Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 45384 10.12737/2219-0767-2021-14-2-35-44 Технические науки Технические науки Simulation of a heating automation system for a «smart» residential building Моделирование системы автоматизации отопления для «умного» жилого дома Поляков Сергей Иванович Polyakov Sergey Ivanovich Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov 14 2 35 44 26 03 2021 https://naukaru.ru/en/nauka/article/45384/view

В статье рассмотрены вопросы конструктивного, структурного моделирования и автоматического управления отоплением помещения. Получена динамика объекта – отопительной системы жилого дома. Динамические погрешности определены динамическими характеристиками датчика температуры. Представлена конструктивная схема объекта. Система управления отоплением содержит три регулятора температуры. С помощью структурного моделирования оценены различные способы автоматического управления отопительной системой. Техническая структура системы автоматического управления (САУ) температурой в жилом помещении реализована каскадным трехконтурным управлением с двумя исполнительными элементами. Приводятся экспериментальные исследования переходных процессов в замкнутой САУ с регуляторами трех типов. Полученные результаты позволяют реализовать адаптивное управление отопительной системой на реальном объекте.

The article deals with the issues of constructive, structural modeling and automatic control of room heating. The dynamics of the object-the heating system of a residential building-is obtained. Dynamic errors are determined by the dynamic characteristics of the temperature sensor. The design scheme of the object is presented. The heating control system contains three temperature controllers. Using structural modeling, various methods of automatic control of the heating system are evaluated. The technical structure of the automatic temperature control system (ACS) in a residential building is implemented by a cascade three-circuit control with two executive elements. Experimental studies of transients in a closed ACS with three types of regulators are presented. The results obtained make it possible to implement adaptive control of the heating system on a real object.

 Отопление датчик управление динамика регулятор каскад передаточная функция аппроксимация экспериментальная кривая. Heating sensor control dynamics regulator cascade transfer function approximation experimental curve.

Briere, D. Smart homes for dummies / D. Briere, P. Hurley. Hoboken. - Wiley Publishing, Inc. 2007. - 313 p. Briere, D. Smart homes for dummies / D. Briere, P. Hurley. Hoboken. - Wiley Publishing, Inc. 2007. - 313 p. Харке, В.Н. Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и систем коммуникаций в жилищном строительстве / В.Н. Харке. - М. : Техносфера, 2006. - 292с. Harke, V.N. Umnyy dom. Ob'edinenie v set' bytovoy tehniki i sistem kommunikaciy v zhilischnom stroitel'stve / V.N. Harke. - M. : Tehnosfera, 2006. - 292s. Элсенпитер, Т.Р. Умный Дом строим сами / Т.Р. Элсенпитер, Дж. Велт / М. : КУДИЦ-ОБРАЗ, 2005. - 384с. Elsenpiter, T.R. Umnyy Dom stroim sami / T.R. Elsenpiter, Dzh. Velt / M. : KUDIC-OBRAZ, 2005. - 384s. Wells, Q. Guide to digital home technology integration / Q. Wells. - Delmar : Cengage Learning, 2009. - 544 p. Wells, Q. Guide to digital home technology integration / Q. Wells. - Delmar : Cengage Learning, 2009. - 544 p. Ernest, A.-G. Community-based optimal scheduling of smart home appliances / A.-G. Ernest. - М. : LAP Lambert Academic Publishing, 2013. - 414 p. Ernest, A.-G. Community-based optimal scheduling of smart home appliances / A.-G. Ernest. - M. : LAP Lambert Academic Publishing, 2013. - 414 p. Akimov, V.I. Software life management systems for «smart» residential houses / V.I. Akimov, S.I. Polyakov, A.V. Polukazakov // 2020 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - Sochi, 2020. - Pp. 267-272. - DOI: 10.1109/RusAutoCon49822.2020.9208215. Akimov, V.I. Software life management systems for «smart» residential houses / V.I. Akimov, S.I. Polyakov, A.V. Polukazakov // 2020 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - Sochi, 2020. - Pp. 267-272. - DOI: 10.1109/RusAutoCon49822.2020.9208215. Поляков, С.