Скачать статью в pdf.

УДК 628.93:004.94

DOI: 10.15507/2658-4123.034.202402.295-317

 

Компьютерное моделирование цифровой системы автоматического регулирования освещенности

 

 Шабаев Евгений Адимович
кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета (350072, Российская Федерация, г. Краснодар, ул. Московская, д. 2), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2675-0670, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Романовец Михаил Михайлович
ассистент кафедры эксплуатации энергетического оборудования и электрических машин Азово-Черноморского инженерного института Донского ГАУ (347740, Российская Федерация, г. Зерноград, ул. Ленина, д. 21), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1945-1744, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. В птицеводстве перспективным направлением является применение систем локального светодиодного освещения с изменяемой освещенностью и коррелированной цветовой температурой оптического излучения светильников в течение светового периода. Для точного поддержания интенсивности света на заданном уровне требуется система автоматического регулирования освещенности.
Цель исследования. Определение параметров пропорционально-интегрального регулятора цифровой системы автоматического регулирования освещенности в клетках для содержания сельскохозяйственной птицы, обеспечивающих требуемые показатели качества.
Материалы и методы.В работе использованы элементы математической статистики, теории планирования экспериментальных исследований, корреляционно-регрессионного анализа, теории автоматического управления и компьютерного моделирования. Натурные эксперименты проводились на лабораторном образце цифровой системы динамического локального освещения. Компьютерное моделирование было выполнено в среде SimInTech.
Результаты исследования. Разработана компьютерная модель цифровой системы автоматического регулирования освещенности. Выполнен расчет настроек ПИ-регулятора по методам CHR, ВТИ, Копеловича. Произведена сравнительная оценка качества процесса регулирования по графикам переходных процессов, полученных путем компьютерного моделирования. Достоверность результатов компьютерного моделирования системы автоматического регулирования освещенности подтверждена экспериментально.
Обсуждение и заключение. Высокие показатели качества регулирования цифровой системы автоматического регулирования освещенности обеспечил ПИ-регулятор с kP = 14,027 10−3 и TI = 145,72 мс, рассчитанными по методу Копеловича. Сравнительная оценка переходных процессов в реальной системе и в компьютерной модели данной системы позволяет сделать вывод о высокой точности разработанного образца и корректности выбора параметров моделирования в среде SimInTech. Экспериментально установлено, что требуемое качество процесса регулирования системы обеспечивается для широкого диапазона заданной освещенности от 1 до 25 лк.

Ключевые слова: система локального освещения, светодиодный светильник, управление освещенностью, САР, ПИ-регулятор, моделирование, компьютерная модель, SimInTech

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности: авторы выражают благодарность анонимным рецензентам.

Для цитирования: Шабаев Е. А., Романовец М. М. Компьютерное моделирование цифровой системы автоматического регулирования освещенности // Инженерные технологии и системы. 2024. Т. 34, № 2. С. 295–317. https://doi.org/10.15507/2658-4123.034.202402.295-317

Заявленный вклад соавторов:
Е. А. Шабаев – научное руководство, формулирование основной концепции исследования и выводов, разработка компьютерной модели, доработка текста.
М. М. Романовец – проведение экспериментальных исследований, обработка результатов экспериментов, разработка компьютерной модели, литературный анализ, формирование первоначального варианта текста

Поступила в редакцию 30.11.2023; поступила после рецензирования 22.01.2024;
принята к публикации 07.02.2024

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мусаев А. М. Влияние дневных и ночных ритмов на продуктивность японского перепела (Japonicus coturnix L) // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2015. № 2 (34). С. 53–56. URL: https://vestnik.bsau.ru/netcat_files/vestnic/file/2015-34.pdf (дата обращения: 30.10.2023).

2. Significance of Light in Poultry Production: A Review / S. J. Patel [et al.] // Advances in Life Sciences. 2016. Vol. 5, Issue 4. P. 1154–1160. URL: https://clck.ru/3Au9hy (дата обращения: 30.10.2023).

