Методы и модели автоматизированного управления бесперебойным электропитанием узлов беспроводных сенсорных сетей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Каунг Мьят Хту

• Каунг Мьят Хту
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Каунг Мьят Хту

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЕЙ

1.1 Беспроводные сенсорные сети в промышленности

1.1.1 Архитектура системы БСС, сетевые топологии и стандарты

1.1.2 Преимущества интегрирования БСС в системы автоматизации

1.1.3 Конкретные примеры применения БСС в промышленности и Промышленная автоматизация в беспроводной технологии

1.2. Анализ автономных систем энергоснабжения в промышленных беспроводных сенсорных сетях

1.2.1 Узлы БСС

1.2.2 Проблемы с питанием беспроводных сенсорных узлов

1.2.3. Ограничения источников энергии для сенсорных узлов

1.2.4 Беспроводной сенсорный узел для решения по сбору энергии и обзор методов сбора энергии

1.3 Линейные микрогенераторы как средство энергообеспечения маломощных объектов

1.4 Обзор методов исследования автономных систем энергообеспечения маломощных объектов на основе вибрационного микрогенератора

1.4.1 Особенности исследования электромагнитных систем численными методами

1.5 Выводы по главе, постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ВИБРАЦИОННОГО МИКРОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ МАЛОМОЩНЫХ ОБЪЕКТОВ

2.1. АСЭ узла БСС с линейным ВМГ с управляемым воздушным зазором

2.2. Описание подходов и принципы построения математической модели микровибрационных систем

2

2.3 Построение конечно-элементной модели для расчета параметров источника бесперебойного питания на основе вибрационного микрогенератора

2.4 Разработка методики решения системы алгебраических уравнений электромагнитного поля вибрационной электромагнитной системы

2.4.1 Описание подходов к решению системы алгебраических уравнений

2.4.2 Организация вычислений при решении уравнений методом квадратного корня

2.4.3 Организация вычислений при решении уравнений итерационными методами

2.5 Расчет дифференциальных характеристик электромагнитного поля вибрационного микрогенератора

2.6 Результаты и выводы по главе

ГЛАВА 3 КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В ВИБРАЦИОННОМ МИКРОГЕНЕРАТОРЕ ИСТОЧНИКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

3.1 Описание конструкции генератора и определение исходных данных для проведения компьютерного моделирования

3.2 Исследование магнитного поля индуктора вибрационного микрогенератора

3.3 Влияние величины воздушного зазора на величину силы и индукцию в воздушном зазоре

3.4 Оценка влияния геометрии постоянных магнитов на индукцию в воздушном зазоре

3.5 Исследование нагрузочных характеристик вибрационного микрогенератора

3.6 Исследование индуктивности обмоток статора вибрационного микрогенератора

3.7 Модель системы автоматизированного управления ВМГ

3.8 Результаты и выводы главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХНИЧЕСКОЙ ВИБРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ИММИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

4.1 Описание структуры программного комплекса для имитационного моделирования электромеханических систем

4.2 Общие подходы к построению имитационной модели источника бесперебойного питания

4.3 Исследование работы однофазного синхронного вибрационного микрогенератора

4.4 Исследование работы трехфазного синхронного вибрационного микрогенератора

4.5 Исследование работы трехфазного синхронного вибрационного микрогенератора на выпрямительную нагрузку

4.6 Результаты и выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и модели автоматизированного управления бесперебойным электропитанием узлов беспроводных сенсорных сетей»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Развитие цифровых технологий приводит к бурному росту информационных устройств различного назначения, работающих без связи со стационарными энергосистемами. Одним из основных направлений развития автоматизации в промышленности в настоящее времы является применение беспроводных сенсорных сетей. Беспроводные сенсорные сети (Wireless Sensor Networks) представляют собой сети, состоящие из большого количества узлов, где каждый узел оснащен датчиком различных физических величин: давления, температуры, освещенности и т.д. Однако, организация БСС связана с рядом проблем, из которых одной из наиболее серьезных является обеспечение узлов сети автономным электропитанием. Наиболее целесообразным для этого представляется применение независимых малогабаритных устройств, обеспечивающих генерацию электрической энергии. В качестве основных типов таких устройств обычно используются линейные микрогенераторы, обеспечивающие конвертацию энергии механического движения различных типов (например, колебаний с широким спектром частот) в электрическую энергию.

При создании автономной системы энергообеспечения маломощных объектов (АСЭ), до 2-5 Вт, наиболее перспективным выглядит использование энергии вибрационного движения. Например, АСЭ потребителей на основе вибрационного микрогенератора (ВМГ), который преобразует энергию механического движения человека в электрическую. При этом данная система, оснащенная электронным блоком управления, генерирует напряжение питания в 5 В, обеспечивая выходной ток до 200 мА (при весе микрогенератора 250 гр.) [1].

Как выработка энергии вибрационным генератором, так и ее потребление узлом БСС, существенно неравномерны во времени, причем пики потребления и генерации как правило не совпадают. Чтобы гарантировать бесперебойную работу узла генератор должен иметь запас по мощности. Однако, отвод лишней энергии в компактных узлах БСС вызывает существенные трудности. В связи с этим представляется целесообразным регулировать мощность генератора в процессе работы за счет автоматизированного управления воздушным зазором между статором и индуктором.

Управление величиной воздушного зазора в свою очередь требует проведения исследований его влияния на токи и напряжения в генераторе. Таким образом, разработка методов количественной оценки параметров

магнитоэлектрического поля микрогенератора с учетом геометрических параметров и реальных свойств материалов всех тел, входящих в область расчета, и разработка на основе результатов моделирования системы автоматизированного управления ВМГ является актуальной научной задачей.

Преобразование электромеханической энергии в ВМГ происходит в результате электродинамических процессов, в связи, с чем возникает необходимость проведения строгого изучения движения заряженных материальных тел в электромагнитных полях.

Разработкой автономных систем электроснабжения (АСЭ) занимались различные ученые, в том числе Б. Аткинс, Д.А. Бут, В.А. Балагуров, Г. Вудсон, Ф.Ф. Галтеев, Г.Е. Зильберман, М.Ф. Зарипов, Д. Новотный, Л.М. Паластин, Д. Уайт и многие другие. В основном их работы направлены на создание и исследование источников электроэнергии, функционирующих на основе генераторов вращательного движения [2-5]. Существующие разработанные теории в области создания электрических машин с приводами возвратно-поступательного движения (С.А. Зайцев, А.И. Смелягин, А.И. Москвитин, Я.Г. Пановко, Н.П. Ряшенцев) посвящены исследованию и расчету электромагнитных механизмов (вибраторов, молотков, компрессоров, насосов, вибротранспортеров и т.п.) [6,7] и не могут быть применены для изучения магнитоэлектрических систем.

При любом методе количественной оценке параметров магнитоэлектрического поля необходимо выполнение численных расчетов. В этом смысле степень использования компьютерной техники для расчетов полей определяется требованиями к полноте расчетов и принятыми методами. Даже если применяется аналитический метод решения задачи, для получения численных результатов приходится на последнем этапе использовать ЭВМ. Применение численных методов предполагает запись подлежащих решению уравнений в пригодном для численной реализации виде и нахождение этих решений с помощью методов вычислительной математики. При этом основные затраты времени и средств приходятся на этап составления и анализа алгоритмов, программирования и отладки программ, анализа погрешности результатов. Выдвигаемые практикой задачи электротехники уже давно не могут быть решены без применения ЭВМ, что влечет за собой видоизменение методов расчета электромагнитного поля, электрических и магнитных цепей. По этой причине большую ценность приобретает разработка новых методов расчета электромагнитных полей, ориентированных на реализацию на ЭВМ. Такие методы эффективно

развиваются в последние годы, при чем с усложнением самих ЭВМ изменяются, и методы численных расчетов полей [8].

Использование аналитических методов для решения задач переработки входной информации дает возможность, для получения численного результата, осуществить только одноразовый вывод формул и уравнений [8]. Численные методы обладают тем преимуществом, что получение требуемого результата происходит с учетом как реальных физических свойств материалов, так и геометрических параметров всех тел, которые входят в расчетную область. Требуемая точность решения задач может быть достигнута с учетом нелинейных и анизотропных свойств и без отказа от допущений, которые упрощают геометрические и физические параметры расчетных объектов.

Основание для выполнения работы. Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ») в рамках тематического плана научно-исследовательских работ (2022-2023 г.г.) рамках государственного задания Минобрнауки России, по федеральным целевым программам, грантам государственных фондов поддержки научной, научно-технической инновационной деятельности, научно-техническим программам проводимых на кафедре информационных и робототехнических систем института инженерных и цифровых технологий.