И. Автоматика и автоматизация производственных процессов : учеб. пособие / С.И. Поляков. - Воронеж, 2007. - 373 с. Polyakov, S.I. Avtomatika i avtomatizaciya proizvodstvennyh processov : ucheb. posobie / S.I. Polyakov. - Voronezh, 2007. - 373 s. Технические средства автоматизации. Программно - технические комплексы и контроллеры : учебное пособие / И.А. Елизаров, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Т. Схиртладзе, С.В. Фролов. - М. : «Издательство Машиностроение - 1», 2004. - 180 с. Tehnicheskie sredstva avtomatizacii. Programmno - tehnicheskie kompleksy i kontrollery : uchebnoe posobie / I.A. Elizarov, Yu.F. Martem'yanov, A.T. Shirtladze, S.V. Frolov. - M. : «Izdatel'stvo Mashinostroenie - 1», 2004. - 180 s. Поляков, С.И. Моделирование системы управления отоплением «умного» жилого дома / С.И. Поляков, В.И. Акимов, А.В. Полуказаков // Моделирование систем и процессов. - 2020. - Т. 13, № 1. - С. 68-76. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-68-76. Polyakov, S.I. Modelirovanie sistemy upravleniya otopleniem «umnogo» zhilogo doma / S.I. Polyakov, V.I. Akimov, A.V. Polukazakov // Modelirovanie sistem i processov. - 2020. - T. 13, № 1. - S. 68-76. - DOI: 10.12737/2219-0767-2020-13-1-68-76. Петровский В.С. Научные исследования в автоматизации : учеб. пособие / В.С. Петровский, С.И. Поляков, Д.А. Глухов. - Воронеж, 2011. - 240 с. Petrovskiy V.S. Nauchnye issledovaniya v avtomatizacii : ucheb. posobie / V.S. Petrovskiy, S.I. Polyakov, D.A. Gluhov. - Voronezh, 2011. - 240 s. Development and research of a "Smart Home" heating control system / V.I. Akimov, E.N. Desyatirikova, A.V. Polukazakov, S.I. Polyakov, V.E. Mager // 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). - St. Petersburg, Moscow, 2020. - Pp. 574-580. - DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039541. Development and research of a "Smart Home" heating control system / V.I. Akimov, E.N. Desyatirikova, A.V. Polukazakov, S.I. Polyakov, V.E. Mager // 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). - St. Petersburg, Moscow, 2020. - Pp. 574-580. - DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039541. Поляков, С. И. Автоматическое управление процессами дозирования сыпучих материалов : монография / С.И. Поляков. - Воронеж, 2019. - 180 с. Polyakov, S. I. Avtomaticheskoe upravlenie processami dozirovaniya sypuchih materialov : monografiya / S.I. Polyakov. - Voronezh, 2019. - 180 s. Теория автоматического управления : учебник / В.Д. Волков, А.И. Шашкин, А.В. Смольянинов, Е.Н. Десятирикова. - Воронеж : Научная книга, 2015. - 745 с. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya : uchebnik / V.D. Volkov, A.I. Shashkin, A.V. Smol'yaninov, E.N. Desyatirikova. - Voronezh : Nauchnaya kniga, 2015. - 745 s. Akimov, V.I. Selecting criteria for optimizing parameters of ADC for digital signal processing / V.I. Akimov; A.V. Polukazakov; N.V. Sitnikov // Proceedings - 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - Pp. 8867651. - DOI: 10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867651 (Scopus). Akimov, V.I. Selecting criteria for optimizing parameters of ADC for digital signal processing / V.I. Akimov; A.V. Polukazakov; N.V. Sitnikov // Proceedings - 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - Pp. 8867651. - DOI: 10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867651 (Scopus). Akimov, V.I. Design of measuring channel systems and automation tools / V.I. Akimov, A.V. Polukazakov, V.P. Shelyakin // Proceedings - 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - Sochi, 2019. - Pp. 8867777. - DOI: 10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867777. Akimov, V.I. Design of measuring channel systems and automation tools / V.I. Akimov, A.V. Polukazakov, V.P. Shelyakin // Proceedings - 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - Sochi, 2019. - Pp. 8867777. - DOI: 10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867777. Поляков, С.