3. Influence of LED Bulb on Reproductive and Production Performance of Different Poultry Species: A Review / O. M. Oso [et al.] // World's Poultry Science Journal. 2022. Vol. 78, Issue 2. P. 515–529. https://doi.org/10.1080/00439339.2022.2044273

4. Soliman F. N. K., El-Sabrout K. Light Wavelengths/Colors: Future Prospects for Broiler Behavior and Production // Journal of Veterinary Behavior. 2020. Vol. 36. P. 34–39. https://doi.org/10.1016/j.jveb.2019.10.014

5. Деткова А. Е. Зоогигиеническая оценка параметров микроклимата содержания птицы родительского стада кросса Хайсекс Уайт // Молодежь и наука. 2018. № 6. С. 28. EDN: YADUNF

6. Lighting, Density, and Dietary Strategies to Improve Poultry Behavior, Health, and Production / K. El-Sabrout [et al.] // Journal of Animal Behaviour and Biometeorology. 2022. Vol. 10, Issue 1. Article no. 2212. https://doi.org/10.31893/jabb.22012

7. Impact of Housing Environment on the Immune System in Chickens: A Review / T. Hofmann [et al.] // Animals. 2020. Vol. 10, Issue 7. Article no. 1138. https://doi.org/10.3390/ani10071138

8. Локальное светодиодное освещение – путь повышения эффективности птицеводства / В. И. Фисинин [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 6. С. 61–62. EDN: MMXNCU

9. Thomson A., Corscadden K. W. Improving Energy Efficiency in Poultry Farms through LED Usage: A Provincial Study // Energy Efficiency. 2018. Vol. 11. P. 927–938. https://doi.org/10.1007/s12053-018-9613-0

10. Шабаев Е. А., Романовец М. М. Цифровая система динамического локального освещения клеток для содержания сельскохозяйственной птицы // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2022. Т. 69, № 1 (46). С. 26–30. https://doi.org/10.22314/2658-4859-2022-69-1-26-30

11. Shabaev E. A., Romanovets M. M. Mathematical Models of Sunlight for Dynamic Lighting Systems of Agricultural Objects // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 659. Article no. 012110. https://doi.org/10.1088/1755-1315/659/1/012110

12. Способ локального динамического освещения клеток для содержания сельскохозяйственной птицы с моделированием естественной световой среды : патент 2797873 Российская Федерация / Шабаев Е. А., Романовец М. М. № 2022117323 ; заявл. 24.06.2022 ; опубл. 09.06.2023, Бюл. № 16. 7 с. URL: https://patents.google.com/patent/RU2797873C1/ru (дата обращения: 30.10.2023).

13. Продуктивность кур при светодиодном освещении с изменяемой цветовой температурой / А. Ш. Кавтарашвили [и др.] // Птицеводство. 2017. № 3. С. 27–29. EDN: YLKCGV

14. Archer G. S. Color Temperature of Light-Emitting Diode Lighting Matters for Optimum Growth and Welfare of Broiler Chickens // Animal. 2018. Vol. 12, Issue 5. P. 1015–1021. https://doi.org/10.1017/S1751731117002361

15. Дубровский А. А., Смирнова В. В. Использование светодиодного освещения с различной цветовой температурой при выращивании родительского стада птицы // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (63). С. 188–195. URL: https://www.mgau.ru/sciense/journal/PDF_files/vestnik_4_2020.pdf (дата обращения: 30.10.2023).

16. Aldridge D. J., Scanes C. G., Kidd M. T. Performance and Preference of Broilers Provided Dual Light Warmth // Journal of Applied Poultry Research. 2021. Vol. 30, Issue 4. Article no. 100187. https://doi.org/10.1016/j.japr.2021.100187

17. Impact of Light Intensity or Choice of Intensity on Broiler Performance and Behavior / D. J. Aldridge [et al.] // Journal of Applied Poultry Research. 2022. Vol. 31, Issue 1. Article no. 100216. https://doi.org/10.1016/j.japr.2021.100216

18. Газалов В. С., Шабаев Е. А., Романовец М. М. Моделирование САР освещенности динамической системы освещения на RGB-светодиодах // АгроЭкоИнфо. 2019. № 2. 14 с. URL: https://agroecoinfo.ru/TEXT/RUSSIAN/2019/st_223_annot.html (дата обращения: 30.10.2023).