Целью работы является повышение энергоэффективности систем электропитания узлов беспроводных сенсорных сетей (БСС) и увеличение сроков их активного функционирования путем автоматизации работы новых источников бесперебойного питания на основе вибрационных микрогенераторов на основе разработки математических моделей, алгоритмического обеспечения и численных методов моделирования.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие основные задачи:

1. Проведение анализа современного состояния и перспектив развития автономных источников электроэнергии для узлов БСС. Анализ существующих методов разработки и исследования математических моделей электромеханических устройств для преобразования энергии в автономной системе электроснабжения маломощных объектов.

2. Разработка конструкции ВМГ, обеспечивающей возможность автоматизированного управления его характеристиками в процессе работы.

3. Обоснование, разработка и исследование конечно-элементных моделей для анализа электромагнитных процессов, протекающих в ВМГ с применением современных компьютерных технологий, и определение с их

помощью выходных характеристик микрогенератора с учетом влияния геометрических размеров и анизотропных свойств материалов ВМГ.

4. Разработка на основе данных вычислительного эксперимента и тестирование имитационных моделей электромеханических систем энергообеспечения, позволяющих провести расчет магнитных цепей и выходных характеристик ИБП в установившемся режиме и проверить адекватность разработанных математических моделей ВМГ.

5. Разработка алгоритмов и программного обеспечения, реализующего предложенную методику автоматизированного управления работой ВМГ.

Методы исследований. При решении задач использованы методы численного моделирования стационарных электромагнитных полей, в частности метод конечных элементов; основы теории автомаатизированного управления, методы имитационного моделирования электромеханических систем. Численные расчеты теоретических зависимостей проведены с помощью пакетов программ MathCad и ANSYS. Имитационное моделирование и исследование выходных характеристик ВМГ выполнено с помощью программного пакета Simulink системы МаАаЬ 7.11.

На защиту выносятся:

1.Метод автоматизированного управления работой линейного вибрационного микрогенератора за счет регулирования величины воздушного зазора между статором и индуктором

2. Математические модели ВМГ, разработанные на основе численных методов, позволяющие определить основные параметры и характеристики ИБП, функционирующего в составе АСЭ.

3. Имитационные модели ВМГ, учитывающие их структуру, а также характер механических воздействий, позволяющие провести статическое и динамическое исследование АСЭ при различных режимах работы

4. Программное обеспечение для управления работой вибрационного микрогенератора.

5. Прототип линейного вибрационного микрогенератора с управляемым воздушным зазором.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1.Разработан метод автоматизированного управления работой линейного вибрационного микрогенератора за счет регулирования величины воздушного зазора между статором и индуктором, позволяющий согласовать величину генерируемого тока с энергопотреблением узла БСС.

2.Для реализации предложенного метода управления разработаны конечно-элементные модели распределения электрических и магнитных полей и определения параметров линейного ВМГ, учитывающие нелинейные и анизотропные свойства его материалов и обеспечивающие получение

основных технических характеристик и выходных параметров ВМГ при различных режимах работы и конструктивных параметрах.

3.Разработаны оригинальные имитационные модели ВМГ, учитывающие их структуру, а также характер механических воздействий, позволяющие провести статическое и динамическое исследование ВМГ при различных режимах работы.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложен прототип линейного вибрационного микрогенератора с воздушным зазором между статором и индуктором, регулируемым системой автоматизированного управления; даны рекомендации по подбору конструктивных параметров ВМГ, в частности воздушного зазора между статором и индуктором; разработано программное обеспечение для автоматизированного управления параметрами работы вибрационного микрогенератора.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет», в частности, используются при проведении лекционных и лабораторных занятий по дисциплинам «Проектирование роботов и робототехнических систем» и «Системы автоматизированного проектирования», курсовом и дипломном проектировании бакалавров по направлению подготовки 15.03.06 Мехатроника и робототехника.

Достоверность научных положений, выводов и результатов работы, обеспечивается корректностью постановки задачи, обоснованностью использованных теоретических зависимостей и принятых допущений, применением известных математических методов. Достоверность численных расчетов обеспечивается применением адекватной (подтвержденной экспериментальными данными) математической модели ВМГ, а также внедрением полученных результатов в промышленность и учебный процесс.

Диссертационная работа соответствует следующим пунктам паспорта научной специальности (шифр специальности: 2.3.3. Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами)

- пункт 4. Теоретические основы, средства и методы промышленной технологии создания АСУТП, АСУП, АСТПП и др;

- пункт 5. Научные основы, модели и методы идентификации производственных процессов, комплексов и интегрированных систем управления.

- пункт 18. Математическое моделирование, оптимизация и оптимальное управление техническими системами, технологическими процессами и производствами в промышленности.

Апробация работы. Основные положения, представленные в диссертации, неоднократно докладывались и обсуждались на ряде научных конференций всероссийского и международного уровня:

- V Международной научно-практической конференции «Технические науки: тенденции, перспективы и технологии развития» г. Волгоград, 2018;

- Международная научно-практическая конференция «Физико-математические и технические науки как постиндустриальный фундамент эволюции информационного общества» г. Пермь, 2018;

- Международная научно-практическая конференции «Новые технологии и проблемы технических наук» г. Красноярск, 2018;

- Международная научная конференция «Scientific research of the SCO countries: synergy and integration», г. Пекин, Китай, 2019;

- Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Научный ответ на вызовы современности: технический и технологический аспекты» г. Самара, 2019;

- 2nd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA), IEEE, Lipetsk, Russia, 2020;

- Ежегодной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов имени Е.В.Арменского НИУ ВШЭ: секции 3 а «Электроника и приборостроение» г. Москва, 2023;

- Российская студенческая научно-техническая конференция «Информационные технологии и инжиниринг» НИУ (БелГУ) г. Белгород, 2023;

- Х Международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (ИТНОП- НИУ (БелГУ) г. Белгород, 2023;

- XIII Международная научно-практическая конференция «Наука XXI века: вызовы, становление, развитие» г. Петрозаводск, 2023.

Публикации по теме диссертации. Список публикаций, которые содержат основные положения, сделанные выводы и полученные практические результаты по теме диссертации включает 16 научных трудов, в том числе 5 статей, из которых 4 опубликованы в изданиях перечня ВАК, 1 в журнале, входящем в базу Scopus, 11 материалов российских и международных конференций, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и источников, включающего 136 наименования и приложений. Общий объем диссертации 151 стр. В работе содержится 77 рисунков, 6 таблиц.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СЕТЕЙ 1.1 Беспроводные сенсорные сети в промышленности

В современном конкурентно-отраслевом сегменте рынка, компании все больше сталкиваются с возрастающими требованиями увеличения продуктивности процессов, выполнения прав экологической безопасности и получения максимально возможной прибыли. Поэтому для удовлетворения в области производительности и эффективности необходимо применять с одной стороны интеллектуальные, а с другой стороны дешевые системы автоматизации. Согласно исследованиям более эффективным решением автоматизации технологических процессов производства - беспроводные сенсорные сети (БСС) [9, 10]. Самоорганизация, быстрое развертывание, гибкость, интеллектуальные возможности обработки данных являются их достоинством в сравнении с традиционными промышленными системами мониторинга, поэтому все чаще используются в системах, которые значительно быстро реагируют на события в реальном времени и принимают соответствующие меры. БСС используется во многих устройствах и системах для предоставления информации об измеряемых параметрах и для определения состояния управления. За прошедшие пару лет наблюдается тенденция проникновения концепции компьютерных сетей в сторону сенсорного сообщества, а в промышленности отмечается направленность раздельному управлению с архитектурой интеллектуальных сенсоров [11]. Интеграция интеллектуальных датчиков в единую систему стало экономически привлекательным решением для различных измерений и управлений, благодаря стремительному появлению и развитию технологии беспроводных сетей.

Беспроводная сенсорная сеть - это система, состоящая из большого количества небольших маломощных сенсорных устройств и одного или нескольких удаленных приемников плотно распределенных в интересующей области. Она также может быть подключена через шлюзы к другим сетям. Каждый узел системы может выполнять функции датчика, обработки и связи [12]. Возникновение БСС во многом изменил представление об автоматизации. Классическим примером является создание кластеров беспроводных сенсорных сетей на основе дешевого процессора MSP430, а также радиочастотных приемопередатчиков. Такую систему можно легко изменить в соответствии с требованием конкретного процесса. Кластер из

пяти узлов - базовый аппарат системы, который проверяется управляющими сигналами в реальном времени. В результате он оказался надежной, недорогой и с низким энергопотреблением сетью. Кластеры могут быть размножены, а шлюзы могут использоваться для их объединения в большие сети, которые одновременно отслеживают и контролируют различные процессы в промышленности [13]. С точки зрения потребителя, такие сети проще и дешевле в использовании; кластеры БСС могут быть легко улучшены и расширены в будущем, а также использоваться для автоматизации в различных отраслях промышленности.

