Статті в журналах з теми "Керування частотне"

Побудова регульованого електропривода на базі асинхронної машини подвійного живлення є досить актуальною задачею, оскільки дозволяє управляти великими потоками електроенергії при високих енергетичних показниках. У таких відомих системах електропривода є досить складна система управління ними, оскільки передбачає використовування перетворювачів координат (прямі-зворотні) та наявність нелінійних зв’язків між каналами управління, це погіршує надійність таких систем. У роботі пропонується«пряме» векторне керування асинхронною машиною подвійного живлення без використання перетворювачів координат. Струми ротора запропоновано примусово формувати повністю керованим перетворювачем частоти, щоб зробити його активним та синфазним фазній е.р.с ротора. Перетворювач включається у роторне коло. Для схемної реалізації у якості перетворювачаобраний перетворювач частоти з ланкою постійної напруги з релейним керуванням. Вхідний випрямляч якого є активний випрямляч. Крім того перетворювач забезпечує електромагнітну сумісність з мережею живлення, та задовольняє вимогам, які зазначені в стандартах, на якість струму мережі. Представлена модель асинхронної машини подвійного живлення з традиційною системою керуванням з використанням перетворювачів координат «прямі-зворотні».Проведено порівняння математичної моделі при традиційному векторному керуванні та моделі з «прямим» векторним керуванням за допомогою Matlab. Отримані осцилограми роботи з запропонованим керуванням, вони демонструють наростання швидкості в машині подвійного живлення, при цьому струми з мережі синусоїдальні та співпадають за фазою зі своїми напругами, а пуск електропривода супроводжується віддачою енергії ротора через перетворювач до мережі.Результати показують, що електропривод формує раціональну динаміку без перерегулювання координат.

У статті розглянуто питання щодо цифрових систем автоматичного керування, які відносяться до класу лінійних імпульсних систем, але мають свої особливості. Також знайдені різницеві рівняння і Z-перетворення передавальної функції двома способами: класичним і за допомогою білінійних перетворень. Побудовані перехідні і частотні характеристики системи автоматичного керування (САК). За допомогою математичного моделювання підтверджено, що при порівнянні характеристик безперервного і дискретного фільтрів з ростом частоти відмінність в характеристиках зростає.

У статті розглянуто систему, що дає можливість автоматизованого керування роботою насосного агрегату за різних режимів роботи. Системою забезпечуються ручний та автоматичний режими керування, що дає змогу переважно за автоматичного режиму керування виключити відсоток відмов через людський фактор. Робота системи базується головним чином на використанні перетворювача частоти, що є основним елементом у системі, яка розглядається, та допоміжних структурних елементів, таких як реле захисту від «сухого ходу», реле для захисту від перепаду тиску в основному та резервному насосах, датчики температури та тиску. Потреба у постійній високоточній зміні швидкості обертання насосного агрегату здатна бути вирішена за рахунок такої системи, принцип роботи якої полягає у надходженні періодичних, коли це необхідно буде здійснювати, сигналів до перетворювача частоти, який залежно від того, яку швидкість обертання насосного агрегату потрібно досягти, буде регулювати частоту, яка безпосередньо має вплив на швидкість обертання електричного двигуна, що є приводним двигуном для насосного агрегату. У разі наприклад зменшення тиску води у системі через датчики температури та реле перепаду тиску буде подано сигнал до частотного перетворювача, яким буде збільшено частоту електромагнітного поля. За рахунок збільшення частоти і при цьому незмінного числа пар полюсів у електричному двигуні буде досягнуто більшу швидкість обертання електродвигуна, що призведе до збільшення продуктивності насосного агрегату, яким накачується певна кількість рідини, тиск якої заздалегідь визначений та запрограмований як стандартне значення тиску у системі. Збільшивши частоту, а відповідно, і продуктивність насосного агрегату, тиск у системі буде піднято до стандартного значення, після чого насосний агрегат буде здійснювати роботу на звичній для себе швидкості. Таким чином, будь-які відхилення параметрів системи від робочих є контрольованими та регулюються за рахунок датчиків та реле температури, а також перетворювача частоти, який за рахунок зміни частоти здійснює зміну швидкості обертання і, як наслідок, зміну продуктивності роботи насосного агрегату, що може бути використаний у системах тепло- або водопостачання як житлових будинків, так і промислових підприємств окремо взятих груп споживачів.

У статті розглядається системи автоматичного регулювання які реалізують алгоритми керування з прогнозуванням складових вільного та вимушеного руху на час запізнення вперед в замкнутому контурі. Проводиться порівняльний аналіз їх роботи у перехідних та сталих режимах роботи, а також запасів стійкості які вони забезпечують. Об'єкти технологічного типу досить часто мають велику інерційність в каналах регулювання яка пов'язаної не тільки з чистим запізненням, але, більшою мірою з акумуляцією речовини і енергії, так званим ємнісним запізненням. Повна або часткова компенсація цієї інерційності може в значній мірі поліпшити якість регулювання для таких об'єктів. На практиці для компенсації впливу запізнення на динаміку власного руху часто використовують системи з упереджувачем Сміта які значно розширюють запас стійкості систем і забезпечують їх працездатність в умовах нестаціонарних властивостей об’єкта керування. Також прогнозування використовується у системах керування з прогнозуючою моделлю, в яких керуючий вплив на кожному кроці розраховується за рахунок вирішення оптимізаційної задачі на основі математичної моделі об’єкта керування. Ці системи також застосовують для керування об’єктами технологічного типу, зокрема рекомендують до застосування при керуванні багатоканальними об’єктами канали яких пов’язані між собою через дію перехресних зв’язків. В якості альтернативи вказаним системам запропонована система регулювання з прогнозуванням вимушеного руху в замкнутий контур якої введено алгоритм прогнозування в реальному часі на основі кубічного сплайну. Проведено структурний та оптимальний параметричний синтез альтернативних варіантів систем автоматичного регулювання. В якості базового регулятора було обрано типовий ПІД-регулятор. Порівняльний аналіз оптимальних систем, проведений в часовій і частотних областях, показав перевагу системи регулювання, що реалізує принцип керування за прогнозом на основі кубічного сплайну. При аналізі роботи систем за каналом дії неконтрольованих збурень система регулювання з прогнозуванням по кубічному сплайну забезпечує зниження інтегрального і прямих показників якості перехідних процесів до 40%. Перевірка на грубість систем автоматичного регулювання показала, що система автоматичного регулювання з прогнозуванням регульованої змінної за кубічним сплайном має приблизно однаковий запас стійкості за часом запізнення та трошки нижчий запас стійкості за коефіцієнтом передачі об’єкта керування, ніж система з упереджувачем Сміта.

Актуальність теми дослідження. Вирішення ряду таких актуальних проблем імпульсних напівпровідникових перетворювачів енергії (ІНПП) для бортових систем, що входять до складу рухомих платформ і безпілотних літальних апаратів (БПЛА), як підвищення точності стабілізації цільового параметру (кута, швидкості, напруги, струму), а також покращення динаміки систем автоматичного керування, масо-габаритних та теплових характеристик можливо шляхом розробки нових структур ІНПП та алгоритмів керування ними. Постановка проблеми. Зміна періоду та форми резонансної кривої (РК) напруги/струму в квазірезонансних імпульсних перетворювачах (КРІП) в залежності від імпедансу навантаження призводить до неузгодженості сигналу закриття силового транзисторного ключа (СТК) з моментом переходу РК через нульове значення, а отже, – до різкого зниження ККД системи. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Типові реалізації частотно-імпульсних модуляторів (ЧІМ) містять у своєму складі керований напругою генератор та одновібратор, а повністю керовані рішення виконують на основі реверсивних лічильників та керуючого автомату. В якості новітніх ланок ЧІМ для задач керування ІНПП вводяться спостерігачі імпедансу навантаження та модулятори, побудовані на кільцевих зсувних регістрах та лініях затримки. Швидкодія ЧІМ підвищується за рахунок каскадування та використання табличного синтезу сигналу. Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Існуючі рішення не корегують тривалість імпульсу керування СТК для забезпечення його комутації при нульових значеннях напруги/струму, що нівелює можливість практичного втілення КРІП з широким діапазоном навантажень. Постановка завдання. Стаття присвячена розробці структури цифрового частотно-імпульсного модулятора з адаптивною корекцією тривалості імпульсу (ЦЧІМ-АКТІ) та метода автоматичного слідкування за РК з метою прогнозування її переходу через нуль. Викладення основного матеріалу. Запропонована схемотехнічна структура та алгоритм функціонування модулятора у складі блоків ЦЧІМ та АКТІ на основі декількох цифрових автоматів, набору лічильників та арифметико-логічних пристроїв. Пара зовнішніх гістерезисних компараторів детектує перехід резонансної кривої через порогові рівні, розміщені симетрично відносно нульового рівня. Висновки відповідно до статті. Створено новий завершений цифровий блок, який реалізований на основі програмованої логічної інтегрованої схеми (ПЛІС) з використанням мови VHDL. Введення цього блоку до складу стабілізатора напруги ланки постійного струму (ЛПС) на основі КРІП в електроприводі точного позиціювання рухомої платформи з безколекторним двигуном постійного струму (БДПС) дозволяє стабілізувати напругу ЛПС з точністю до 1%. Роздільна здатність за часом ширини імпульсу та паузи не перевищує 5нс.

