в дослідженні було застосовано кінетостатичний метод для розрахунку сили інерції д'Аламбера. Цей розрахунок дає інформацію про профіль прискорення бойка в системі. Для розв’язку нелінійного диференціального рівняння запроваджено метод пониження порядку диференціального рівняння застосуванням фазових координат. Такий підхід ефективно спростив розв’язок нелінійного диференціального рівняння, з встановленням степеневої залежності між швидкістю бойка та його переміщенням. Цей зв'язок відіграв важливу роль у формуванню мехатронної системи керування процесом адаптації ударної системи до змінних умов робочого середовища. Розроблена комплексна дискретно-безперервна математична модель, яка враховує інерційно-хвильові взаємодії бойка та інструмента в процесі передачі енергії гірському масиву. Модель дозволяє визначити контактне навантаження на гірський масив, з урахуванням його змінних характеристик. Модель включає два диференціальні рівняння, одне з яких в частинних похідних, відображає хвильовий процес передачі енергії, а друге - звичайне диференціальне рівняння, що відображає контактну взаємодію зубця - інструмента з гірською породою. Розв’язок системи рівнянь виконаний за допомогою числового скінченно-різницевого методу, що дозволило встановити залежності необхідні для визначення структури і функцій електромеханічної системи адаптації енергії зарядки пневмоакумулятора до умов технологічного середовища. У четвертому розділі розроблена імітаційна модель функціонування ударного пристрою віброковша в системі Matlab. Розрахунки дозволили встановити раціональний режим та параметри функціонування ударного пристрою, а також сформувати вимоги до мехатронної системи адаптивного керування процесом руйнування гірських порід. Визначено посилення контактної сили між ударним інструментом і ґрунтовим масивом, що продемонструвало потенціальні можливості адаптивної системи. У п'ятому розділі наведено елементи реалізації мехатронної системи з електроживленням за трьома варіантами. Запропонована блок-схема функціонування системи та схема зв’язків функціональних блоків адаптивного керуванням тиском в пневмоакумуляторі ударного пристрою. За варіантом розроблених схем виконані розрахунки основних електротехнічних параметрів електромагнітного клапана та встановлені частотні параметри його функціонування. Проведена оцінка ефективності функціонування електромагнітної системи з забезпечення необхідного рівня тиску в пневмоакумуляторі та визначена тривалість безперервної роботи адаптивної системи. Отже, наведена в розділі інформація розкриває поведінку адаптивної мехатронної системи керування ударним пристроєм для різних технологічних умов, а також складає основу до потенційного покращення продуктивності за допомогою мехатронної системи керування.