Рисунок 1.1 - Сценарий с одним и несколькими приемниками

БСС - сеть устройств, называемых узлами, которые могут ощущать окружающую среду и передавать информацию, собранную с контролируемого объекта (например, площади или объема) по беспроводным каналам. Данные передаются на приемник (называемый контроллер или монитор), который использует их локально или подключаясь к другим сетям (таким как Интернет) через шлюз. Узлы могут быть стационарными или мобильными, знать или не знать о своем местоположении, однородными или нет. Так описывается традиционная БСС с одним приемником (см. рисунок 1.1, левая часть). В более распространенном сценарии в сети имеется несколько приемников, что снижает вероятность плохой передачи изолированными кластерами узлов (см. рис. 1.1, правая часть) [14].

1.1.1 Архитектура системы БСС, сетевые топологии и стандарты

Узлы БСС обычно конфигурируются в одном из трех типов сетевых топологий. В топологии «звезда» каждый узел напрямую подключен к шлюзу. В кластерной древовидной сети каждый последующий узел подключается к узлу на вершине дерева, который, в свою очередь подключен к шлюзу, а данные передаются от самого нижнего узла в дереве к шлюзу . В целях повышения надежности используют сети в виде ячеек

(маршрутизатор), узлы которых могут подключаться к нескольким узлам системы, а отправка данных происходит по наиболее надежному из доступных путей. В области БСС существует ряд органов по стандартизации: IEEE уделяет основное внимание физическому и MAC-уровням, в то время как другие занимаются уровнем 3 и выше. Существует также несколько нестандартных, проприетарных механизмов и спецификаций [15]. Большинство вычислительных систем не могут напрямую связываться с различными системами, поскольку в них чаще чем в БСС используются стандарты. Тем не менее, основные стандарты такие как WirelessHART, IEEE 1451, ZigBee/802.15.4 и 6LoWPAN обычно применяются в беспроводных сенсорных сетях. Как показано на рис. 1.2, стандарт 802.15.4 LR-WPANs позволяет создавать две возможные топологии сети: топологию «звезда» и топологию «точка-точка» [16].

Одноранговая топология

Топологпя звезды

ф Координатор О Активный узел

Рисунок 1.2 - Звездообразная и одноранговая топологии сети

В топологии «звезда» активным узлом является устройство с полной или ограниченной функциональностью. Они общаются только с центральным узлом-координатором. Координационный узел - это полнофункциональное устройство, которое действует как концентратор. Несмотря на то, что топология «звезда» проста в реализации, но она имеет ограничения в сетях малого радиуса действия (802.15.4), поскольку для сбора данных с узлов требуется несколько центральных узлов. Одноранговая топология сети реализует множество прямых соединений как между отдельными узлами, так и между другими узлами БСС и позволяет реализовать более сложные сетевые структуры (ad hoc и самоконфигурируемые ячейки). Однако сложность сетей постоянно растет.

1.1.2 Преимущества интегрирования БСС в системы автоматизации

Использование БСС имеет ряд преимуществ перед традиционными проводными промышленными системами промышленного управления и мониторинга, например [17]:

1. Отсутствие ограничений на прокладку проводов

Беспроводные сенсорные узлы устанавливаются в промышленных

устройствах и оборудовании для мониторинга измерений (температура, давление), а также для отправки и приема управляющих сигналов для соответствующей активации устройства. Поскольку в беспроводных сенсорах отсутствует зависимость от проводов благодаря чему они могут быть размещены в труднодоступных или дорогостоящих местах. Кроме того, автономность устройств делает промышленные технологические системы легко масштабируемыми и гибкими, а также не заботиться о передачи данных через бетонные стены. Например, устройства легко переместить в другое место, не задумываясь о прокладке новых и удаления старых кабелей.

2. Простота обслуживания

При установке проводных устройств инженерам по управлению приходится решать различные проблемы касающиеся проводки, в то время как при установке беспроводных устройств проблем практически не возникает. Кроме того, после установки можно переместить существующие беспроводные устройства или добавить новые с минимальным изменением конфигурации.

3. Снижение стоимости

В связи с тем, что отсутствует проводка стоимость установки БСС ниже, чем обычных систем автоматического управления. Это позволяет сэкономить много энергии в сравнении с проводными устройствами, требующими постоянной электрической подпитки. Низкие затраты на установку БСС позволяет устанавливать большее количество датчиков, увеличивая пространственное разрешение, что приводит к более точным измерениям и мониторингу. Еще одним преимуществом является то, что беспроводная технология позволяет проводить временные измерения. Сети могут быть созданы для измерения, оптимизации и оценки эффектов оптимизации в течение ограниченного периода времени. Такие инициативы называются ad hoc бенчмаркингом. БСС может улучшить производительность промышленных систем за счет повышения осведомленности, контроля и интеграции бизнес-процессов. [18].

1.1.3 Конкретные примеры применения БСС в промышленности. Промышленная автоматизация в беспроводной технологии

Благодаря использованию беспроводных технологий в промышленных системах автоматизации дает множество преимуществ, от экономии средств (отказ от кабелей) и заканчивая улучшением доступности информации о

предприятии и повышением производительности [19]. При внедрении в предприятии можно достигнуть определенных преимуществ (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 - Преимущества внедрения БСС на типичной предприятии

Например, повсеместная доступность информации об установке и технологическом процессе с помощью беспроводных сенсорных сетей, а также преимущества распределенного мониторинга и управления производственными активами всего предприятия.

Автономные беспроводные сенсорные сети в нефтегазовой промышленности

Технология беспроводного зондирования идеально подходит для нефтегазовой промышленности (мониторинг состояния, оптимизация производства, повышение безопасности) [20]. (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 - (а) Пример узлов датчиков, используемых на нефтяных месторождениях; (б) Расположение на месторождении нефти и газа

В сценариях беспроводного зондирования сотни или тысячи датчиков размещаются в удаленных местах. В качестве примера можно привести мониторинг целостности протяженных нефте- и газопроводов, а также контроль добычи на нефтяных месторождениях.

Различное применение беспроводной сенсорной сети в текстильной промышленности

Во многих приложениях БСС позиционирование узлов важно для мониторинга сети, отслеживания, обнаружения целей и наблюдения. На рисунке 1.5 показано типичное применение для мониторинга текстильного оборудования, где датчики регистрируют состояние оборудования и передают полученные данные, используя различные проводные и беспроводные технологии [21].

Рисунок 1.5 - Различные варианты применения беспроводной сенсорной сети в текстильной промышленности

Беспроводные сенсорные сети для мониторинга состояния в железнодорожной отрасли

БСС можно использовать для мониторинга состояния железнодорожной инфраструктуры (мосты, рельсовые пути и путевое оборудование), а также для мониторинга состояния транспортных средств (шасси, тележки, колеса и вагоны). Мониторинг состояния снижает потребность в человеческом контроле, благодаря автоматизированному мониторингу, поскольку обнаружение неисправностей происходит до их усугубления, а также повышается безопасность и надежность. На рис. 1.6 показана типичная установка БСС для мониторинга состояния железной дороги [22].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Каунг Мьят Хту, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ

1.Довгаль В.М., Каунг Мьят Хту. Особенности исследования электромагнитных систем численными методами [Текст]/ В.М. Довгаль, Каунг Мьят Хту // Электронный научный журнал Курского государственного университета, г.Курск, 2018. № 3 (19). - Режим доступа: http: //auditorium.kursksu.ru/pdf/019-008. pdf

2.Каунг Мьят Хту, Довгаль В.М. К вопросу построения конечно-элементной модели вибрационного микрогенератора [Текст]/ Каунг Мьят Хту, В.М. Довгаль // Научные ведомости БелГУ. Серия: Экономика. Информатика, 2019. Том 46. № 1. - C.99-108.

3.Каунг Мьят Хту, Кудинов В.А. Конечно-элементное исследование магнитных полей вибрационного генератора источника бесперебойного электроснабжения автономных объектов [Текст]/ Каунг Мьят Хту, В.А. Кудинов// Электронный научный журнал Курского государственного университета, г. Курск, 2019. № 1 (21). - Режим доступа: http: //auditorium.kursksu.ru/pdf/021-010. pdf

4.Kaung Myat Htoo., Zayar Aung. Investigation of the operation of a single-phase synchronous vibration micro generator and an uninterrupted power supply source for autonomous objects [Test]/ Kaung Myat Htoo., Zayar Aung // 2020 2nd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA), IEEE, Lipetsk, Russia.