В даній роботі отримані математичні моделі систем керування тиристорний перетворювач-двигун, скалярної та векторної для використання в електроприводі механізму пересування електродів печі ДСП-3. Дослідження трьох варіантів систем керування виконано з метою реалізації оптимальних перехідних процесів, що відповідають критеріям максимально можливої швидкодії та мінімізації динамічної похибки відпрацювання випадкових збурень.

В останній час системи перетворення енергії вітру збільшують своє проникнення в електричні мережі в майже усі країни світу. Інтеграція енергії вітру в енергетичні системи спричиняє проблему з точки зору якості електроенергії. У статті розглянуто електричну систему у складі вітрогенераторних установок зі змінною швидкістю обертання ротора, щоб отримати максимальну потужність із вітру. Показано основні задачі керування вітрогенераторних установок то зони роботи вітряків. Приведено огляд перетворювачів частоти. Запропоновано перетворювач частоти (AC-DC-AC) з ланкою постійного струму. До його складу входять вхідний AC/DC перетворювач, система управління якого та регулятор швидкості генератора забезпечують оптимальну передачу енергії від вітрогенератора, і вихідний DC/AC перетворювача, виконаного на базі активного випрямляча. Між вхідним інвертором і активним випрямлячем знаходиться ланка постійної напруги (конденсатор). Система керування такого перетворювача релейна. Таке керування забезпечує з релейним керування, дозволяє забезпечити практично миттєву реакцію на відхилення від завдання. Точність відтворення (відстеження) сигналу завдання буде визначатися шириною петлі гістерезису релейних регуляторів. Таким чином забезпечується електромагнітна сумісність з мережею живлення. Представлено математичний опис електромагнітних процесів в активному випрямлячі та інверторі, які входять до складу перетворювача. За допомогою цифрового моделювання в програмі Matlab проведено дослідження режимів роботи (змінення напруги генератора, частоти струму генератора) та виконан аналіз струмів на вміст гармонік. Гармонійний аналіз показав, що запропонований перетворювач забезпечує хорошу якість споживаної енергії THD істотно менше 5% що задовольняє міжнародним стандартам на якість електроенергії.

Найбільш ефективним засобом зниження рівнів електричних, магнітних та електромагнітних полів широкого частотного діапазону у виробничих та побутових умовах є їх екранування. Але у реальних умовах потребують корекції і інші фізичні фактори. Показано, що найбільш критичними з них є акустичний шум та аероіонний склад повітря. Це обумовлює необхідність здійснювати нормалізацію фізичних факторів на комплексній основі. Застосування у якості матриці для електромагнітного екрана пінолатексу і наповнювача з залізорудного концентрату дозволяє знизити рівні електромагнітних полів і акустичного шуму до нормативних значень. Навіть, для частотних смуг 31,5 Гц та 63 Гц за товщини екрана 10 мм індекси зниження шуму складають 15-20 дБ. Для частот 6-8 кГц цей показник складає 40-45 дБ, що прийнято для більшості виробничих умов. При цьому коефіцієнти екранування магнітних полів промислової частоти та електромагнітних полів ультрависоких частот відповідають нормативним вимогам. Показано, що головним фактором деіонізації повітря є електростатичні заряди, які накопичуються на полімерних повітрях, яке до того ж є причиною спрямованого руху дрібнодисперсного пилу. Перевагою латексу є відсутність електризації поверхні, що дозволяє застосувати його для облицювання поверхонь великих площ. При цьому він має пружні модулі, близькі за значеннями до модулів матеріалів, які традиційно застосовуються для шумопоглинання. Найефективнішим методом нормалізації та підтримання на нормативному рівні концентрацій аероіонів обох полярностей є застосування пристроїв штучної іонізації повітря. Для рівномірного розподілу аероіонів у об’ємі приміщень застосовують розсіюючі екрани. Перевагою екранів з латексу є відсутність часткового поглинання іонів під час розсіювань. Запропонований підхід з нормалізації рівнів електромагнітних полів акустичного шуму та концентрацій аероіонів, разом із застосуванням систем клімат-контролю дозволяє підтримувати на нормативному рівні увесь комплекс фізичних факторів виробничого середовища. Це найбільш актуально для приміщень об’єктів критичної інфраструктури (головних щитів керування, диспетчерських тощо)

Важливим компонентом узгодженої активності моторних систем головного мозку й діяльності виконавчого апарату є питання взаємозв’язку характеристик певних ритмів електроенцефалограми з особливостями керування дистальними м’язами. Уважається, що характер спонтанної ЕЕГ визначається генетично детермінованими особливостями структурно-функціональної організації мозку й може бути пов’язаний із рівнем психомоторних і когнітивних здібностей. Мета дослідження полягає у виявленні особливостей електричної активності поверхневих м’язів пальців кисті як показників їхнього функціонального стану в спокої та під час виконання мануальних рухів у відповідь на дію сенсорних сигналів у жінок із різними характеристиками α-ритму ЕЕГ. Обстежено 136 респонденток віком 19−21 рік, яких розділено на дві групи – із високими та низькими значеннями індивідуальної модальної альфа-частоти (ІαЧ) ЕЕГ, визначеної індивідуально в стані спокою. Електроміограми (ЕМГ) м’яза- згинача (m. flexor digitorum superficialis) і розгинача (m. extensor digitorum) пальців кисті жінок реєстрували в стані спокою та під час стискання і розтискання пальців кисті правої і лівої рук у відповідь на ритмічні слухові сигнали. Функціональний стан мʼязів в спокої оцінювали за середніми амплітудою і частотою фонових осциляцій ЕМГ, стан цих м’язів під час мануальних рухів – за логарифмічними коефіцієнтами змін середніх амплітуди та частоти ЕМГ. У жінок із високою ІαЧ у стані спокою встановлено більш значущі латеральні й реципрокні відмінності параметрів електроміограми флексорів та екстензорів пальців кисті руки, порівняно з обстежуваними з низькою індивідуальною α-частотою. Жінок із високою α-частотою під час мануальних рухів відзначала менша скорочувальна активність поверхневих м’язів пальців кисті, особливо згиначів правої руки. Для жінок із низькою α-частотою притаманні менш специфічні й диференційовані процеси активації поверхневих м’язів пальців. Перспективою подальших досліджень може бути встановлення особливостей електроміографічної активності дистальних мʼязів рук за умови ускладнення мануальної моторики.