И. Проектирование систем управления : учеб. пособие / С.И. Поляков, Н.П. Зуйкин. - Воронеж, 2001. - 133с. Polyakov, S.I. Proektirovanie sistem upravleniya : ucheb. posobie / S.I. Polyakov, N.P. Zuykin. - Voronezh, 2001. - 133s. Моделирование системы управления отоплением «умного» жилого дома / С.И. Поляков, В.И. Акимов, А.В. Полуказаков, В.К. Зольников, П.В. Енин // Моделирование систем и процессов. - 2021. - Т. 14, № 1. - С. 58-67. - DOI: 10.12737/2219-0767-2021-14-1-58-67. Modelirovanie sistemy upravleniya otopleniem «umnogo» zhilogo doma / S.I. Polyakov, V.I. Akimov, A.V. Polukazakov, V.K. Zol'nikov, P.V. Enin // Modelirovanie sistem i processov. - 2021. - T. 14, № 1. - S. 58-67. - DOI: 10.12737/2219-0767-2021-14-1-58-67. Simulation modeling of a technological breakthrough in the economy / V.N. Volkova, A.V. Loginova, E.N. Desyatirikova, V.E. Belousov, V.V. Chugunov // Proceedings of 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2018. - St. Petersburg, Moscow, 2018. - Pp. 1293-1297. - DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317332. Simulation modeling of a technological breakthrough in the economy / V.N. Volkova, A.V. Loginova, E.N. Desyatirikova, V.E. Belousov, V.V. Chugunov // Proceedings of 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2018. - St. Petersburg, Moscow, 2018. - Pp. 1293-1297. - DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317332. Akimov, V.I. Design and development of cascade heating control for a «Smart» residential housing / V.I. Akimov, S.I. Polyakov, A.V. Polukazakov // 2020 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - Sochi, 2020. - Pp. 42-48. - DOI: 10.1109/RusAutoCon49822.2020.9208225. Akimov, V.I. Design and development of cascade heating control for a «Smart» residential housing / V.I. Akimov, S.I. Polyakov, A.V. Polukazakov // 2020 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - Sochi, 2020. - Pp. 42-48. - DOI: 10.1109/RusAutoCon49822.2020.9208225. Сазонова, С.А. Особенности решения задач управления функционированием системами теплоснабжения / С.А. Сазонова // Моделирование систем и процессов. - 2018. - Т. 11, № 3. - С. 67-73. - DOI: 10.12737/article_5c4f1989b3f6e2.21665404. Sazonova, S.A. Osobennosti resheniya zadach upravleniya funkcionirovaniem sistemami teplosnabzheniya / S.A. Sazonova // Modelirovanie sistem i processov. - 2018. - T. 11, № 3. - S. 67-73. - DOI: 10.12737/article_5c4f1989b3f6e2.21665404. Сазонова, С.А. Математическое моделирование параметрического резерва систем теплоснабжения с целью обеспечения безопасности при эксплуатации / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, А.В. Звягинцева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12, № 3. - С. 71-77. - DOI: 10.12737/2219-0767-2019-12-3-71-77. Sazonova, S.A. Matematicheskoe modelirovanie parametricheskogo rezerva sistem teplosnabzheniya s cel'yu obespecheniya bezopasnosti pri ekspluatacii / S.A. Sazonova, S.D. Nikolenko, A.V. Zvyaginceva // Modelirovanie sistem i processov. - 2019. - T. 12, № 3. - S. 71-77. - DOI: 10.12737/2219-0767-2019-12-3-71-77. Сазонова С.А. Особенности формирования обобщенной модели управления системами теплоснабжения / С.А. Сазонова // Моделирование систем и процессов. - 2018. - Т. 11, № 3. - С. 73-80. - DOI: 10.12737/article_5c4f198dba9c13.80374928. Sazonova S.A. Osobennosti formirovaniya obobschennoy modeli upravleniya sistemami teplosnabzheniya / S.A. Sazonova // Modelirovanie sistem i processov. - 2018. - T. 11, № 3. - S. 73-80. - DOI: 10.12737/article_5c4f198dba9c13.80374928. Сазонова С.А. Особенности формулировки прикладных задач управления функционированием системами теплоснабжения / С.А. Сазонова // Моделирование систем и процессов. - 2018. - Т. 11, № 3. - С. 80-88. - DOI: 10.12737/article_5c4f199166f1b7.53125390. Sazonova S.A. Osobennosti formulirovki prikladnyh zadach upravleniya funkcionirovaniem sistemami teplosnabzheniya / S.A. Sazonova // Modelirovanie sistem i processov. - 2018. - T. 11, № 3. - S. 80-88. - DOI: 10.12737/article_5c4f199166f1b7.53125390.