5.Каунг Мьят Хту, Афонин А.Н. Применение вибрационных микрогенераторов для питания беспроводных сенсорных сетей [Текст] / Каунг Мьят Хту, Афонин А.Н // «Ежегодной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов имени Е.В.Арменского НИУ ВШЭ» (г. Москва, 2023)

6.Каунг Мьят Хту, Афонин А.Н. Линейный электрический генератор для беспроводных сенсорных сетей [Текст] / Каунг Мьят Хту, Афонин А.Н // Российская студенческая научно-техническая конференция «Информационные технологии и инжиниринг» НИУ (БелГУ) (г. Белгород, 2023).

7.Каунг Мьят Хту, Афонин А.Н. Имитационное моделирование малогабаритных электромеханических систем в среде Simulink [Текст] / Каунг Мьят Хту, Афонин А.Н // Х Международную научно-техническую конференцию «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (ИТНОП- г. Белгород, 2023).

8.Довгаль В.М., Каунг Мьят Хту. Разработка источника бесперебойного питания на базе линейного вибрационного микрогенератора [Текст]/ В.М. Довгаль, Каунг Мьят Хту // Технические науки: тенденции, перспективы и технологии развития: Сб. науч. трудов по итогам международной научно-практической конференции, г. Волгоград, - НН: ИЦРОН, 2018. № 5. - С.5-7.

9. Довгаль В.М., Каунг Мьят Хту. Оценка возможности применения вибрационного микрогенератора в качестве измерительного трансформатора с перестраиваемым коэффициентом передачи [Текст] / В.М. Довгаль, Каунг Мьят Хту // Физико-математические и технические науки как постиндустриальный фундамент эволюции информационного общества: Сборник статей международной научно - практической конференции, г. Уфа, 2018г. - С. 8-12.

10.Каунг Мьят Хту, Довгаль В.М. Разработка алгоритма решения задачи оптимального проектирования электромагнитной системы на основе многомерных аппроксимаций по методу наименьших квадратов [Текст]/ Каунг Мьят Хту, В.М. Довгаль // Новые технологии и проблемы технических наук: Сб. науч. трудов по итогам международной научно-практической конференции, г. Красноярск, - НН: ИЦРОН, 2018. . № 5. - С.10-12.

11.Каунг Мьят Хту, Довгаль В.М. Разработка экспериментальной установки и исследование рабочих режимов вибрационного микрогенератора автономной системы электроснабжения [Текст]/ Каунг Мьят Хту, В.М. Довгаль // Инновационная наука, 2018. № 11 - С.22-24.

12.Каунг Мьят Хту. Оценка возможности применения вибрационного микрогенератора в качестве измерительного трансформатора с перестраиваемым коэффициентом передачи [Текст]/ Каунг Мьят Хту // Академическая публицистика. 2018. №11 - С.58-62.

13.Каунг Мьят Хту. Анализ выходных характеристик вибрационного микрогерератора автономной системы электроснабжения маломощных

потребителей в режиме холостого хода [Текст]/ Каунг Мьят Хту // Инновационная наука, 2019. № 3 - C.39-43.

14.Kaung Myat Htoo, Kudinov V. A. Calculation differential characteristics of electromagnetic field in the vibration microgenerator [Текст]/ Kaung Myat Htoo, V. A. Kudinov //Scientific research of the SCO countries: synergy and integration: Materials of the International Conference, Beijing, PRC, Part 3, 2019. - Р. 128-134.

15.Каунг Мьят Хту. Определение индуктивностей обмотки статора вибрационного микрогенератора [Текст]/ Каунг Мьят Хту // Научный ответ на вызовы современности: технический и технологический аспекты: Сб. науч. трудов по итогам международной научно-практической конференции, 2019. № 2 - C.21-24.

16.Каунг Мьят Хту (ММ), Кудинов В.А. (RU) Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019 «Программный для управления параметрами вибрационного микрогенератора», заявл. 02.07.2019; опубл.06.08.2019

17.Сайт «ITLICORP.COM» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.itlicorp.com/news/1819, свободный.

18. Балагуров, В.А. Электрические генераторы с постоянными магнитами [Текст]: / А.В. Балагуров, Ф.Ф. Галтеев// М.: Энергоатомиздат, 1988. - 279 с.

19. Паластин, Л.М. Электрические машины автономных источников питания [Текст]: / Л.М. Паластин // Л.М.: Энергия, 1972. - 464 с.

20. Бесконтактные электрические машины [Текст]: учеб. пособие / Под ред. Д.А. Бута // М.: МАИ, 1990. - 415 с.

21. Паластин , Л.М. Синхронные машины автономных источников питания [Текст]: / Паластин // М.: Энергия, 1980. - 384 с.

22.Москвитин, А.И. Электрические машины возвратно-поступательного движения [Текст]: Электрические молотки, вибраторы, быстроходный электромагнитный привод/ А.И. Москвитин // М.Л.: изд-во АН СССР, 1950. - 143 с.

23. Ряшенцев, Н.П. Введение в теорию энергопреобразования электромагнитных машин [Текст]: / Отв.ред. Сипайлов Г.А.// Новосибирск: Наука, 1987. - 159 с.

24. Демирчан, К.С. Машинные расчеты электромагнитных полей [Текст]: Учеб. пособие для электротехн. и энерг. спец. вузов/ К.С. Демирчан, В.Л. Чечурин// М.: Высш. шк., 1986. - 240с.

25. José A. Gutiérrez, "Applying Wireless Sensor Networks in Industrial Plant Energy Evaluation and Planning Systems" [Текст]: / José A. Gutiérrez // David B. Durocher, Bin Lu, Ronald G. Harley, Thomas G. Habetler IEEE IAS Pulp and Paper Industry Con-ference in Appleton, WI: © IEEE 2006

26. Song, A. K. Challenges of wireless control in process industry [Текст]: / Song, A. K // D. Chen, and M. Nixon. Workshop on Research Directions for Security and Net-working in Critical Real-Time and Embedded Systems, April 2006

27.AkyildizI. F., A survey on wireless multi-media sensor networks Comput [Текст]: / AkyildizI. F, MelodiaT., and Chowdhury K // Netw., vol. 51, no. 4, pp. 921-960, Mar. 2007.

28.Qureshi KN. Adaptation of wireless sensor network in indus-tries and their architecture, standards and applications [Текст]: / Qureshi KN and Abdullah AH // World Applied Sci-ences Journal. 2014; 30(10):1218-23.

29.R. Verdone, Wireless sensor and actu-ator networks: Technologies, Analysis and Design [Текст]:/ R. Verdone, D. Dardari, G. Mazzini and A. Conti // Academic Pres, Chap-ter.5: Network Lifetime, pp.115-116, 2008.

30.D. Niyato., Wireless sensor net-works with energy harvesting technologies: a game theoretic approach to optimal energy management [Текст]:/ D. Niyato, E. Hossain, M.M. Rashid, V.K. Bhargava // IEEE Wireless Communications, vol.14, issue.4, pp.90-96, 2007.

31.Cian Mathna, Energy scavenging for long-term deployable wireless sensor networks [Текст]:/ Cian Mathna, Terence O'Donnell, Rafael V. Martinez-Catala, James Rohan and O'Flynn Brendan// Talanta, vol.75, no.3, pp.613-623, 2008.

32.V. Raghunathan, Design considerations for solar energy harvesting wireless embedded systems [Текст]:/ V. Raghunathan, A. Kansal, J. Hsu, J. Friedman and M. Srivastava // Fourth International Symposium on Information Processing in Sensor Net-works (IPSN), pp.457-462, 2005.

33.M.A. Green, SHORT COMMUNICATION Solar cell efficiency tables (version 30) [Текст]:/ M.A. Green, K. Emery, Y. Hisikawa, W. Warta// Progress in Photovoltaics: Research and Applications, vol.15, issue.5, pp.425-430, 2007.

34.C. Park, AmbiMax: Autonomous Energy Harvesting Platform for Multi-Supply Wireless Sensor Nodes [Текст]; / C. Park, P.H. Chou // 3rd Annual IEEE

Communica-tions Society on Sensor and Ad Hoc Communications and Networks (SECON), vol.1, pp.168-177, 2006.

35.Nicholas S., Small-scale energy harvesting through thermoelectric, vibration, and radio frequency power conversion [Текст]; / Nicholas S. Hudak and Glenn G. Amatucci // Journal of Applied Physics, vol.103, no.10, pp. 101301(1-24), 2008.