Апробовано застосування методів інженерної геометрії для апроксимації функціональних двопараметричних залежностей універсальних характеристик гідротурбін, які являють собою сукупність розімкнених та зімкнених ліній на площині, що характеризують результати експериментальних досліджень фізичних моделей турбін. Універсальні характеристики наведені в номенклатурі гідротурбін і слугують вихідною інформацією для вибору параметрів натурних зразків та визначення режимів їх ефективної експлуатації. Вони дозволяють розрахувати діаметр робочого колеса для отримання заданої потужності; номінальне число обертів турбіни; значення ККД і допустимі висоти відсмоктування при всіх напорах і потужностях; відкриття напрямного апарату для будь-якого навантаження турбіни. Проведення багатоваріантних розрахункових досліджень потребує цифрового оброблення вихідної графічної інформації та її подальшого використання. Тому були розглянуті питання апроксимації кривих та поверхні кубічними сплайн-функціями, графічного визначення максімори поверхні та графічного визначення перетину поверхонь. Розроблено методичні положення визначення енергоефективного режиму роботи пропелерних та радіально-осьових гідротурбін при змінних витратах води та частоти обертання. Положення ґрунтуються на застосуванні методів інженерної геометрії для апроксимації універсальної характеристики турбіни у формі поверхні тривимірного геометричного тіла та визначення максімори поверхні, яка характеризує оптимальну функціональну залежність між відкриттям напрямного апарату і частотою обертання, що забезпечує найбільшу енергетичну ефективність процесу перетворення гідроенергетичного потенціалу водотоку в механічну енергію обертового руху турбіни. Запропоновано алгоритм розрахунку коефіцієнтів апроксимаційних кубічних сплайн-функцій універсальної характеристики гідротурбіни для визначення та реалізації законів керування енергоефективними режимами роботи гідроагрегатів при одночасній зміні двох параметрів керування. Алгоритм полягає в апроксимації вихідної універсальної характеристики гідротурбіни на рівномірну сітку параметрів керування з подальшим прямим розрахунком коефіцієнтів сплайн-функцій за рекурентними співвідношеннями. Бібл. 17, рис. 7.

При взаємодії між системою моніторингу й диспетчеризації сонячної електростанції та центральною енергетичною системою використовуються різні телекомунікаційні канали. Це може бути супутниковий канал, канал системи рухомого зв’язку, радіоканал. Система керування сонячною електростанцією містить приймально-передавальний та випромінювальний модулі. Конструкція випромінювального модуля залежить від типу телекомунікаційного каналу. Здебільшого наземні телекомунікаційні канали мають перевагу над супутниковими каналами з погляду економічності. На доповнення до стандартних конструкцій випромінювальних пристроїв системи моніторингу запропоновано використання низькопрофільної антени, а саме планарної F-подібної антени. Антена такого типу також може бути використана в системі керування для організації взаємодії між розподіленою сонячною електростанцією і магнітолевітаційною магістраллю. Проведено розрахунок планарної F-подібної антени для системи моніторингу й диспетчеризації сонячної електростанції. Створено математичну модель планарної F-подібної антени. Проведено оптимізацію геометричних розмірів такої антени за критерієм мінімуму коефіцієнта відбиття на вході антени. Встановлено, що коефіцієнт відбиття на вході такої антени не перевищує 0,15. Розраховано оптимальне положення випромінювальної поверхні відносно екрану. Проведено вибір оптимального положення заземлювальної пластини в такій випромінювальній конструкції. Для робочої частоти 2,4 ГГц розраховані загальні характеристики випромінювання даної антени: діаграма спрямованості, робоча смуга частот. Для організації двох телекомунікаційних каналів за допомогою однієї антени запропоновано використання планарної F-подібної антени з L-подібним вирізом. Розраховані характеристики випромінювання планарної F-подібної антени з L-подібним вирізом. Така модифікація антени забезпечує дві смуги робочих частот, а саме 0,9 та 1,8 ГГц. Проведена оптимізація геометричних розмірів F-подібної антени з L-подібним вирізом. Бібл. 6, рис. 7.

У статті розглядається система автоматичного регулювання, що реалізує принцип керування за прогнозом в замкнутому контурі. Об'єкти технологічного типу досить часто мають велику інерційність в каналах регулювання яка пов'язаної не тільки з чистим запізненням, але, більшою мірою з акумуляцією речовини і енергії, так званим ємнісним запізненням. Повна або часткова компенсація цієї інерційності може в значній мірі поліпшити якість регулювання для таких об'єктів. Тому в замкнутий контур системи регулювання пропонується ввести прогнозування на основі кубічного сплайну. Проведений аналіз показує, що окремі ділянки траєкторії руху регульованої змінної можуть бути представлені безперервними, багаторазово диференційованими функціями (наприклад, кубічним сплайном). Для моделі кубічного сплайну знайдені співвідношення, що дозволяють оцінювати його параметри і вести розрахунок прогнозного значення змінної в реальному часі. Проведено структурний та оптимальний параметричний синтез альтернативних варіантів систем автоматичного регулювання з типовим ПІД-регулятором, що реалізують принцип керування за прогнозом і принцип керування за станом. Порівняльний аналіз оптимальних систем, проведений в часовій і частотних областях, показав значну перевагу системи регулювання, що реалізує принцип керування за прогнозом на основі кубічного сплайну. У порівнянні з системою, що реалізує принцип керування за станом, система регулювання з прогнозуванням по кубічному сплайну забезпечує зниження інтегрального і прямих показників якості перехідних процесів до 40%. Перевірка на грубість систем автоматичного регулювання показала, що система автоматичного регулювання з прогнозуванням регульованої змінної за кубічним сплайном має більший запас стійкості, ніж система регулювання що реалізує принцип керування за станом.

Проаналізувавши особливості конструкції, принцип роботи та електропривод бетонороздавача типу СМЖ-69А, автори прийшли до висновку, що найбільш гостро потребує модернізації механізм переміщення цього пристрою та система його керування. Для підвищення ефективності роботи запропоновано застосувати частотнорегульований електропривод механізму переміщення на базі АД з короткозамкненим ротором. Рекомендовано замінити застарілий привод пересування у вигляді двигуна, редуктора і ланцюгової передачі на мотор-редуктор, що дозволить звільнити місце для встановлення контролерів та іншого обладнання системи автоматичного керування. Для механізму пересування бетонороздавача обрано сучасний мотор-редуктор, розроблена схема керування електроприводом на базі ПЛК. Пропонується застосувати тензометричний метод зважування бетонної суміші, для чого бункер з бетонною масою встановлюється на тензодатчиках. При заповненні бункера бетонороздавача до певної маси сигнал з тензодатчиків надходить на контролер, після чого програма починає працювати. Вхідним сигналом є маса бетонної суміші, що подається в бункер, а вихідним – напруга, яка подається на контролер, а потім, через перетворювач частоти, на об'єкт управління – привід пересування бетонороздавача. Керуючим впливом об’єкта керування (ОК) являється напруга, що подається на мотор-редуктор, а збурювальним впливом – сила статичного навантаження від ваги бетонороздавача, ваги бетонної суміші в бункері та сили опору розрівнюючого пристрою. Розроблена математична модель ОК, за допомогою якої проведені дослідження перехідних процесів об’єкту керування шляхом зміни керуючого та збурювального впливів. Аналіз перехідних процесів довів працездатність та якість системи керування. Розроблений алгоритм функціонування системи автоматичного керування бетонороздавачем, на базі якого побудована програма для ПЛК. Проведена технічна реалізація САК, обрані необхідні елементи та пристрої. Розрахована авторами економічна ефективність від проведеної модернізації довела її доцільність

Розглянуто основні властивості виконавчих елементів та датчиків системи керування хвилею Коріолісового вібраційного гіроскопу (КВГ). Обрано такі типи п’єзокерамічних пластин, параметри яких дозволять оптимально виконувати свої функції у складі гіроскопу. Проведено розрахунок співвідношення між напругами на виході в залежності від напруги, яка подається на вхід п’єзокерамічного виконавчого елемента на резонансній частоті, що дозволить оцінити необхідність використання додаткових підсилювачів.

Ідеться про загальні принципи, на які повинна б спиратись теорія синтезу законів (стратегій) керування пе-ремиканням передач в автоматизованій механічній трансмісії (AMT — Automated Manual Transmission) автомо-більної пожежно-рятувальної машини. Без застосування конкретних оптимізаційних критеріїв за допомогою низки наочних міркувань розглядається початковий етап розвитку концепції автоматизованого перемикання пе-редач в автомобільній трансмісії. На підставі проведеного дослідження сформульовано десять основних питань, на які теорія має знайти вмотивовані відповіді. Ці питання охоплюють зокрема такі теми й поняття: протистояння різних тенденцій в царині автоматизації трансмісії мобільної машини й об’єктивність підстав для цього проти-стояння; мапа перемикань як засіб ідентифікації та відображення законів перемикання передач; існування пріори-тетів режимів роботи двигуна на різних передачах в трансмісії; сумісність/несумісність вимог енергоощадності, екологічності, динамічності, керованості при формуванні законів (стратегій) керування системою «двигун — трансмісія»; .активна участь двигуна у синхронізаційних процесах; режим керування штибу Kickdown та необ-хідність в ньому; явище зациклення процесу перемикання передач; алгоритмічні обмеження технічного штибу; Zeroshift-технологія керування трансмісією.Стверджується, що автоматизазована механічна трансмісія — це надзвичайно ефективна альтернатива ав-томатичній трансмісії з її внутрішнім автоматизмом. Наголошується, що так звана «зовнішня» автоматизація трансмісії машини стає неперехідною потребою. До того ж, застосування технології Zeroshift в значній мірі може знівелювати втрату енергетичної ефективності через можливе зростання частоти перемикання передач. Наполя-гається на тому, що теорію автоматичного керування трансмісією мобільної машини доречно розглядати в термінах концепцій, а не варіацій технічних рішень.

