АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВАНИЕМ ТУКОСМЕСИ ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ШТАНГОВОГО АГРЕГАТА
DOI 10.31588/2073-0462-2026-21-1-99-109 УДК / UDC 631.333:631.171 EDN: PRETOZ
Ключевые слова:
тукосмесь, дозирование, точное земледелие, пневматический штанговый агрегат, алгоритм, замкнутый контур.Аннотация
Исследования по внедрению технологий точного земледелия в Ставропольском ГАУ, проводимые в 2012-2025 годы, выявили высокую неравномерность уровня концентрации основных питательных элементов внутри одного поля. Анализ научных исследований позволил сделать вывод об отсутствии решений проведения тукосмешивания в полевых условиях специализированным агрегатом, оборудованным тремя отсеками для нахождения в них однокомпонентных минеральных удобрений с индивидуальными дозаторами, обеспечивающими точное дозирование каждого элемента с одновременным внесением. Целью настоящего исследования является разработка алгоритмической модели автоматизированной системы управления одновременным дозированием питательных элементов тукосмеси для пневматических штанговых агрегатов. Методика включала полевые эксперименты с автоматизированным отбором проб, картографированием NPK в AGRO MAP и разработкой системы дозирования трёх удобрений для пневматического агрегата. Разработан алгоритм с погрешностью Δ = 3–5%. Имитационное моделирование выполнено на Python (ПИД-регулятор, метод Ziegler–Nichols) для скоростей 5–25 км/ч и плотности 900–1300 кг/м³ (225 расчётов) с построением карт погрешности. Результаты моделирования показали, что система обеспечивает возвращение фактического расхода к заданному значению в пределах допустимой погрешности (Δ = 3–5%) за время не более 3 с после возникновения возмущения. Параметрическое моделирование в диапазоне скоростей 5–25 км/ч и насыпной плотности 900–1300 кг/м³ подтвердило устойчивость алгоритма: средняя погрешность дозирования составила 2,9%, максимальная – 4,7%, превышение допуска в 5% – менее 2%. Применение замкнутого контура позволяет снизить среднюю погрешность дозирования с 15–20% (для традиционных разомкнутых систем) до 3–5%, что соответствует агротехническим требованиям. Система управления с разработанным алгоритмом позволяет осуществлять проверку и коррекцию как общей суммарной подачи, так и подачи каждого компонента NPK в отдельности.
Литература
1. The path to smart farming: innovations and opportunities in precision agriculture / Karunathilake EMBM, Le AT, Heo S, et al. // Agriculture. 2023. Vol. 13(8). P. 2-26. doi: 10.3390/agriculture13081593.
2. Precision agriculture techniques and practices: from considerations to applications / Shafi U, Mumtaz R, García-Nieto J, et al. // Sensors. 2019. Vol. 19:17. P. 2-25. doi:10.3390/s19173796.
3. Dhoubhadel SP. Precision agriculture technologies and farm profitability. // Journal of Agricultural and Resource Economics. 2021. Vol. 46(2). P. 256–268. doi: 10.22004/ag.econ.303598.
4. Monteiro A, Santos S, Gonçalves P. Precision agriculture for crop and livestock farming –Brief review. // Animals. 2021. Vol. 11(8). P. 23-45. doi:10.3390/ANI11082345.
5. Влияние удобрений на урожайность кукурузы в Ставропольском крае / В. Н. Багринцева, И. Н. Ивашененко, В. В. Дридигер и др. // Достижения науки и техники АПК. 2023. Т. 37. No 7. С. 29-33. doi: 10.53859/02352451_2023_37_7_29.
6. Сухаева А.Р., Бодякина Т.В., Балданов М.Б. К вопросу механизации внесения удобрений // Научный журнал молодых ученых. 2025. No 2(42). С.51-55.
7. Сиднева И. Е., Курдюмов В. И., Павлушин А. А. Теоретическое обоснование параметров рабочего органа разбрасывателя минеральных удобрений // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2022. No 3(59). С. 6-11. doi: 10.18286/1816-4501-2022-3-6-11.