36.Francesco Cottone, Nonlinear Piezoelectric Generators for Vibration Energy Harvesting Ph. D Thesis [Текст]; /Francesco Cottone //University of Perugia, Italy, 2008.

37.V. Leonov, Thermoelectric Converters of Human Warmth for Self-Powered Wireless Sensor Nodes [Текст];/ V. Leonov, T. Torfs, P. Fiorini, C. Van Hoof // IEEE Sensors Journal, vol.7, issue.5, pp.650-657, 2007.

38.P. Glynne-Jones, An electromagnetic vibration-powered generator for intelligent sensor systems [Текст]; /P. Glynne-Jones, M.J. Tudor, S.P. Beeby, N.M. White// Sensors and Actuators, vol.110, no.1-3, pp.344-349, 2004.

39.S. Meninger, Vibration-to-Electric Energy Conversion [Текст^/S. Meninger, A.P. Amirtharajan and R.Chandrakasan / IEEE Transaction on VLSI System, vol.9, pp.64-71, 2001.

40.P.D. Mitcheson, Architectures for Vibration-Driven Micropower Generators^^^;/ P.D. Mitcheson, T.C. Green, E.M. Yeatman, A.S. Holmes//Journal of Microelectromechani-cal Systems, vol.13, no.3, pp.429440, 2004.

41.Garcia, S.M. Uninterruptible Power Systems. State of the Art and Future Tendencies [Текст]: / S.M. Garcia // Mundo Electronica. N 175. P 28-40.

42. Патент на изобретение № 2001126502. МПК Н 02 К 35/02. Универсальное устройство для преобразования энергии вибрации в электрическую энергию по 6 осям / Мельников М.Ф., Шепилова Г.Н. Опубл. 27.10. 2003. БИ№ 5

43. Afor, K.M Linear Generator: Design and Simulation [Текст]: / K.M. Afor// Nor. IEEE, 2003. P. 306-311.

44. Патент на изобретение РФ № 2037255. МПК F03 G7/00. Генератор электрической энергии / Опубл. 09.06. 1995. БИ № 13.

45. Патент на изобретение РФ № 93057322. МПК Н 02 К 35/00. Генератор электроэнергии // Гундарев В.И., Житков А.В., Столотнюк В.А. Опубл. 27.04. 1996. БИ№ 11.

46. Патент на изобретение РФ № 2020699. Линейный генератор. МПК Н02К 35/02. 30.09.1994. Круглова Г.Г., Кудрявцева Е.А. Сулин Г.А.

47. Преобразователь энергии. Заявка ФРГ Н02К 41/00, № 2938749А1, Заявл. 25.09.79., Опубл. 2.04.81.

48. Ряшенцев, Н.П. Электромагнитный привод линейных машин[Текст]:/ Н.П. Ряшенцев// Новосибирск: Наука, 1985. - 152 с.

49. Саттаров, P.P. К вопросу о классификации линейных генераторов [Текст]: / Р.Р. Саттаров, Н.Л. Бабикова, Е.А. Полихач // Вестник УГАТУ 2009. Т. 12, №2(31). - С. 144-149.

50. Boldea, I. Linear electric actuators and generators [Текст]: / I. Boldea, S. A. Nasar // Cambridge University Press, 2005. 237 p.

51. Knighte, С. Energy options for wireless sensor nodes [Текст]: / С. Knighte, J. Davidson, S.Behrens // Sensors (MDPI). 2008. Vol.8. P. 8037 - 8066.

52. Owen, Т.Н. Self powered wireless sensors for condition monitoring applications [Текст]: / Т.Н. Owen, S. Kestermann, R. Torah and others // Sensor Revierw. 2009. Vol.29. P. 38-43.

53.Choi, Y.C. Rotor and stator design on torque ripple reduction for a synchronous reluctance motor with a concentrated winding using RSM [Текст]:/ Y.C. Choi, J.H. Lee // International Conference on Electrical Machines and Systems. - Seoul, 2007. - P. 1216-1221.

54. Sang-Yong Jung, Performance evaluation of permanent magnet linear generator for charging the battery of mobile apparatus [Текст]:/ Sang-Yong Jung, Ho-Yong Choi, Iiyun- Kyo Jung, and others // Electric Machines and Drives Conference, 2001. IEMDC 2001. IEEE International in Electric Machines and Drives (2001). - P. 516-521.

55. Балагуров, B.A. Электрические машины с постоянными магнитами [Текст]:/ B.A. Балагуров, Ф.Ф. Галатеев, A.H. Ларионов // . М.: Энергия, 1964. - 479 с.

56. Патент РФ на полезную модель № 162793. H02K 35/02. Линейный электрический генератор / Опубл. 02.06. 2016. БИ № 18.

57. Патент РФ на полезную модель № 168348. H02K 35/02. Линейный генератор электрической энергии на постоянных магнитах / Опубл. 30.01. 2017. БИ № 4.

58. Патент РФ на изобретение № 2453970. H02K 35/02. Линейный генератор / Опубл. 20.06. 2012. БИ № 17.

59. Патент РФ на изобретение № 2496216. H02K 35/00. Линейный генератор возвратно поступательного движения / Опубл. 20.10. 2013. БИ № 29.

60. Патент РФ на изобретение № 2402861. H02K 41/03. Линейный вентильно-индукторный электродвигатель-генератор / Опубл. 27.10. 2010. БИ № 30.

61. Резинкина, М.М. Численный расчет магнитного поля и магнитного момента ферромагнитных тел сложной пространственной конфигурации [Текст]: /М.М. Резинкина // Журнал технической физики, 2009. Т. 79. Вып. 8. С. 8-17.

62. Туровский, Я. Электромагнитные расчеты элементов электрических машин [Текст]: Пер. с польск. / Я. Туровский // М.: Энергоатомиздат, 1986. -125с.

63. Мамедов, Ф.А. Варианты построения математической модели линейной машины [Текст]: / Ф.А. Мамедов, В.Н. Денисов, С.П. Курилин // Электричество. 2000, №10. - С. 35-39.

64. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин [Текст]: / И.П. Копылов // М.: Высшая школа, 2001. - 263с.

65. Иванов-Смоленский, A.B. и др. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах [Текст]: / А.В. Иванов-Смоленский, Ю. В. Абрамкин, А.И. Власов // М.: Атомэнергоиздат, 1986. 267 с.

66.Уайт, Д. Электромеханическое преобразование энергии [Текст]: пер. с англ./ Д. Уайт, Г. Вудсон // М.- Л.: Изд-во «Энергия», 1964. - 528с.

67. Ковалев, О.Ф. Применение модифицированного метода конечных элементов к решению задач расчета магнитного поля при вариации расчетной сетки [Текст]: / О.Ф. Ковалев // Известия ВУЗов. Электромеханика. - 2016. - №1. - с. 19-26.

68. Соловейчик, Ю.Г. Конечно-элементное моделирование геоэлектромагнитных полей, возбуждаемых горизонтальной электрической линией [Текст]: / Ю.Г. Соловейчик, М.Г. Персова, В.Ю. Нейман// Электричество, 2004, № 10. - с.43-52.

69. Персова, М.Г. Конечно-элементное моделирование геоэлектромагнитных полей, возбуждаемых горизонтальной электрической линией [Текст]: / М. Г. Персова, Ю. Г. Соловейчик, М. В. Абрамов // Сибирский журнал индустриальной математики №12:4, 2009. с. - 106-119.

70. Сабоннадьер, Ж.-К. Метод конечных элементов и САПР [Текст]:/ Ж.-К. Сабоннадьер, Ж.-Л. Кулон //М.: Мир, 1989. - 190 с.

71. Williamson, S. Pulsating torque and losses in multiphase induction machines [Текст]:/ S. Williamson, A.C. Smith // IEEE Transactions on Industry Applications. - 2003. -Vol. 39. - № 4. - P. 986-993.

72. Домбровский, B.B. Справочное пособие по расчету электромагнитного поля в электрических машинах [Текст]:/ В.В. Домбровский// Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отделение, 1983. - 256 с.

73. Коген-Далин, В.В. Расчет и испытание систем с постоянными магнитами [Текст]:/ В.В. Коген-Далин, Е.В. Комаров// М.: Энергия, 1977. -248 с.

74. Буль, О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов: магнитные цепи, поля и программа FEMM [Текст]:/ О.Б. Буль // М.: Академия, 2005. - 336 с.

75.Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике [Текст]:/ О. Зенкевич // М.: Мир,1975.-541 с.

76. Тамоян, Г.С. Расчет линейных синхронных генераторов малой и средней мощности с постоянными магнитами [Текст]:/ Г.С. Тамоян, Е.В. Сергеенкова // II-я Междунар. научн. заоч. конференция «Актуальные вопросы современной техники и технологии», Липецк, 2010, С.168-171.