19. Мазуров В. Автоматические регуляторы в системах управления и их настройка. Часть 3. Цифровые регуляторы и их настройка // Компоненты и технологии. 2003. № 6. С. 146–151. URL: https://clck.ru/3AvWeU (дата обращения: 30.10.2023).

20. Anuchin A. S. Calculation Techniques for Parameters of a Digital PI Controller in an Electrical Drive // Russian Electrical Engineering. 2014. Vol. 85. P. 290–297. https://doi.org/10.3103/S1068371214050022

21. Åström K. J., Hägglund T. Revisiting the Ziegler–Nichols Step Response Method for PID Control // Journal of Process Control. 2004. Vol. 14, Issue 6. P. 635–650. https://doi.org/10.1016/j.jprocont.2004.01.002

22. Controller Tuning Method for Non-Linear Conical Tank System / G. Saravanakumar [et al.] // Asian Journal of Applied Science and Technology (AJAST). 2017. Vol. 1, Issue 2. P. 224–228. URL: https://ssrn.com/abstract=2942425 (дата обращения: 30.10.2023).

23. Разработка методики определения оптимальных параметров настройки промышленных регуляторов / Т. А. Изосимова [и др.] // Вестник НГИЭИ. 2020. № 3 (106). С. 5–20. URL: https://vestnik.ngiei.ru/?page_id=1841#commentspost (дата обращения: 30.10.2023).

24. Metaheuristic Algorithms for PID Controller Parameters Tuning: Review, Approaches and Open Problems / S. B. Joseph [et al.] // Heliyon. 2022. Vol. 8, Issue 5. Article no. e09399. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09399

25. Reinforcement Learning Approach to Autonomous PID Tuning / O. Dogru [et al.] // Computers & Chemical Engineering. 2022. Vol. 161. Article no. 107760. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2022.107760

26. Lolu S. J., Lolu G. D. Comparison of PID Tuning Methods for First Order Plus Time-Delay System // International Journal of Advance Research in Science and Engineering. 2018. Vol. 7, Issue 1. P. 36–47. URL: https://ijarse.com/images/fullpdf/1515747909_J1006.pdf (дата обращения: 30.10.2023).

27. Демин И. О., Саблина Г. В. Исследование методов настройки параметров ПИД-регулятора // Автоматика и программная инженерия. 2020. № 1 (31). С. 174–181. URL: https://jurnal.nips.ru/ru/node/127 (дата обращения: 30.10.2023).

28. Мазуров В. Автоматические регуляторы в системах управления и их настройка. Часть 2. Автоматические регуляторы и их настройка. Общие сведения о промышленных системах регулирования // Компоненты и технологии. 2003. № 5 (31). С. 114–118. URL: https://clck.ru/3AvfNy (дата обращения: 30.10.2023).

29. Денисенко В. ПИД-регуляторы: вопросы реализации. Часть 2 // Современная электроника и технологии автоматизации. 2008. № 1. С. 86–99. URL: https://www.cta.ru/articles/spravochnik/v-zapisnuyu-knizhku-inzhenera/125043/ (дата обращения: 30.10.2023).

30. Шабаев Е. А., Романовец М. М., Кулачинский В. А. Исследование нагрева светодиодов компактного светильника для системы локального освещения // Вестник аграрной науки Дона. 2022. Т. 15, № 1 (57). С. 78–86. https://doi.org/10.55618/20756704_2022_15_1_78-86

31. Шабаев Е. А., Романовец М. М., Кулачинский В. А. Исследование многоканального высоковольтного светодиодного драйвера // Вестник НГИЭИ. 2023. № 4 (143). С. 67–78. https://doi.org/10.24412/2227-9407-2023-4-67-78

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.