В роботi одержано формулу для часу релаксацiї електронiв на поверхнi i проаналiзовано частотну залежнiсть електричної i магнiтної компонент поляризовностi двошарової металевої нанокулi. Максимуми поляризовностi вiдповiдають плазмонним резонансам ядра та оболонки. Розрахунки було проведено для бiметалевих наночастинок Ag–Au, Au–Ag та Ag–Al, розташованих у тефлонi. Продемонстровано можливiсть керування оптичними характеристиками бiметалевих наночастинок змiною їх морфологiї. Проведено розрахунки перерiзiв екстинкцiї i розсiювання та фактора пiдсилення поля в околi наночастинок у широкому спектральному iнтервалi за рiзних спiввiдношень розмiрiв ядра та оболонки, а також оцiнено температуру бiметалевої нанокулi для фототермiчної терапiї злоякiсних пухлин.

У статті розглядаються недоліки існуючих систем автоматичного керування (САК) роботою холодильного обладнання овочесховищ та способи усунення цих недоліків. Запропоновано відмежуватися від традиційних методів керування та перейти до використання інтелектуальних методів, які дозволять системі гнучко адаптуватися при зміні внутрішніх параметрів об'єкту та збурювальних дій в широкому діапазоні змінення їх величин. Розроблено математичні моделі окремих елементів системи – повітроохолоджувача, зволожувача повітря та холодильної камери, на базі яких створено узагальнену модель САК холодильного зберігання, котра дозволила визначити температуру та вологовміст повітря в динаміці. Проведеними теоретичними дослідженнями взаємодії охолоджувального повітря з об'єктом зберігання встановлено визначальний вплив температури на динаміку втрат продукту та визначено основний параметр регулювання – зміна холодопродуктивності компресорної установки в функції температури повітря на виході камери шляхом зміни об'ємних витрат холодоагенту, яка здійснюється регулюванням частоти обертання вала компресора. Проведений синтез нейроінформаційної експертної системи автоматичного керування холодопродуктивністю компресора, проаналізовані графічні залежності потужності на валу компресора від вхідних параметрів. Виявилося, що мінімальна потужність компресора досягається зменшенням теплонадходжень в камеру як із зовні, так і з середини холодильної камери, а масові витрати повітря впливають тільки на швидкість охолодження. Зроблено висновок, що визначення потужності компресора за допомогою нечітких нейронних мереж відповідає поставленій задачі. Запропоновано схему для апаратної та програмної реалізації САК технологічним мікрокліматом в холодильній камері з використанням системи СКАДА.

При розробці електропередачі вітчизняного дизель-поїзда ДЕЛ-02 з тяговими асинхронними двигунами, вирішувалося питання можливості перевірки в умовах депо його основних характеристик. Для цього потрібно було забезпечити в стаціонарних режимах навантаження та контроль роботи дизель-генераторної установки, перетворювача частоти і тягових двигунів без використання додаткового устаткування. Для забезпечення надійності експлуатаційних характеристик дизель-поїзда в систему керування електропередачі введена система контролю і діагностики основних параметрів в процесі руху. Крім того, з урахуванням особливостей схеми електропередачі, передбачена можливість перевірки і налаштування її параметрів у стаціонарних режимах. Із цією метою запропоновано та обґрунтовано використання гальмового резистора у якості навантаження дизель-генератора, а перетворювач частоти при цьому навантажується на загальмовані тягові двигуни. При цьому система регулювання залишається замкнутою, а реєстрація параметрів виконується системою контролю і діагностики

У статті розглядаються проблеми, що виникають при наземних випробуваннях авіаційних турбовальних газотурбінних двигунів на гідрогальмівних установках. Представлені експериментальні завантажувальні характеристики гідрогальма і несучого гвинта вертольота. Показано, що невідповідність завантажувальних характеристик гідрогальма відповідним характеристикам несучого гвинта може призвести до незадовільної роботи регулятора частоти обертання ротора вільної турбіни двигуна. Дано обґрунтування закону регулювання завантаженням гідрогальма, що забезпечує завантажувальні характеристики близькі до завантажувальних характеристик несучого гвинта вертольота. Показано, що гідрогальмівна установка з системою автоматичного керування завантаженням дозволяє наблизити динамічні характеристики гідрогальма до динамічних характеристик несучого гвинта вертольота і забезпечити коректні наземні випробування турбовальних ГТД.

У статті розглянуто перспективну можливість вирішення актуального для об’єднаної енергосистеми України питання щодо досягнення в останній високих показників стабільності її частоти. Відомо, що досягнути високих показників стабільності частоти намагались і за існуючих традиційних методів їх формування однак, навіть на протязі декількох останніх десятиліть зробити це так і не вдалося. За результатами проведених в роботі досліджень визначено, що досягнути високих показників стабільності частоти в об’єднаній енергосистеми буде цілком можливо навіть в умовах її самостійної роботи, якщо у місцевих енерговузлах, що живляться безпосередньо від станції АЕС, забезпечити відповідні умови для формування резервів маневрених потужностей, які будуть використовувати у процесах первинного, вторинного і третинного регулювання частоти. В роботі науково обгрунтовано і перспективну можливість створення на станціях АЕС принципово нової системи протидії процесам збурення режиму. Нова система в разі появи в об’єднаній енергосистемі процесу збурення її режиму здатна буде вчасно і адекватно виконувати протидію цьому процесу, що забезпечить можливість збереження попередньо встановленого в енергосистемі режиму із попередньо встановленим значенням частоти. Можна передбачити, що за створення нових систем керування процесами первинного, вторинного і третинного регулювання частоти безпосередньо у електромережі АЕС стане цілком можливим досягнути в об’єднаної енергосистеми України нових високих показників стабільності частоти, що відповідатимуть рівню її стабільності в енергооб’єднанні ENTSO-E. Висока енергетична ефективність визначеного перспективного напрямку щодо використання електротеплових генераторів в процесах управління режимом енергосистеми була підтверджена результатами проведених досліджень, тому саме цей напрямок повинен стати одним із пріоритетних у планах подальшого розвитку ОЕС України.

В статті проведено аналіз рухової діяльності людини. Встановлено, що управління скорочувальною активністю м'язової клітини здійснюється за допомогою мотонейронів - нервових клітин, тіла яких лежать в спинному мозку, а довгі відгалуження - аксони в складі рухового нерва підходять до м'язів, Біоелектричний вплив, переданий від центральної нервової системи до м'язів, відбивається підвищенням амплітуди в так званих рухових точках - місцях найбільшого скупчення рухомих одиниць. Якщо знімати біопотенціал в місцях розташування рухових точок, то ми можемо отримати вихідні сигнали для управління протезом. Електроміографією є основним методом дослідження нервово-м'язової системи за допомогою реєстрації біоелектричних потенціалів. Електро-міографічні дослідження показують, що амплітуди біопотенціалів варіюються від 5-10 мкВ (м'яз в стані спокою) до 500-1000 мкВ (м'яз в збудженому стані). Основний діапазон частот біопотенціалів, що реєструються поверхневими електродами, становить 20-200 Гц, з максимумом близьким 50 - 100 Гц. Запропоновано структурну схему управління біоелектричним протезом кисті.