77. Ермолин, Н.П. Надежность электрических машин [Текст]:/ Н.П. Ермолин, И.П. Жерихин// М.: Энергия, 1975. - 250 с.

78. Duckers, L. Wave power [Текст]:/ L. Duckers // Engineering science and education journal. June 2000. Рр. 113-122.

79.Patent application Nr.P-14-107, 23.12.2014. Inductor electric machine with decreased starting torque and electromagnetic regulation of air gap. Ziravecka A., Gasparjans A., Terebkovs A., Hramcova M.

80. Сайт «Power-MI Blog» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://power-mi.com/content/air-gap-monitoring-motors-and-generators, свободный

81. Патент РФ № 2361352 Электромагнитный вибратор./ Исмагилов Ф.Р., Саттаров P.P., Бабикова Н.Л. - МПК Н 02 К 33/04. Опубл. 10.07.2009.

82. Сайт «SUPERMAGNETE» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.supermagnete.de/, свободный

83. Сайт «ООО «НПК «МАГНИТЫ И СИСТЕМЫ» [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.pmspb.ru, свободный

84. Ribeiro, J. Development of a Low Speed Linear Generator for use in a Wave Energy Converter/[Текст]:/ J. Ribeiro, I. Martins // International Conference on Renewable Energies and Power Quality Granada (Spain), March, 2010.

85. Балагуров, В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока [Текст]:/ В.А. Балагуров // М.: Высшая школа, 1982. - 272 с.

86. Осин, И.Л. Электрические машины. Синхронные машины [Текст]:/ И.Л. Осин, Ю.Г. Шакарян // М.: Высшая школа, 1990. - 304 с.

87. Иванов-Смоленский, А.В. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах [Текст]:/ А.В. Иванов-Смоленский, Ю.И. Абрамкин, А.И. Власов и др.// Под ред. А.В. Иванова - Смоленского. - М.: Энергоатомиздат, 1986.- 216 с.

88.Соколов, М.М. Электропривод с линейными асинхронными двигателями [Текст]:/ М.М. Соколов, Л.К. Сорокин// М.: Энергия, 1974. -136 с.

89. Бахвалов, Н.С. Численные методы (анализ, алгебра, обыкновенные дифференциальные уравнения) [Текст]:/Н. С. Бахвалов // М.: Наука, 1973. -632 с.

90. Херхагер, М. МАТНСАО 14, полное руководство [Текст]: Пер. с нем. / М. Херхагер, Х. Партоль// Киев: ВНУ, 2008. - 514 с.

91. Дьяконов, В.П. МаАаЬ7.*Ш006Ш007: Самоучитель [Текст]:/ В.П. Дьяконов// М.: ДМК Пресс, 2008. - 768 с.

92. Тамоян, Г.С. Исследование магнитного поля синхронного линейного генератора с постоянными магнитами для преобразования энергии колебаний в электрическую [Текст]:/Г.С. Тамоян, Е.В. Сергеенкова //Приводная техника, №3, 2011. - С.34-36.

93. Мамедов, Ф.А. Варианты построения математической модели линейной машины [Текст]:/ Мамедов Ф.А., Денисов В.Я., Курилин СП. и др. //Электричество. - 2000. - №10. - С.35-39.

94. Каганов, И.Л. Промышленная электроника [Текст]:/ И.Л. Каганов // М.: Высшая школа, 1968. - 559 с.

95. Подольцев, А.Д. Анализ динамических процессов в однофазном магнитоэлектрическом линейном генераторе возвратно-поступательного движения [Текст]:/ А.Д. Подольцев, В.В. Козырский, А.В. Петренко // Электромеханическое преобразование энергии, 2009, №5. - С. 22 - 30.

96. Володин, Г.И. Математическое моделирование линейного асинхронного электродвигателя с вторичной частью произвольной длины [Текст]:/ Г.И. Володин// Изв. вузов. Электромех. 2001, № 4-5, с. 54-57.

97. Сарапулов, Ф.Н. Математическое моделирование линейных индукционных машин [Текст]:/ Ф.Н. Сарапулов, СВ. Иваницкий, и др.// Свердловск: Изд-во Уральск, политех, ин.-та, 1980. - 100 с.

98.Онищенко, Л.И. Ёмкостные накопители энергии для электрофизических устройств различного назначения [Текст]:/ Л.И.

Онищенко, В.И. Гунько, И.Ю. Гребенников и др. //Электротехника. - Август 2001. С. 54-56.

99. Мелешин, В.И. Транзисторная преобразовательная техника [Текст]:/ Мелешин // М.: Техносфера, 2006. - 632 с.

100. Иванов, М.П. Исследование характеристик синхронного генератора возвратно-поступательного движения (СГВПД) [Текст]:/ М.П. Иванов, Н.Л. Бабикова, А.Р Хайдаров // Электротехнические комплексы и системы. Межвуз. науч. сб. 2007. Уфа: изд-во УГАТУ, С. 201-208.

101. Микросхемы для импульсных источников питания [Текст]:/ З.-М.: Изд. дом «Додэка-ХХ1», 2002. - 288 с.

102. Сайт «TexasInstruments» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.ti.com., свободный.

103. Свинцов, Г.П. Модернизированный метод вероятных путей потока Ротерса [Текст]:/ Г.П. Свинцов // Изв. вузов. Электромеханика. 1995. № 5,6. -С. 28-33

104. Саттаров, P.P. Распределение магнитных потоков линейного генератора возвратно-поступательного движения [Текст]:/ Р.Р. Саттаров, Ф.Р. Исмагилов, Н.Л. Бабикова // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. 15 Междунар.науч.-техн.конф. студентов и аспирантов: Т.2. М.: Издательский дом МЭИ, 2009, С.3-4.

105.Сливинская, А.Г. Электромагнитны и постоянные магниты [Текст]:/ А.Г. Сливинская // М.: Энергия, 1972.-248 с.

106.Татур, Т.А. основы теории электромагнитного поля [Текст]: Справ. пособ. для электротехнич. спец. вузов/ Т.А. Татур // - М.: Высшая школа, 1989. - с.283.

107. Саттаров, Р.Р. К расчету магнитной цепи синхронного магнитоэлектрического генератора возвратно-поступательного движения [Текст]: / P.P. Саттаров, H.JI. Бабикова// II Всеросс. науч.-техн. конф. «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий». Уфа: изд-во НГТУ, 2009. - С.32-35.

108. Danielsson, О. Detailed Study of the Magnetic Circuit in a Longitudinal Flux Permanent-Magnet Synchronous Linear Generator [Текст]:/ O. Danielsson, M. Leijon// IEEE Transactions on Magnetics, Vol.41, NO. 9. 2005. P. 219-224.

109. Arof, H. Linear Generator: Desing and Simulation [Текст]:/ H. Arof, K.M. Wijono// National Power and Energy Conference (PECon), 2003 Proceedings, Bangi, Malasia, P. 306-311.

110. Сергеенкова, Е.В. Проектирование линейных синхронных генераторов с постоянными магнитами [Текст]:/ Е.В. Сергеенкова, Г.С. Тамоян // «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Сб. трудов 17 Международ. научно-технической конференции студентов и аспирантов, 2011, С. 19-20.

111. Tamoyan, G.S. Small- and medium-capacity linear synchronous generators with permanent magnets [Текст]:/ G.S. Tamoyan, E.V. Sergeenkova// 13th International conference on Electromechanics, Electrotechnology, Electromaterials and Components, ICEEE-2010, 2010 - Р. 69-70.

112. Mahadi, W. N. L. Application of ND2FE14B Magnet in the linear generator design [Текст]:/ W. N. L. Mahadi, S. R. Adi and Wijono // International Journal of Engineering and Technology. - Vol. 4. - 2007. - Р. 175-184.

113. Wang, D. Jewell Analysis and Design Optimization of an improved Axially Magnetized Tubular Permanent Magnet Machines [Текст]:/ J. Wang, D. Howe, W. Geraint // IEEE TRANSACTIONS ON. ENERGGY CONVERSION-VOL. 19. - June 2004.-Р. 289-295.

114. J. Wang, D. Howe Design Optimization of Radially Magnetized, IronCored, Tubular Permanent-Magnet Machines and Drive Systems // IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS. - VOL. 40. - SEPTEMBER 2004. - p. 3262-3277.

115. Бут, Д.А. Накопители энеpгии [Текст]: Учеб. пособ. для вузов / Д.А.Бут, Б.Л.Алиевский, С.Р.Мизюpин и др.//: Под pед. Д.А.Бута. - М. : Энергоатомиздат, 1991.- 400 с.

