Том 33, № 2 (2025)

Предложен метод расчета выходных параметров сельскохозяйственной культуры в цифровом двойнике посевов растений в зависимости от погодных условий и ресурсных ограничений среды. Цифровой двойник растений – моделирующая система, синхронизируемая с результатами наблюдений, которая позволяет задавать параметры сорта и внешней среды и получать план роста и развития растения и прогноз урожайности. В основе метода лежит модель «трубок» входных и выходных параметров стадий роста и развития растений – диапазонов важных для выживания растений значений основных факторов окружающей среды для каждого сорта растения. Эти диапазоны условно делятся на три категории: оптимальные, при которых растение демонстрирует наилучшие показатели развития; рекомендуемые, обеспечивающие стабильный рост без значительных стрессов; и критические, при выходе за пределы которых возможны необратимые нарушения в физиологических процессах растения, включая его гибель. Предлагаемый метод расчетов на основе имеющихся данных о погодных условиях и доступных ресурсах позволяет связать входные и выходные параметры текущей стадии и передать полученные результаты для расчета следующей стадии, чтобы выстроить итоговый кусочно-линейный план роста и развития растения и дать прогноз урожайности и других параметров растения. В рамках эксперимента рассматривается сорт культуры «Озимая пшеница», рост и развитие которого моделируются при различных сценариях изменения погодных условий. Результаты сопоставляются с фактическими результатами натурного эксперимента в реальных условиях на полях СамНЦ РАН. В качестве параметров рассматриваются урожайность и некоторые параметры растений, в частности их высота. Обсуждаются полученные результаты, дается оценка выявленным расхождениям по различным сценариям, формулируются выводы о применимости предлагаемого метода для практического использования и предлагаются направления дальнейших исследований и разработок.

Рассмотрены вопросы разработки математической модели теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа (ВОГ), обусловленного термооптическим эффектом, которая учитывает особенности квадрупольной намотки волокна на катушку. Указанные приборы находят широкое применение в системах стабилизации, ориентации и управления движением авиакосмической и наземной техники. Основной задачей при достижении поставленной цели было разделение нестационарной функции температуры на временную составляющую и пространственную функцию, характеризующую распределение температуры вдоль нити волокна для квадрупольного способа намотки при радиальном температурном градиенте. При разработке модели в качестве исходного принято допущение, что массив нитей волокна на катушке рассматривается как периодическая сплошная структура – последовательные слои с одинаковыми теплофизическими характеристиками. Это позволяет учитывать только радиальные температурные градиенты и полагать, что температура в каждый момент времени в соответствующем слое волокна на катушке распределена равномерно. В исследовании дано обоснование корректности предложенного подхода при построении модели теплового дрейфа путем моделирования температуры в каждом слое волоконной бухты с использованием метода элементарных балансов. Моделирование выполнено в специально разработанном программном обеспечении, в котором реализованы функции графического вывода результатов расчета. На базе проведенных вычислительных экспериментов обосновано, что в реальных условиях эксплуатации ВОГ при сравнительно невысокой скорости изменения температуры окружающей среды закон изменения температуры в волоконной бухте в радиальном направлении может быть принят линейным. Определена функция пространственного распределения температурного поля вдоль нити оптического волокна. С использованием данной функции реализован алгоритм ее применения для построения графика распределения температуры в волоконной бухте катушки с заданными геометрическими параметрами, близкими к реальным. Приведен пример вычисления теплового дрейфа прибора при заданных параметрах оптоволокна и геометрических параметрах катушки, согласующихся с параметрами приборов, используемых на практике. Предложенная модель для расчета теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа расширяет и дополняет возможности метода элементарных балансов, благодаря чему возможно реализовать простой и эффективный алгоритм расчета нестационарных температурных полей и теплового дрейфа практически любого волоконно-оптического гироскопа типовой конструкции без привлечения дорогостоящих программных продуктов. Разработанная модель позволит разработчикам систем автоматического управления движением объектов реализовывать эффективные алгоритмы для калибровки и коррекции теплового дрейфа ВОГ.

Отмечены проблемы электромагнитной совместимости элементов электротехнического комплекса компрессорных стаций магистральных газопроводов, возникающие при использовании частотно-регулируемого привода вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения природного газа. Обоснована целесообразность использования систем комбинированного управления, в которых аппараты воздушного охлаждения, входящие в состав установки охлаждения газа, разделены на две группы: с частотным и дискретным регулированием скорости вентиляторов. Обсуждается вопрос оптимизации алгоритмов управления электроприводами комбинированной системы по критерию мощности на валу вентиляторов. Разработан алгоритм оптимального взаимосвязанного управления скоростью вентиляторов и количеством включенных двигателей вентиляторов соответствующих групп аппаратов воздушного охлаждения, учитывающий дискретность управляющего воздействия. Дана оценка экономии мощности на валу вентиляторов при замене дискретного управления на комбинированное с использованием разработанного алгоритма управления. Предложено для реализации оптимального алгоритма использовать систему автоматического управления, замкнутую по температуре газа на выходе установки охлаждения. Проведен сравнительный анализ энергетических показателей процесса охлаждения и точности поддержания температуры при использовании разработанного алгоритма оптимального управления и алгоритма, не учитывающего дискретности управляющего воздействия. Показано, что использование последнего при относительно небольшом количестве аппаратов воздушного охлаждения может приводить к недопустимой погрешности стабилизации температуры на выходе установки охлаждения. Рассмотрена возможность использования упрощенных вариантов алгоритмов управления. На примере установки охлаждения, содержащей четыре двухвентиляторных аппарата воздушного охлаждения и работающей в условиях существенно неравномерной нагрузки, показаны преимущества использования комбинированной системы управления, обеспечивающей существенный энергосберегающий эффект.