8. Димитров А. А. Типы агрегатов для внесения минеральных удобрений // Современные проблемы АПК: сборник научных статей Института механики и энергетики, приуроченный к 90-й научно-практической конференции «Аграрная наука – Северо-Кавказскому федеральному округу». – Ставрополь, 2025. No 1. С. 205-208.
9. Разработка агрегата штангового типа с пневмотранспортной системой для дифференцированного внесения тукосмесей в ресурсосберегающих геоинформационных агротехнологиях точного земледелия / С.Д. Ридный, Е.В. Кулаев, Д.И. Грицай, и др. // Агроинженерия. 2025. No 6 (27). С. 60-66. doi: 10.26897/2687-1149-2025-6-60-66
10. Grift T. E. Mass Flow Measurement of Granular Materials in Aerial Application – Part 1: Simulation and Modeling //Transactions of the ASAE. –2001. –Т. 44. –No. 1. –Pp. 19-26. doi: 10.13031/2013.2299
11. Grift T. E., Walker J. T., Hofstee J. W. Materials in Aerial Application – Part 2: Experimental Model Validation //Transactions of the ASAE. 2001. Т. 44. –No. 1. Pp. 27-34. doi: 10.13031/2013.2300
12. Макаров В.А., Темников В.Н., Темников К.В. Система приборного обеспечения дифференцированного внесения минеральных удобрений в ГИС-технологиях // Нива Поволжья. 2011. No1(18). С. 46-49.
13. Research and Design of Precision Fertilizer Application Control System Based on PSO-BP-PID Algorithm / Meng, Z., Zhang, L., Wang, H., et al. // Agriculture 2022, 12, 1395. doi: 10.3390/agriculture12091395
14. Новикова К.В. Автоматическое управление технологическими процессами в сельскохозяйственной технике // Научное Образование. 2024. No 3(24). С. 115-117.
15. Обоснование параметров пневмотранспортной системы пневматического типа с разделяющимися потоками в посевных комплексах и агрегатах для внесения твердых минеральных удобрений / С.Д. Ридный, Е. В. Кулаев, А.А. Димитров и др. // Аграрный научный журнал. 2025. No 12. С. 181–186. doi: 10.28983/asj.y2025i12pp181-186.
16. Бухмиров В.В., Родионов Г.А. Математическое моделирование двухфазных потоков в установках пневмотранспорта мелкодисперсных материалов // Вестник ИГЭУ. 2013. Вып. 5. С. 24-28.
17. Великанов Н.Л., Наумов В.А., Корягин С.И. Моделирование работы пневмотранспорта в импульсно-поршневом режиме // Технико-технологические проблемы сервиса. 2018. No3(45). С. 6-9.
18. Попенко А. Ю. Теоретические исследования движения частицы удобрения в закрытом наклонном воздушном канале // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. No. 2 (88). С. 118-122.
19. Разработка алгоритмов для системы анализа и обработки информации / А.А. Соколов, Ф.В. Чихтисова, А.М. Коломыц и др. // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. No6 (25). —URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-algoritmov-dlya-sistemy-analiza-i-obrabotki-informatsii (Дата обращения 26.12.2025).
20. Разработка интеллектуальных алгоритмов для оптимизации автоматизации технологических операций / Василевский А.В., Хомченко А.Е., Макаров В.М. и др. // Экономика: вчера, сегодня, завтра. 2025. Том 15. No 4А. С. 190-199.
1. Karunathilake EMBM, Le AT, Heo S. The path to smart farming: innovations and opportunities in precision agriculture. Agriculture. 2023; Vol.13(8). 2-26 p. doi: 10.3390/agriculture13081593.
2. Shafi U, Mumtaz R, Garcia-Nieto J. Precision agriculture techniques and practices: from considerations to applications. Sensors. 2019; Vol.19:17. 2-25 p. doi: 10.3390/s19173796.
3. Dhoubhadel SP. Precision agriculture technologies and farm profitability. Journal of Agricultural and Resource Economics. 2021; Vol.46(2). 256-268 p. doi: 10.22004/ag.econ.303598.
4. Monteiro A, Santos S, Goncalves P. Precision agriculture for crop and livestock farming –Brief review. Animals. 2021; Vol.11(8). 23-45 p. doi: 10.3390/ANI11082345.