116. Бояр-Созонович, С.П. Асинхронные генераторы. Свойства и перспективы [Текст]:/ С.П. Бояр-Созонович // Электротехника , 1990 , № 10 , c. 55 - 58.

117. Торопцев, Н.Д. Авиационные асинхронные генераторы [Текст]:/ Н.Д. Торопцев // М. : Транспорт , 1970, - 204 с.

118. Клявлин, А. Новые возможности ANSYS в области моделирования электромагнитных полей [Электронный ресурс]: / А. Клявлин // САПР и графика. 2012. - №3. - Режим доступа: http://www.sapr.ru/article.aspx?id=22881&iid=1051 (дата обращения: 22.09.2018).

119. Булатов, Л.Н. Автоматизация проектирования асинхронных машин с использованием полевых динамических моделей [Текст]: автореф. дис. ... кандидата технических наук: 05.13.12 / Л.Н. Булатов; - Иваново, 2013. - 139 с.

120. Вафин, Ш.И. О расчете дифференциальных сопротивлений статора и ротора многофазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором [Электронный ресурс]: / Ш.И. Вафин, А.Г. Логачева // Материалы I Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика и энергосбережение: теория и практика». - Кемерово: Кузбас. гос. техн. ун-т. им. Т.Ф. Горбачева, 2014. - 5 с.

121. Логачева, А.Г. Исследование магнитных полей высших гармоник в многофазных асинхронных двигателях [Текст]:/ А.Г. Логачева, Ш.И. Вафин // РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА: Двадцатая междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2014. - Т.2. - С.190.

122. Петрушин, В.С. Учет пространственно-временных гармоник магнитного поля при анализе механических характеристик регулируемых асинхронных двигателей [Текст]: / В.С. Петрушин, А.М. Якимец, Д.М. Левин // Электричество. - 2010. - №10. - С. 49-53.

123. Mengoni, M. Modulation Techniques for Multi-Phase Converters and Control Strategies for Multi-Phase Electric Drives [Текст]: Dissertation thesis //M. Mengoni// Dottorato di ricerca in Ingegneria elettrotecnica. (Universita di Bologna). - Bologna, 2010. 215 p.

124. Гольдберг, О.Д. Проектирование электрических машин [Текст]: учебник / О.Д. Гольдберг, И.С. Свириденко//Под ред. О.Д. Гольдберга. - 3-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 2006. - 430 с.

125. Rata, I. A review of the multiphase electric machines [Текст]: / I. Rata, P. Todos, I. Nuca // 6th International Conference on Electromechanical and Power Systems. - Chiinu, 2007. - P.154-159.

126. Zhang, J. A novel stator interior permanent magnet generator for direct-drive wind turbines [Текст]: / Zhang, J. Cheng, M. and Chen, Z. // International Conference on Electrical Machines and Systems. - Seoul, 2007. - P. 723-728.

127. Virlan, B. Analysis of a Three-Phase Induction Motor for Multispeed Applications [Текст]: / B. Virlan, Al. Simion, L. Livadaru and others // Proceedings ICEM'12. - Marseille, 2012. - P. 409-415.

128. Сарапулов, Ф.Н. Математические модели линейных индукционных машин [Текст]: / Ф.Н. Сарапулов, С.Ф. Сарапулов, П. Шымчак// Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2001. - 236 с.

129. Granner, C. Report about acoustic effects of converter fed induction motors with novel stator design [Текст]: / C. Granner // CCECE. - Niagara falls, 2008. - P. 283-288.

130. Хайруллин, И.Х. Трехкоординатный колебательный электромеханический преобразователь энергии [Текст]: / И.Х. Хайруллин, Л.Н. Риянов, В.Е. Вавилов // Современные проблемы науки и образования. -2012. - № 5. - С.1-9

131. Тамоян, Г.С. Исследование магнитного поля синхронного линейного генератора с постоянными магнитами для преобразования энергии колебаний в электрическую [Текст]: / Г.С. Тамоян, Е.В. Сергеенкова // Приводная техника. - 2011. - №3. - С.34-36.

132. Vysoky, O. Linear Combustion engine as main energy unit for hybrid vehicles [Текст]:/ O. Vysoky // Transport Science and Technology Congress (TRANSTEC). - Prague, 2007. - P.1-9.

133. Высоцкий, В.Е. Разработка и проектирование линейных генераторов с постоянными магнитами для автономных электроэнергетических комплексов / В.Е. Высоцкий, С.А. Тарашев, А.П. Синицин, Е.К. Злобина, С.И. Миненко // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2012. - №3. - С.31-36.

134. Логачева, А.Г. Обоснование выбора конструкции обратимой электрической машины возвратно-поступательного движения [Текст]:/ А.Г. Логачева, Ш.И. Вафин, И.В. Ившин и др.// Proceedings of the 3rd International conference on Eurasian scientific development. «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH. - Vienna. 2014. - P. 157-165.

135. Высоцкий, В.Е. Линейный генератор с постоянными магнитами для систем электропитания автономных объектов [Текст]:/ В.Е. Высоцкий // Известия вузов. Электромеханика. - 2010. - №1. - С. 80-82.

136. Sowmiya, M. IFOC of a Nine Phase Induction Motor Drive [Текст]:/ M. Sowmiya, G. Renukadevi, K. Rajambal // International Journal of Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT). - 2013. - Vol.2. - № 3. - P. 72-78.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

УТВЕРЖДАЮ И.о. проректора по образовательной деятельности ФГЛОУ ВО «Белгородский государственный национальный

исслшшаьск11й)уннверситет» ЖИУ/^слГУ»)

Г/' Л

пг** Л.Е, Черницов.

0 9 2023 ■ . I

АКТ

О внедрении результатов диссертационной работы Каунг Мьят Хту

«Методы и модели автоматизированного управления бесперебойным электропитанием узлов беспроводных сенсорных сетей» в учебный процесс федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Результаты, полученные в диссертационной работе Каунг Мьят Хту, внедрены в учебный процесс ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет», в частности, используются при проведении лекционных и лабораторных занятий по дисциплинам «Проектирование роботов и робототехнических систем» и «Системы автоматизированного проектирования», курсовом и дипломном проектировании бакалавров но направлению подготовки 15.03.06 Мехатроника и робототехника.

Заведующая кафедрой информационных и

робототехнических систем, д.т.н., профессор

О.А. Иващук

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Фрагменты исходного текста комплекса программ по для управления вибрационным микрогенератором

.include "2313def.inc"

;Описание констант

.equ

.equ

V =300

A =100

;скорость, кол-во шагов в секунду (VMIN..4000)

;ускорение, кол-во шагов на секунду в квадрате (1..4000)

.equ I =2000 ;пиковый ток фазы, mA (0..5000)

.equ VMIN =50 ;минимальная скорость

.equ TBASE =250-9 ;базовый период времени (25 мкс)

.equ UPDTM =625 ;период переполнения таймера URCNT (15.625 мс)

;Описание переменных

.DSEG ;сегмент данных (внутренняя RAM)

TABLE: .byte 8 ;таблица фаз (8 байт)

;Регистровые переменные

.def temp0=r00 ;буфер (использ. при чтении из ROM)

.def STCNTL =r01 ;шаг программного таймера низк. байт

.def STCNTH =r02 ;шаг программного таймера высок. байт

.def URCNTL =r03 ;темп программного таймера низк. байт.def STCNTH =r02

;шаг программного таймера высок. байт

.def URCNTL =r03 ;темп программного таймера низк. байт

.def URCNTH =r04 ;темп программного таймера высок. байт

.def TL =r05 ;период шага низк. байт

.def TH =r06 ;период шага высок. байт

.def VRL =r07 ;заданная скорость x 64 низк. байт

.def VRM =r08 ;заданная скорость x 64 ср. байт

.def VRH =r09 ;заданная скорость x 64 высок. байт

.def VCL =r10 ;текущая скорость x 64 низк. байт

.def VCM =r11 ;текущая скорость x 64 ср. байт

.def VCH =r12 ;текущая скорость x 64 высок. байт

3

.def temp =r16 ;переменная используется в главной программе .def tempL =r17 ;переменная используется в главной программе .def tempM =r18 ;переменная используется в главной программе .def tempH =r19 ;переменная используется в главной программе .def tempA =r20 ;используется в обработчике прерывания таймера 0 .def tempB =r21 ;используется в обработчике прерывания таймера 0 .def tempC =r22 ;используется в обработчике прерывания таймера 0

