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

Авторы

  • Сергей Дмитриевич Ридный Ставропольский государственный аграрный университет (355017, Российская Федерация, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, д. 12) https://orcid.org/0009-0004-5187-029X
  • Егор Владимирович Кулаев Ставропольский государственный аграрный университет (355017, Российская Федерация, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, д. 12) https://orcid.org/0000-0003-4152-6239
  • Анатолий Анатольевич Димитров Ставропольский государственный аграрный университет (355017, Российская Федерация, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, д. 12) https://orcid.org/0009-0001-8321-4180
  • Дамир Тагирович Халиуллин Казанский государственный аграрный университет (420015, Российская Федерация, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 65) https://orcid.org/0000-0002-1941-0013
  • Максим Алексеевич Мастепаненко Ставропольский государственный аграрный университет (355017, Российская Федерация, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, д. 12) https://orcid.org/0000-0002-8684-118X

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.

Сведения об авторах

Сергей Дмитриевич Ридный , Ставропольский государственный аграрный университет (355017, Российская Федерация, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, д. 12)

 Кандидат технических наук, доцент, доцент базовой кафедры машин и технологий АПК

Егор Владимирович Кулаев , Ставропольский государственный аграрный университет (355017, Российская Федерация, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, д. 12)

 кандидат технических наук, доцент базовой кафедры машин и технологий
АПК

Анатолий Анатольевич Димитров , Ставропольский государственный аграрный университет (355017, Российская Федерация, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, д. 12)

Ассистент кафедры электротехники, физики и охраны труда

Дамир Тагирович Халиуллин , Казанский государственный аграрный университет (420015, Российская Федерация, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 65)

Кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедры машин и оборудования в агробизнесе 

Максим Алексеевич Мастепаненко , Ставропольский государственный аграрный университет (355017, Российская Федерация, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, д. 12)

Кандидат технических наук, директор института механики и энергетики 

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

2026-07-22

Как цитировать

Ридный , С. Д., Кулаев , Е. В., Димитров , А. А., Халиуллин , Д. Т., & Мастепаненко , М. А. (2026). 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. Вестник Казанского государственного аграрного университета, 21(1). извлечено от http://vestnik-kazgau.ru/index.php/vestnik/article/view/339