5. Bagrintseva VN, Ivashenenko IN, Dridiger VV. [Influence of fertilizers on corn yield in Stavropol Krai]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2023; Vol.37. 7. 29-33 p. doi: 10.53859/02352451_2023_37_7_29.
6. Sukhaeva AR, Bodyakina TV, Baldanov MB. [On the issue of mechanization of fertilizer application]. Nauchnyy zhurnal molodykh uchenykh. 2025; 2(42). 51-55 p.
7. Sidneva IE, Kurdyumov VI, Pavlushin AA. [Theoretical substantiation of working unit parameters of mineral fertilizer spreader]. Vestnik Ulyanovskoy gosudarstvennoy selskokhozyaystvennoy akademii. 2022; 3(59). 6-11 p. doi: 10.18286/1816-4501-2022-3-6-11.
8. Dimitrov AA. [Types of units for applying mineral fertilizers. Modern problems of agro-industrial complex]. Sbornik nauchnykh statey Instituta mekhaniki i energetiki, priurochennyy k 90-i nauchno-prakticheskoy konferentsii “Agrarnaya nauka –Severo-Kavkazskomu federalnomu okrugu”. Stavropol. 2025; 1. 205-208 p.
9. Ridnyy SD, Kulaev EV, Gritsay DI. [Development of a boom-type unit with a pneumatic transport system for differentiated application of fertilizer mixtures in resource-saving geoinformation agricultural technologies of precision farming]. Agroinzheneriya. 2025; 6 (27). 60-66 p. doi: 10.26897/2687-1149-2025-6-60-66
10. Grift TE. Mass flow measurement of granular materials in aerial application –Part 1: simulation and modeling. Transactions of the ASAE. 2001; Vol.44. 1. 19-26 p. doi: 10.13031/2013.2299
11. Grift TE, Walker JT, Hofstee JW. Materials in aerial application –Part 2: experimental model validation. Transactions of the ASAE. 2001; Vol.44. 1. 27-34 p. doi: 10.13031/2013.2300
12. Makarov VA, Temnikov VN, Temnikov KV. [Instrumentation system for differentiated application of mineral fertilizers in GIS technologies]. Niva Povolzhya. 2011; 1(18). 46-49 p.
13. Meng Z, Zhang L, Wang H. Researchand design of precision fertilizer application control system based on PSO-BP-PID algorithm. Agriculture. 2022; 12. 1395 p. doi:10.3390/agriculture12091395
14. Novikova KV. [Automatic control of technological processes in agricultural machinery]. Nauchnoe obrazovanie. 2024; 3(24). 115-117 p.
15. Ridnyy SD, Kulaev EV, Dimitrov AA. [Justification the parameters of pneumatic transport system of a pneumatic type with dividing flows in seeding complexes and units for applying solid mineral fertilizers]. Agrarnyy nauchnyy zhurnal. 2025; 12. 181-186 p. doi: 10.28983/asj.y2025i12pp181-186.
16. Bukhmirov VV, Rodionov GA. [Mathematical modeling of two-phase flows in pneumatic transport units for finely dispersed materials]. Vestnik IGEU. 2013; Issue 5. 24-28 p.
17. Velikanov NL, Naumov VA, Koryagin SI. [Modeling of pneumatic transport operation in pulse-piston mode]. Tekhniko-tekhnologicheskie problemy servisa. 2018; 3(45). 6-9 p.
18. Popenko AYu. [Theoretical research of fertilizer particle motion in a closed inclined air channel]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021; 2 (88). 118-122 p.
19. Sokolov AA, Chikhtisova FV, Kolomyts AM. [Development of algorithms for an information analysis and processing system]. [Internet]. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatelskiy zhurnal. 2014; 6 (25). [cited 2025, December 26]. Available from: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-algoritmov-dlya-sistemy-analiza-i-obrabotki-informatsii.
20. Vasilevskiy AV, Khomchenko AE, Makarov VM. [Development of intelligent algorithms for optimizing technological operations automation]. Ekonomika: vchera, segodnya, zavtra. 2025; Vol.15. 4A. 190-199 p
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 Вестник Казанского государственного аграрного университета
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