.def PHASE =г23 ;используется в обработчике прерывания таймера 0

.def STATE =г24

.equ UPD =0 ;битовый флаг UPD

.def ResL =г25 ;используется в подпрограмме V2T (преобразователь .def ResM =г26 ;скорости) .def ResH =г27 ; ;Примечание:

;г28,г29 используется как регистр Y ;г30,г31 используется как регистр Z ;Описание портов ;порт B:

.equ DIRB =0xF8 ;PB7..PB3 - вывод

.equ PUPB=0x07 ;PB2..PB0 - ввод

.equ FLM =PB0 ;концевой выключатель «вперед»

.equ RLM =PB1 ;концевой выключатель «назад»

.equ AUXIN1 =PB2 ;свободная линия

.equ PWMOUT =PB3 ;вывод ШИМ (подача опорного напряжения на

;компараторы)

.equ PH0 =PB4 ;фаза 0

4

.equ PH1 =PB5 ;фаза 1 .equ PH2 =PB6 ;фаза 2 .equ PH3 =PB7 ;фаза 3 ;порт D:

.equ DIRD =0x02 ;PD1 - вывод

.equ PUPD=0x7D ;PD0,PD2..PD6 - ввод

.equ RXD =PD0 ;RXD

.equ TXD =PD1 ;TXD

.equ COMO =PD2 ;компаратор 0

.equ COM1 =PD3 ;компаратор 1

.equ FWD =PD4 ;флаг «вперед»

.equ REW =PD5 ;флаг «назад»

.equ AUXIN2 =PD6 ;свободная линия

;Описание макросов

.macro с1Ьг ;обнуление бита в регистре

cbr @0,exp2(@1)

.endm

.тасго stbг ;установка бита в регистр

sbr @0,exp2(@1)

.endm

.тасго ЬЬгс ;прыжок если бит в регистре обнулен sbrs @0,@1 rjmp @2 .endm

.macro bbrs ;прыжок если бит установлен в регистр sbrc @0,@1

5

rjmp @2 .endm

.macro bbic ;прыжок если бит в I/O обнулен sbis @0,@1 rjmp @2 .endm

.macro bbis ;прыжок если бит установлен в I/O sbic @0,@1 rjmp @2 .endm

;Описание векторов прерываний

.CSEG

.org 0

rjmp INIT ;вызов перезапуска

.org INT0addr

rjmp C0MP0 ;вызов INT0

.org INT1addr

rjmp C0MP1 ;вызов INT1

.org 0VF0addr

rjmp TIMER0 ;таймер 0 переполнен ;Тело главной программы INIT: wdr

ldi temp,0x0A ;слежение включено out WDTCR,temp

ldi temp,RAMEND ;расположение стека out SPL,temp

6

;Установка портов ldi temp,PUPB

out PORTB,temp ;инициализация порта B ldi temp,DIRB

out DDRB,temp ;установка порта B ldi temp,PUPD

out PORTD,temp ;инициализация порта D ldi temp,DIRD

out DDRD,temp;установка порта D

;Инициализация переменных

clr VRL ;обнуление переменной заданной скорости

clr VRM

clr VRH

clr VCL ;обнуление переменной текущей скорости

clr VCM clr VCH

rcall V2T инициализация TL и TH

mov STCNTL,TL ;загрузка шагового таймера

mov STCNTH,TH

ldi temp,low (UPDTM) ;загрузка обновления таймера

mov URCNTL,temp

ldi temp,high(UPDTM)

mov URCNTH,temp

clr STATE ; обнуление состояния

clr PHASE ;обнуление фазы

rcall LDPWM ;загрузка значения ШИМ

7

ldi ZL,low (FSMT*2) ;загрузка ROM таблицей фаз полношагового ; режима

ldi ZH,high(FSMT*2)

ldi ZL,low (FSMIT*2) ;загрузка ROM таблицей фаз полношагового режима ldi ZH,high(FSMIT*2);с перекрытием фаз

ldi ZL,low (HSMT*2) ;загрузка ROM таблицей фаз полушагового ;режима

ldi ZH,high(HSMT*2)

ldi temp,8 ;загрузка размера таблицы

ldi YL,low (TABLE) ;загрузка RAM таблицей фаз

ldi YH,high(TABLE)

Tb_Ld: lpm ;чтение байта из ROM в temp0 (r00) st Y+,temp0 ;сохранение значения в RAM adiw ZL,0x01 ;инкремент указателя dec temp ;счетчик декремента

brne Tb_Ld ;продолжать, пока таблица не загрузится

;Установка периферии:

ldi temp,-TBASE

out TCNT0,temp

ldi temp,0x01

out TCCR0,temp

ldi temp,0x02

out TIFR,temp

out TIMSK,temp

ldi temp,0x81

out TCCR1A,temp ;8-битный неинвертированный ШИМ

8

ldi temp,0x01 out TCCR1B,temp ldi temp,0x00

out MCUCR,temp ;INT0- и INT1- уровни задействованы

sei ;Включение прерываний ;Главный цикл программы

MAIN: bbis PIND,FWD,Dir_R ;определение команды «вперед» bbic PIND,REW,Dir_S ;определение команды «назад» bbic PINB,FLM,Dir_S ;определение срабатывания концевого датчика ;положения вращения «вперед»

ldi tempL,low (V) ;режим «вперед»: загрузка V как требуемой

; скорости

ldi tempH,high(V)

rcall MUL64 ;VR V x 64

rjmp Ch_Upd

Dir_R: bbis PIND,REW,Dir_S ; определение команды «назад»

bbic PINB,RLM,Dir_S ;определение срабатывания концевого датчика

;положения вращения «назад»

ldi tempL,low (-V) ;режим «назад»: загрузка (-V) как требуемой скорости

ldi tempH,high(-V)

rcall MUL64 ;VR V x 64

rjmp Ch_Upd

Dir_S: clr VRL ;стоп

clr VRM

clr VRH

Ch_Upd: bbrc STATE,UPD,No_Upd ;игнорировать если UPD=0

9

clbr

cp

cpc

cpc

breq

STATE,UPD

VCL,VRL

VCM,VRM

VCH,VRH

No_Upd

;обнулить UPD

;игнорировать обновление если VC=VR

brlt Sp_Up ;повышение скорости если VC<VR (учитывая знак)

Sp_Dn: ldi temp,low (A) ;VC - A

sub VCL,temp

ldi temp,high(A)

sbc VCM,temp

ldi temp,0

sbc VCH,temp

cp VCL,VRL

cpc VCM,VRM

cpc VCH,VRH brlt V_Lim rjmp Upd_T

Sp_Up: ldi temp,low (A) ;VC + A

add VCL,temp

ldi temp,high(A)

adc VCM,temp

ldi temp,0

adc VCH,temp

cp VCL,VRL

cpc VCM,VRM

10

cpc VCH,VRH brge V_Lim rjmp Upd_T

V_Lim: mov VCL,VRL ;VC VR mov VCM,VRM mov VCH,VRH

Upd_T: rcall V2T преобразование VC в T No_Upd: wdr ;запуск слежения rjmp MAIN ;Подпрограммы

;VR tempH,tempL x 64 (учитывая знак) MUL64: ser temp sbrs tempH,7 clr temp

mov VRL,tempL mov VRM,tempH mov VRH,temp ldi temp,6 sh6: lsl VRL rol VRM rol VRH dec temp brne sh6 ret

;преобразователь скорости в период шага

;VCI = |VC|

11

;если VCI < VMIN x 64, то VCI = VMIN * 64

;T = 2 560 000 / VCI

V2T: push

push

push

ldi ldi rcall

VRL ; сохранение VR

VRM

VRH

tempL, low(VMIN)

tempH,high(VMIN)

MUL64 64

pos:

mov

mov

mov

bbrc

subi

sbci

sbci

com

com

com

cp

cpc

cpc

brsh

mov

mov

mov

tempL,VCL ;temp VC

tempM,VCM

tempH,VCH

tempH,7,pos;игнорировать, если temp > 0

tempL,1 ;temp = - temp

tempM,0

tempH,0

tempL

tempM

tempH

tempL,VRL

tempM,VRM

tempH,VRH

mk_t

tempL,VRL

tempM,VRM

tempH,VRH

mk_t: ldi ResL,low (2560000) ldi ResM,high (2560000) ldi ResH,byte3(2560000) clr VRL ;обнуление остатка clr VRM clr VRH

clc ;обнуление переноса

ldi temp,25 ;инициализация счетчика цикла

d24u_1: rol ResL ;сдвиг влево делимого

rol ResM

rol ResH

dec temp ;декремент счетчика

brne d24u_2 ;если завершено,

rjmp done ;то прыжок

d24u_2: rol VRL ;сдвиг делимого в остаток

rol VRM

rol VRH