УДК 621.398:543.2
DOI: 10.36871/26189976.2026.02-2.007
Авторы
Галина Анатольевна Овсеенко,
Казанский государственный энергетический университет, Казань, Россия
Тамара Константиновна Филимонова,
Казанский государственный энергетический университет, Казань, Россия
Аннотация
Статья посвящена разработке и моделированию программного обеспечения для двухконтурной измерительной системы с цифровым фильтром, предназначенной для прецизионного измерения концентрации вещества. Актуальность темы обусловлена возрастающими требованиями к точности, помехоустойчивости и быстродействию измерительных каналов в современных датчиковых системах, в частности, в газоанализе. Традиционные аналоговые системы часто не могут обеспечить необходимую точность и гибкость в условиях влияния возмущающих факторов и нелинейностей. Предметом исследования являются процессы синтеза, дискретной аппроксимации и программной реализации алгоритмов цифровой фильтрации для контуров управления измерительной системой. Цель исследования — разработка и обоснование структуры программного обеспечения, реализующего алгоритмы цифрового пропорционально-интегрального (ПИ) фильтра внутреннего контура скорости и интегро-дифференцирующего фильтра пятого порядка измерительного контура. Задачи исследования включают: синтез аналоговых корректирующих устройств; дискретную аппроксимацию передаточных функций методом билинейного преобразования (Тастина); разработку алгоритмов работы цифровых фильтров в виде разностных уравнений и в векторно-матричной форме (Discrete State-Space); моделирование и верификацию работы системы в среде MATLAB Simulink. Практическая значимость работы заключается в создании программных алгоритмов, позволяющих существенно повысить точность и качество переходных процессов измерительной системы. Внедрение разработанного программного обеспечения обеспечивает компенсацию моментных нагрузок, снижение ошибок по скорости и ускорению, а также повышение общей помехоустойчивости и надежности измерительного канала. Таким образом, исследование направлено на создание эффективного цифрового инструмента для управления высокоточными измерительными системами, актуального для приборостроения и автоматизации технологических процессов.
Ключевые слова
измерительная система
цифровой фильтр
дискретная аппроксимация
ПИ-регулятор
MATLAB Simulink
моделирование
двухконтурное управление
программное обеспечение
Список литературы
[1] Беляева Л. Р., Зарипова Р. С., Петрушенко Ю. Я., Попов Е. А. Мониторинг переменной ионной концентрации в водной среде с помощью информационно-измерительной системы на основе мембранного датчика // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2011. № 1–2. С. 119–126. EDN NULBYF.
[2] Залялова Г. Р., Зарипова Р. С. Моделирование цифрового фильтра с применением инструментов среды MATLAB // Прикладная математика и информатика: современные исследования в области естественных и технических наук: материалы III научнопрактической всероссийской конференции (школы-семинара) молодых ученых. Тольятти: Издатель Качалин Александр Васильевич, 2017. С. 190–194. EDN ZDFEJX.
[3] Зарипова Р. С., Белавин В. А. Исследование метрологических характеристик мембранного датчика для измерения концентрации ионов щелочных и щелочноземельных металлов в водных средах // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2006. № 3–4. С. 93–98. EDN KFQJWH.
[4] Кашаев Р. С., Козелков О. В., Овсеенко Г. А. Мехатронный приборно-программный комплекс для контроля свойств сырой нефти с газовым анализом во взрывоопасной зоне // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (ХХI Бенардосовские чтения): Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 140‑летию изобретения электросварки Н. Н. Бенардосом, Иваново, 2021.—С. 106–114.
[5] Малёв Н. А., Погодицкий О. В., Козелков О. В., Дюрягин А. М. Анализ динамических характеристик вентильного двигателя мехатронной системы в условиях параметрической неопределённости методами компьютерного моделирования // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. Т. 24. № 3. С. 158–174.
[6] Малёв Н. А., Погодицкий О. В., Цветкович А. М. Особенности применения теории чувствительности для анализа влияния параметрических возмущений на динамические свойства электромеханических преобразователей // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. Т. 21. № 6. С. 101–110.
[7] Николаева С. Г. Моделирование нечетких систем для принятия решений в условиях неопределенности // Экономика и управление: проблемы, решения. 2025. Т. 10. № 2 (155). С. 11–17.
[8] Овсеенко Г. А., Кашаев Р. С., Козелков О. В. Интеллектуальная система управления мехатронного комплекса при добыче и подготовки нефти // Цифровые системы и модели: теория и практика проектирования, разработки и применения. Материалы национальной (с международным участием) научно-практической конференции. Казань, 2024. С. 1004–1007.
[9] Розенфельд В. Н., Филимонова Т. К. Автоматизация процесса формирования наконечников различных деталей на оборудовании гидравлической формовки с помощью логического модуля управления // Информационные технологии в строительных, социальных и экономических системах. 2020. № 1 (19). С. 85–87.
[10] Янова О.Ю., Амерханова Ф. Ш. Значение компьютерных электронных информационных технологий и инженерного менеджмента // Экономика и управление: проблемы, решения. 2025. Т. 2. № 5 (158). С. 85–90.