У роботі розглянуто основні принципи проектування та вироблення матеріалів для екранування електромагнітних полів широко частотного діапазону. Призначення таких матеріалів - облицювання поверхонь великих площ. Сформульовано головні вимоги до таких матеріалів. Головними з них є: лицьова поверхня повинна мати електрофізичні властивості (діелектричну та магнітну проникності), мінімально можливі для забезпечення низьких коефіцієнтів відбиття електромагнітних хвиль. При цьому обов'язковим є одночасне забезпечення міцнісних характеристик, вогнестійкості, нетоксичності тощо. Вміст радіопоглинальної субстанції у прошарку шарової структури й закономірності зростання ефективної діелектричної (магнітної) проникності у бік підкладинки повинні забезпечувати широкосмуговість та ефективність матеріалу. Дисперсійна залежність повинна забезпечити рівномірне у заданому діапазоні частот поглинання електромагнітної енергії та її проходження від вхідної поверхні до підкладинки. Надано розрахунок необхідної товщини градієнтного матеріалу за заданого коефіцієнта відбиття, виходячи з максимальної та мінімальної довжин хвиль екранованого поля, магнітних проникності та товщин окремих шарів. Показано можливість виготовлення монолітного металополімерного екрана з поверхневим шаром з малою діелектричною проникністю за рахунок термооброблення поверхні матеріалу під час виготовлення. Показано можливість та надано технологічні рішення щодо створення монолітного металополімерного екрана з керованим градієнтом феромагнітної дрібнодисперсної субстанції у напрямку від лицьової поверхні до нижньої. Такий матеріал можливо застосовувати для керування співвідношень коефіцієнтів екранування високочастотних електромагнітних полів, електричних та магнітних полів наднизьких частот і супутнього екранування природного магнітного поля

В експерименті після часткової резекції печінки проводили 5 сеансів її локального неоднорідного електромагнітного опромінення (ЕМО) з частотою 42 МГц та вихідною потужністю 75 Вт. Температура всередині печінки не перевищувала 38º С. Для дослідження редокс-стану вивчали спектри електронного парамагнітного резонансу (ЕПМР) після повної гепатектомії на 7-му добу після часткової резекції печінки на основі аналізу спектру ЕПМР. Маса печінки після її часткової резекції на 7-му добу та курсу ЕМО була на 19,5% більша, ніж у неопромінених тварин. Рівень убісеміхінону в електронотранспортному ланцюзі (ЕТЛ) мітохондрій в регенеруючій печінці тварин після ЕМО був на 45% меншим (p < 0,05) порівняно з таким у лише оперованих тварин. Зміни редокс-стану регенеруючої печінки підтверджені також зменшенням рівня білка церулоплазміну в 2,2 разу у крові тварин після резекції та ЕМО порівняно з таким в оперованих тварин. Це свідчить про взаємозв’язок змін редокс-стану регенеруючої печінки під впливом ЕМО з метаболічними процесами в усьому організмі. Отримані результати свідчать про перспективи використання синергетичного впливу ЕМО та наномагнітних структур для дистанційного керування редокс-станом і кінетикою проліферації клітин при регенерації печінки після її резекції у пацієнтів при онкологічних захворюваннях. Ключові слова: печінка; регенерація; електромагнітне поле; редокс-стан; електронний парамагнітний резонанс; експеримент.

Актуальність теми дослідження. Для отримання зварних з’єднань із високолегованих сталей, тугоплавких та активних металів, твердих та надтвердих сплавів ефективно застосовують способи зварювання тиском, зокрема, дифузійне зварювання, яке має суттєві переваги поряд з іншими видами зварювання та дозволяє отримувати зварні конструкції складної форми з мінімальними деформаціями. Постановка проблеми. Серед джерел енергії, що застосовують для дифузійного зварювання, найбільш перспективним є нагрів тліючим розрядом, що горить у середовищі інертних або активних газів при їх тиску нижче за атмосферний і який забезпечує можливість регулювати в широких межах інтенсивність і локальність нагріву. Однак суттєвим недоліком тліючого розряду є його недостатня стабільність і здатність переходити в дугову форму, що може призводити до оплавлення і руйнування деталей. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Широка номенклатура зварних виробів визначає необхідність регулювання енергетичних характеристик розряду в значних межах. У цих умовах проблема керованості тліючого розряду стає безпосередньо пов’язаною із проблемою забезпечення його стабільності. Питанню підвищення стійкості тліючого розряду присвячена значна кількість досліджень, однак у своїй більшості вони відносяться до процесів хіміко-термічної або лазерної обробки матеріалів і не відповідають режимам горіння тліючого розряду, що застосовуються в умовах зварювання. Виділення недосліджених частин загальної проблеми. До теперішнього часу, всі спроби забезпечити стабільне існування потужнострумового тліючого розряду в межах обраної форми в різних технологічних процесах не є вельми ефективними, оскільки не беруть до уваги мультифакторність проблеми, головним чином зосереджуючись лише на енергетичних аспектах. Постановка завдання. Метою роботи є вдосконалення методів керування і стабілізації потужнострумового тліючого розряду в процесах дифузійного зварювання. Виклад основного матеріалу. Для забезпечення стабільності тліючого розряду в роботі запропоновано використовувати певний критерій, який поєднує параметри режиму горіння розряду з умовами переходу його в електричну дугу. Таким критерієм у роботі обрано співвідношення середньої напруги на розрядному проміжку, що визначається частотою виникнення дугових пробоїв, до напруги горіння стабільного тліючого розряду. За відсутності дугових пробоїв значення критерію наближається до максимального К = 1, зі збільшенням частоти імпульсів дуги величина К поступово знижується. Оскільки стійкість тліючого розряду суттєво залежить від основних параметрів режиму, у роботі визначено інтегральний показник, який поєднаний із критерієм стійкості. У ролі такого показника застосовано добуток струму розряду та тиску газу. Встановлено аналітичну залежність критерію стійкості від обраного показника. Розроблено схему автоматичного пристрою переривання процесу нагрівання за умови, якщо фактичне значення коефіцієнта стійкості опуститься нижче його заданого значення. Висновки відповідно до статті. Оптимальне регулювання тліючого розряду в процесах дифузійного зварювання за умов забезпечення його стабільності може ефективно здійснюватися на основі критерію стійкості, що визначається як співвідношення середнього значення напруги на розрядному проміжку до напруги горіння стабільного тліючого розряду, і величина якого при оптимальному процесі становить 0,5…1.

Актуальність теми дослідження. З огляду на те, що за останні десятиліття кількість нещасних випадків, збоїв обладнання, у тому числі нещасних випадків на вертольотах, становило понад десять, актуальною науково-практичною задачею являється діагностика і прогнозування змін стану авіаційного генератора. Постановка проблеми. Основна мета цієї роботи – розробка нейронної мережі, яка буде враховувати основні технічні та експлуатаційні характеристики авіаційного генератора вертольота з метою діагностики і подальшого прогнозування його стану, скорочуючи час обчислень і збільшуючи рівень достовірності результатів. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Проблема інформаційної діагностики авіаційної техніки описана в роботах, в яких застосовуються різні методи визначення несправностей авіаційної техніки. Використання нейронних мереж у вирішенні завдань управління динамічними системами вивчається вченими і дослідниками, робота яких демонструє високий потенціал об'єднання двох обчислювальних технологій – штучних нейронних мереж і генетичних алгоритмів для вирішення задач синтезу інтелектуальних систем керування. Виділення недосліджених частини загальної проблеми. Нині є безліч підходів до проблеми діагностики складних динамічних об'єктів, у тому числі авіаційного генератора вертольота, найбільш поширеним з яких є інформаційна діагностика, одним із методів якої є використання нейронних мереж. Використання нейронних мереж управління дозволяє істотно усунути математичні проблеми аналітичного синтезу та аналізу властивостей досліджуваного об'єкта. Це пояснюється тим, що якість процесів управління в нейронних системах багато в чому залежить від фундаментальних властивостей багатошарових нелінійних нейронних мереж, а не від аналітичних розрахованих оптимальних законів. Багатошарові нейронні мережі мають ряд переваг, що дозволяє їх використовувати в задачах управління динамічними об’єктами. Постановка завдання. Метою цієї роботи є створення нейронної мережі, яка буде враховувати основні технічні та експлуатаційні характеристики авіаційного генератора вертольота. Виклад основного матеріалу. При діагностуванні авіаційного генератора вертольота повинні враховуватися такі параметри: теплові параметри генератора, рівень шуму генератора, частота обертання генератора, опір ізоляції контурів ротора, струм зворотної послідовності, рівень вібрації генератора, биття валу генератора, відхилення напруги, коливання напруги, коефіцієнт несинусоїдальності кривої напруги, коефіцієнт n-й гармонійної складової напруги непарного (парного) порядку, коефіцієнти нульової послідовності, відхилення частоти імпульсної напруги. Водночас необхідно швидко обчислити вихідний стан генератора в поточному режимі роботи для даної функції. Найбільш оптимальним методом вирішення проблеми є використання нейронних мереж, що скоротить час обчислень, підвищить рівень надійності результатів. Висновки відповідно до статті. У статті виконано синтез нейрорегулятора прогнозу NN Prediction Controller для вирішення завдання автоматизації діагностики стану авіаційного генератора вертольота в реальних режимах роботи шляхом розробки моделі нейромережевої системи в Simulink програмного пакету MATLAB. Також встановлено, які параметри істотно впливають на якість регулювання та визначено оптимальні значення параметрів. Використання нейромережевої моделі для автоматизації діагностики стану авіаційного генератора вертольота забезпечило високу якість ідентифікації параметрів нейрорегулятора. Це дозволило вибрати оптимальні значення параметрів нейрорегулятора, що забезпечить високі динамічні характеристики системи діагностики стану авіаційного генератора вертольота.

