Наведено принципи формування математичних моделей для вибору раціональних режимів експлуатації складних газотранспортних систем з багатоцеховими компресорними станціями, обладнаними різнотипними газоперекачувальними агрегатами. Оптимізацію режимів запропоновано здійснювати на основі використання енергоекономічних характеристик газотранспортної системи, які будуються шляхом параметрів газотранспортної системи з врахуванням технічного стану її елементів і економічних показників експлуатації за визначений період. Такий підхід забезпечує дотримання принципу експлуатації газотранспортної системи в області допустимих режимів і граничних енерговитрат, з одного боку, і мінімізації затрат на транспортування газу, з іншого. При можливості використання фактичних даних про реальний технічний стан обладнання і газопроводів системи вказаний метод дозволяє оцінити і врахувати в подальшій процедурі параметри надійності газопостачання. Важливою вимогою до процедури оптимізації є стійкість енергоекономічних характеристик, під якою розуміють те, що при будь-яких практичних змінах неосновних режимних параметрів енергоекономічна характеристика не повинна зміщуватися за межі допустимої похибки. Задача оптимального розподілу навантажень у складній газотранспортній системі розглядається, виходячи їх мінімуму сумарних енергетичних витрат при заданому обсязі подачі газу та інших планово-технологічних обмеженнях. Завдання оптимізації багатопараметричного об'єкта полягає в пошуку екстремуму функції мети шляхом вибору такого вектора керуючих впливів, який задовольнив би покладеним обмеженням. Розподіл навантажень на вищій ієрархії для системи магістральних газопроводів отримано відшуканням мінімуму сумарних витрат на компримування газу по кожному газопроводу. Розглянуто методику побудови таких характеристик і процедури встановлення їх стійкості, що дозволяє формалізацію побудови критеріальної залежності параметрів режиму від енергоекономічних факторів. Викладені принципові рішення дозволяють формалізувати функцію мети для вибору раціонального режиму експлуатації газотранспортної системи в умовах її неповного завантаження