Актуальність теми дослідження. Спектральне представлення сигналів надає можливість виявляти приховані властивості фізичних процесів і, таким чином, запобігти появі ймовірних небезпечних ситуацій. Метод діагностування газотурбінного двигуна (ГТД) на основі S-дискримінанта використовується для розроблення й налаштування засобів захисту газотурбінних двигунів від помпажу та обертового зриву. Постановка проблеми. Розробка цього методу дасть змогу застосовувати S-дискримінант для раннього діагностування розвитку зривних процесів у турбокомпресорі ГТД, і тим самим визначати певні граничні умови, перевищення яких свідчитиме про втрату газодинамічної стійкості й дасть змогу системам автоматичного керування двигунами вчасно завадити поширенню помпажних явищ у турбокомпресорі ГТД. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Були розглянуті останні публікації з досвіду використання схожих методів при діагностиці помпажу та обертового зриву в турбокомпресорі ГТД. Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Можливість використання методу діагностування ГТД на основі S-дискримінанта для раннього діагностування розвитку зривних процесів у турбокомпресорі ГТД не досліджена. Постановка завдання. Вдосконалення методу діагностування помпажу ГТД на основі S-дискримінанту. Виклад основного матеріалу. У роботі проведено дослідження методу діагностування на основі Sдискримінанта. Показано, що цей метод діагностування має певні переваги, серед яких можна відзначити такі: проведення індивідуального контролю технічного стану конкретного об'єкта у широкому діапазоні частот; визначення розладнання машини та її експлуатаційних пошкоджень на ранній стадії; здійснення контролю розвитку несправностей залежно від часу наробітки, що дає змогу захищати машини та механізми від аварійних ситуацій. Запропонована модифікація методу S-дискримінанта. Висновки відповідно до статті. Використання модифікованого методу S-дискримінанта в процесі діагностування розвитку помпажу в турбокомпресорі ГТД має певні переваги перед іншими схожими методами діагностики.

Україна залишається однією з десяти держав, здатних виробляти радіолокатори по замкнутому циклу. Продукція військово-промислового комплексу України у галузі радіолокації має гарну репутацію в світі. Знання світових тенденцій розвитку тих чи інших систем озброєнь є необхідною умовою для правильного вибору шляхів та напрямків розвитку аналогічних систем для Збройних Сил своєї країни. Означений підхід є особливо важливим при визначенні напрямків розвитку таких складних систем озброєння, якими є радіолокаційні засоби контролю повітряного простору. Проаналізовано тенденції розвитку оглядових радарів та засобів контролю повітряного простору на прикладах вітчизняних розробок та розробок країн колишнього СРСР, Китаю та США на основі рекламних матеріалів, каталогів компаній - розробників, каталогів та існуючих зразків радіолокаторів, які представлялися на міжнародних виставках. Визначено основні напрямки вдосконалення РЛС. Зазначені основні тенденції розвитку РЛС у наступних областях. Використання декількох частотних діапазонів випромінювання та прийому сигналів, розширення діапазонів, перехід в міжнародно визначений діапазон для військового використання. Досягнення нових функціональних можливостей РЛС та уніфікації за рахунок глибокої модернізації, введення додаткових режимів, комплексування та дистанційного керування. Удосконалення конструкції РЛС або окремих конструктивних елементів, використання передових технологій у побудові антен, вузлів та систем РЛС, покращення експлуатаційних характеристик. Втілення нових методів та алгоритмів обробки сигналів. Для кожного напрямку наводяться приклади нових вітчизняних розробок та найхарактерніші зарубіжні радіолокаційні засоби. Обговорюються переваги технічних рішень. Стаття містить такі висновки. Оглядові радіолокаційні засоби та РЛС контролю повітряного простору знаходять свій розвиток у нових та модернізованих зразках у більшості країн, які спроможні організовувати розробку та виготовлення засобів радіолокації за замкнутим циклом. Завдяки використанню нових технологій та збереженню традиційних підходів суттєво змінюється як зовнішній вигляд РЛС, так і їх функціональні можливості. Нові та модернізовані РЛС українського виробництва не поступаються закордонним аналогам ні за тактико-технічними характеристиками, ні за технологіями, які використовуються під час побудові. Розробка тактико-технічних вимог до нових та РЛС, які модернізуються, повинна здійснюватися з урахуванням світових тенденцій розвитку радіолокаційні засобів, які мають постійно вивчатися та систематизуватися.

Актуальність теми дослідження. Аналіз досягнень сучасної енергетики показує, що децентралізовані енергосистеми з використанням джерел розосередженої генерації можуть бути надзвичайно прибутковою сферою для капіталовкладень, якщо є можливість розміщувати джерела генерації енергії поблизу споживачів. Зазвичай витрати на передачу енергії сягають 30 % від вартості її вироблення. Наявні методики для проєктування системи електропостачання віддалених споживачів переважно розглядають як альтернативу централізованому електропостачанню, електропостачання за рахунок генерації електроенергії на базі відновлювальних джерел енергії, або за рахунок використання котелень, дизель-генераторів. Між тим, освоєння потенціалу відновлювальних джерел енергії – це технічно важкореалізоване нині завдання, яке пов’язане з низькою щільністю потоку енергії від відновлювальних джерел енергії і залежністю їх від природних умов. Вартість отримання енергії, хоча вона і щорічно знижується, залишається значно вище, ніж у традиційних енергоресурсів, а необхідних кардинальних технічних рішень поки немає. Постановка проблеми. Проблематикою цієї роботи є синтез методу визначення потенціалу розосереджених джерел енергії в умовах залізорудних підприємств, враховуючи особливості та специфіку їх експлуатації. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Об’єднання на паралельну роботу розосередженої генерації та мережі дасть синергетичний ефект – появу нових властивостей, яких не було у складових частинах, що проявляється, зокрема, у зниженні нерегулярності сумарного графіка навантаження об’єднаних систем, зниженні його нерівномірності в добовому, тижневому й сезонному розрізах, зменшенні залежності частоти електричного струму від коливань балансу потужності. У попередніх дослідженнях нами обґрунтовано позитивний ефект від впровадження джерел розосередженої генерації в умовах промислових підприємств, а саме модульність, надійність, місцеве керування, зменшення негативного впливу на екологію та малий пусковий період. Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Враховуючи складність технологічного процесу та специфіку функціонування гірничих підприємств, актуальним науково-практичним завданням є розробка методу визначення потенціалу розосереджених джерел енергії в умовах залізорудних підприємств, враховуючи специфіку їх функціонування. Постановка завдання. Отже, актуальним науково-практичним завданням є синтез методу визначення потенціалу розосереджених джерел енергії в умовах залізорудних підприємств, що дозволить ефективно впроваджувати джерела розосередженої генерації у структури електропостачання залізорудних підприємств. Виклад основного матеріалу. Для визначення потенціалу відновлювальних джерел енергії, що входять до складу джерел розосередженої генерації в умовах залізорудних підприємств, необхідно мати як можна повніші й чіткі дані про електропостачання і електроспоживання навантаження електрообладнанням залізорудного підприємства протягом доби, а також наявність даних про витрати електричної енергії в електромережі електропостачання і електроспоживання навантаження. Висновки відповідно до статті. На залізорудних підприємствах актуальним та можливим є впровадження в загальну структуру систем електроживлення розосередженої генерації на базі відновлюваних джерел енергії. Запропонований метод визначення потенціалу розосереджених джерел енергії в умовах залізорудних підприємств дозволить ефективно впроваджувати розосереджену генерацію до структури їх електропостачання.

У зв’язку із загальною інформатизацією освіти і швидким розвитком цифрових засобів обробки інформації назріла необхідність впровадження в лабораторні практикуми вищих та середніх навчальних закладів цифрових засобів збору, обробки та оформлення експериментальних результатів, в тому числі під час виконання лабораторних робот з основ електротехнічних пристроїв та систем. При цьому надмірне захоплення віртуальними лабораторними роботами на основі комп’ютерного моделювання в порівнянні з реальним (натурним) експериментом може призводити до втрати особової орієнтації в технології освіти і відсутності надалі у випускників навчальних закладів ряду практичних навичок.У той же час світові компанії, що спеціалізуються в учбово-технічних засобах, переходять на випуск учбового устаткування, що узгоджується з комп’ютерною технікою: аналого-цифрових перетворювачів і датчиків фізико-хімічних величин, учбових приладів керованих цифро-аналоговими пристроями, автоматизованих учбово-експеримен­тальних комплексів, учбових експериментальних установок дистанційного доступу.У зв’язку із цим в області реального експерименту відбувається поступовий розвиток інформаційних джерел складної структури, до яких, у тому числі, відносяться комп’ютерні лабораторії, що останнім часом оформлюються у новий засіб реалізації учбового натурного експерименту – цифрові електронні лабораторії (ЦЕЛ).Відомі цифрові лабораторії для шкільних курсів фізики, хімії та біології (найбільш розповсюджені компаній Vernier Software & Technology, USA та Fourier Systems Inc., Israel) можуть бути використані у ВНЗ України, але вони мають обмежений набір датчиків, необхідність періодичного ручного калібрування, використовують застарілий та чутливий до електромагнітних завад аналоговий інтерфейс та спрощене програмне забезпечення, що не дозволяє проводити статистичну обробку результатів експерименту та з урахуванням низької розрядності аналого-цифрових перетворювачів не може використовуватись для проведення науково-дослідних робіт у вищих навчальних закладах, що є однією із складових підготовки висококваліфікованих спеціалістів, особливо в університетах, які мають статус дослідницьких.Із вітчизняних аналогів відомі окремі компоненти цифрових лабораторій, що випускаються ТОВ «фірма «ІТМ» м. Харків. Вони поступаються продукції компаній Vernier Software & Technology, USA та Fourier Systems Inc. та мають близькі цінові характеристики на окремі компоненти. Тому необхідність розробки вітчизняної цифрової навчальної лабораторії є нагальною, проблематика досліджень та предмет розробки актуальні.Метою проекту є створення сучасної вітчизняної цифрової електронної лабораторії та відпрацювання рекомендацій по використанню у викладанні на її основі базового переліку науково-природничих та біомедичних дисциплін у ВНЗ I-IV рівнів акредитації при значному зменшенні витрат на закупку приладів, комп’ютерної техніки та навчального-методичного забезпечення. В роботі використані попередні дослідження НДІ Прикладної електроніки НТУУ «КПІ» в галузі МЕМС-технологій (micro-electro-mechanical) при створенні датчиків фізичних величин, виконано огляд технічних та методичних рішень, на яких базуються існуючі навчальні цифрові лабораторії та датчики, розроблені схемотехнічні рішення датчиків фізичних величин, проведено конструювання МЕМС – первинних перетворювачів, та пристроїв реєстрації інформації. Розроблені прикладні програми інтерфейсу пристроїв збору інформації та вбудованих мікроконтролерів датчиків. Сформульовані вихідні дані для розробки бездротового інтерфейсу датчиків та програмного забезпечення цифрової лабораторії.Таким чином, у даній роботі пропонується нова вітчизняна цифрова електронна лабораторія, що складається з конструкторської документації та дослідних зразків обладнання, програмного забезпечення та розробленого єдиного підходу до складання навчальних методик для цифрових лабораторій, проведення лабораторних практикумів з метою економії коштів під час створення нових лабораторних робіт із реєстрацією даних, обробки результатів вимірювань та оформленням результатів експерименту за допомогою комп’ютерної техніки.Цифрова електронна лабораторія складається із таких складових частин: набірного поля (НП); комплектів модулів (М) із стандартизованим вихідним інтерфейсом, з яких складається лабораторний макет для досліджування об’єкту (це – набір електронних елементів: резисторів, ємностей, котушок індуктивності, цифро-аналогових та аналого-цифрових перетворювачів (ЦАП та АЦП відповідно)) та різноманітних датчиків фізичних величин; комп’ютерів студента (планшетного комп’ютера або спеціалізованого комп’ютера) з інтерфейсами для датчиків; багатовходових пристроїв збору даних та їх перетворення у вигляд, узгоджений з інтерфейсом комп’ютера (реєстратор інформації або Data Logger); комп’ютер викладача (або серверний комп’ютер із спеціалізованим програмним забезпеченням); пристрої зворотного зв’язку (актюатори), що керуються комп’ютером; трансивери для бездротового прийому та передачі інформації з НП.Таким чином, з’являється новий клас бездротових мереж малої дальності. Ці мережі мають ряд особливостей. Пристрої, що входять в ці мережі, мають невеликі розміри і живляться в основному від батарей. Ці мережі є Ad-Hoc мережами – високоспеціалізованими мережами з динамічною зміною кількісного складу мережі. У зв’язку з цим виникають завдання створення та функціонування даних мереж – організація додавання і видалення пристроїв, аутентифікація пристроїв, ефективна маршрутизація, безпека даних, що передаються, «живучість» мережі, продовження часу автономної роботи кінцевих пристроїв.Протокол ZigBee визначає характер роботи мережі датчиків. Пристрої утворюють ієрархічну мережу, яка може містити координатор, маршрутизатори і кінцеві пристрої. Коренем мережі являється координатор ZigBee. Маршрутизатори можуть враховувати ієрархію, можлива також оптимізація інформаційних потоків. Координатор ZigBee визначає мережу і встановлює для неї оптимальні параметри. Маршрутизатори ZigBee підключаються до мережі або через координатор ZigBee, або через інші маршрутизатори, які вже входять у мережу. Кінцеві пристрої можуть з’єднуватися з довільним маршрутизатором ZigBee або координатором ZigBee. По замовчуванню трафік повідомлень розповсюджується по вітках ієрархії. Якщо маршрутизатори мають відповідні можливості, вони можуть визначати оптимізовані маршрути до визначеної точки і зберігати їх для подальшого використання в таблицях маршрутизації.В основі будь-якого елементу для мережі ZigBee лежить трансивер. Активно розробляються різного роду трансивери та мікроконтролери, в які потім завантажується ряд керуючих програм (стек протоколів ZigBee). Так як розробки ведуться багатьма компаніями, то розглянемо та порівняємо новинки трансиверів тільки кількох виробників: СС2530 (Texas Instruments), AT86RF212 (Atmel), MRF24J40 (Microchip).Texas Instruments випускає широкий асортимент трансиверів. Основні з них: CC2480, СС2420, CC2430, CC2431, CC2520, CC2591. Всі вони відрізняються за характеристиками та якісними показниками. Новинка від TI – мікросхема СС2530, що підтримує стандарт IEEE 802.15.4, призначена для організації мереж стандарту ZigBee Pro, а також засобів дистанційного керування на базі ZigBee RF4CE і обладнання стандарту Smart Energy. ІС СС2530 об’єднує в одному кристалі РЧ-трансивер і мікроконтролер, ядро якого сумісне зі стандартним ядром 8051 і відрізняється від нього поліпшеною швидкодією. ІС випускається в чотирьох виконаннях CC2530F32/64/128/256, що розрізняються обсягом флеш-пам’яті – 32/64/128/256 Кбайт, відповідно. В усьому іншому всі ІС ідентичні: вони поставляються в мініатюрному RoHS-сумісному корпусі QFN40 розмірами 6×6 мм і мають однакові робочі характеристики. СС2530 являє собою істотно покращений варіант мікросхеми СС2430. З точки зору технічних параметрів і функціональних можливостей мікросхема СС2530 перевершує або не поступається CC2430. Однак через підвищену вихідну потужність (4,5 дБм) незначно виріс струм споживання (з 27 до 34 мА) при передачі. Крім того, ці мікросхеми мають різні корпуси і кількість виводів (рис. 1). Рис. 1. Трансивери СС2530, СС2430 та СС2520 фірми Texas Instruments AT86RF212 – малопотужний і низьковольтний РЧ-трансивер діапазону 800/900 МГц, який спеціально розроблений для недорогих IEEE 802.15.4 ZigBee-сумісних пристроїв, а також для ISM-пристроїв з підвищеними швидкостями передачі даних. Працюючи в діапазонах частот менше 1 ГГц, він підтримує передачу даних на малих швидкостях (20 і 40 Кбіт/с) за стандартом IEEE 802.15.4-2003, а також має опціональну можливість передачі на підвищених швидкостях (100 і 250 Кбіт/с) при використанні модуляції O-QPSK у відповідності зі стандартом IEEE 802.15.4-2006. Більше того, при використанні спеціальних високошвидкісних режимів, можлива передача на швидкості до 1000 Кбіт/с. AT86RF212 можна вважати функціональним блоком, який з’єднує антену з інтерфейсом SPI. Всі критичні для РЧ тракту компоненти, за винятком антени, кварцового резонатора і блокувальних конденсаторів, інтегровані в ІС. Для поліпшення загальносистемної енергоефективності та розвантаження керуючого мікроконтролера в ІС інтегровані прискорювачі мережевих протоколів (MAC) і AES- шифрування.Компанія Microchip Technology виробляє 8-, 16- і 32- розрядні мікроконтролери та цифрові сигнальні контролери, а також аналогові мікросхеми і мікросхеми Flash-пам’яті. На даний момент фірма випускає передавачі, приймачі та трансивери для реалізації рішень для IEEE 802.15.4/ZigBee, IEEE 802.11/Wi-Fi, а також субгігагерцового ISM-діапазону. Наявність у «портфелі» компанії PIC-мікроконтролерів, аналогових мікросхем і мікросхем пам’яті дозволяє їй запропонувати клієнтам комплексні рішення для бездротових рішень. MRF24J40 – однокристальний приймач, що відповідає стандарту IEEE 802.15.4 для бездротових рішень ISM-діапазону 2,405–2,48 ГГц. Цей трансивер містить фізичний (PHY) і MAC-функціонал. Разом з мікроспоживаючими PIC-мікроконтролерами і готовими стеками MiWi і ZigBee трансивер дозволяє реалізувати як прості (на базі стека MiWi), так і складніші (сертифіковані для роботи в мережах ZigBee) персональні бездротові мережі (Wireless Personal Area Network, WPAN) для портативних пристроїв з батарейним живленням. Наявність MAC-рівня допомагає зменшити навантаження на керуючий мікроконтролер і дозволяє використовувати недорогі 8-розрядні мікроконтролери для побудови радіомереж.Ряд компаній випускає завершені модулі ZigBee (рис. 2). Це невеликі плати (2÷5 кв.см.), на яких встановлено чіп трансивера, керуючий мікроконтролер і необхідні дискретні елементи. У керуючий мікроконтролер, у залежності від бажання і можливості виробника закладається або повний стек протоколів ZigBee, або інша програма, що реалізує можливість простого зв’язку між однотипними модулями. В останньому випадку модулі іменуються ZigBee-готовими (ZigBee-ready) або ZigBee-сумісними (ZigBee compliant).Всі модулі дуже прості в застосуванні – вони містять широко поширені інтерфейси (UART, SPI) і управляються за допомогою невеликого набору нескладних команд. Застосовуючи такі модулі, розробник позбавлений від роботи з високочастотними компонентами, так як на платі присутній ВЧ трансивер, вся необхідна «обв’язка» і антена. Модулі містять цифрові й аналогові входи, інтерфейс RS-232 і, в деяких випадках, вільну пам’ять для прикладного програмного забезпечення. Рис. 2. Модуль ZigBee із трансивером MRF24J40 компанії Microchip Для прикладу, компанія Jennic випускає лінійку ZigBee-сумісних радіомодулів, побудованих на низькоспоживаючому бездротовому мікроконтролері JN5121. Застосування радіомодуля значно полегшує процес розробки ZigBee-мережі, звільняючи розробника від необхідності конструювання високочастотної частини виробу. Використовуючи готовий радіомодуль, розробник отримує доступ до всіх аналогових і цифрових портів вводу-виводу чіпу JN5121, таймерам, послідовного порту і інших послідовних інтерфейсів. У серію входять модулі з керамічної антеною або SMA-коннектором з дальністю зв’язку до 200 метрів. Розмір модуля 18×30 мм. Версія модуля з підсилювачем потужності і підсилювачем вхідного сигналу має розмір 18×40 мм і забезпечує дальність зв’язку більше 1 км. Кожен модуль поставляється з вбудованим стеком протоколу рівня 802.15.4 MAC або ZigBee-стеком.За висновками експертів з аналізу ринку сьогодні одним з найперспективніших є ринок мікросистемних технологій, що сягнув 40 млрд. доларів станом на 2006 рік зі значними показниками росту. Самі мікросистемні технології (МСТ) почали розвиватися ще з середини ХХ ст. і, отримуючи щоразу нові поштовхи з боку нових винаходів, чергових удосконалень технологій, нових галузей науки та техніки, динамічно розвиваються і дедалі ширше застосовуються у широкому спектрі промислової продукції у всьому світі.Прилад МЕМС є об’єднанням електричних та механічних елементів в одну систему дуже мініатюрних розмірів (значення розмірів механічних елементів найчастіше лежать у мікронному діапазоні), і достатньо часто такий прилад містить мікрокомп’ютерну схему керування для здійснення запрограмованих дій у системі та обміну інформацією з іншими приладами та системами.Навіть з побіжного аналізу структури МЕМС зрозуміло, що сумарний технологічний процес є дуже складним і тривалим. Так, залежно від складності пристрою технологічний процес його виготовлення, навіть із застосуванням сучасних технологій, може тривати від кількох днів до кількох десятків днів. Попри саме виготовлення, доволі тривалими є перевірка та відбраковування. Часто виготовляється відразу партія однотипних пристроїв, причому вихід якісної продукції часто не перевищує 2 %.Для виготовлення сучасних МЕМС використовується широка гама матеріалів: різноманітні метали у чистому вигляді та у сплавах, неметали, мінеральні сполуки та органічні матеріали. Звичайно, намагаються використовувати якомога меншу кількість різнорідних матеріалів, щоби покращити технологічність МЕМС та знизити собівартість продукції. Тому розширення спектра матеріалів прийнятне лише за наявності специфічних вимог до елементів пристрою.Спектр наявних типів сенсорів в арсеналі конструктора значно ширший та різноманітніший, що зумовлено багатоплановим застосуванням МЕМС. Переважно використовуються ємнісні, п’єзоелектричні, тензорезистивні, терморезистивні, фотоелектричні сенсори, сенсори на ефекті Холла тощо. Розроблені авторами в НДІ Прикладної електроніки МЕМС-датчики, їх характеристики, маса та розміри наведені у табл. 1.Таблиця 1 №з/пМЕМС-датчикиТипи датчиківДіапазони вимірюваньГабарити, маса1.Відносного тиску, тензорезистивніДВТ-060ДВТ-1160,01–300 МПа∅3,5–36 мм,5–130 г2.Абсолютного тиску,тензорезистивніДАТ-0220,01–60 МПа∅16 мм,20–50 г3.Абсолютного тиску, ємнісніДАТЄ-0090,05–1 МПа5×5 мм4.Лінійного прискорення,тензорезистивніДЛП-077±(500–100 000) м/с224×24×8 мм,100 г5.Лінійного прискорення,ємнісніАЛЄ-049АЛЄ-050±(5,6–1200) м/с235×35×22 мм, 75 г6.Кутової швидкості,ємнісніДКШ-011100–1000 °/с