Представленные в публикации исследования вызваны недостаточностью методологического обеспечения управлением уровнем высших гармонических составляющих на основе мониторинга показателей качества электрической энергии в условиях функционирования электротехнических систем угольных шахтах. Цель: разработка методологии исследования режимов генерации высших гармонических составляющих преобразовательными устройствами в системах электропривода технологического оборудования угольных шахт. Методы: методология представлена в виде совокупности методик, в частности, методики исследования режимов генерации высших гармонических составляющих преобразовательными устройствами в системах электропривода технологического оборудования угольных шахт, с учетом повышения эффективности функционирования системы электроснабжения, а также при учете влияния высших гармонических составляющих и методики экспериментального исследования режимов систем электроснабжения угольных шахт высокой производительности, в том числе опасных по внезапным выбросам газа и пыли. Кроме того, предложенный принцип декомпозиционного анализа электротехнических систем для исследования влияния преобразовательной нагрузки на качество электроэнергии применен к системам электроснабжения угольных шахт. Также предложено использование метода имитационного моделирования электротехнических систем угольной шахты согласно принципу декомпозиционного анализа с целью проведения исследований на предмет генерации высших гармонических составляющих и ограничения их влияния с помощью технических средств в тех случаях, когда отсутствует возможность проведения физического экспериментального исследования в соответствии с Правилами безопасности в угольных шахтах. Результаты: представленная методология исследования режимов генерации высших гармонических составляющих преобразовательными устройствами в системах электропривода технологического оборудования угольных шахт позволит провести исследование режимов генерации высших гармонических составляющих основным технологическим оборудованием угольных шахт высокой производительности, оценить степень их влияния на показатели качества электрической энергии
в сетях и обосновать использование фильтрокомпенсирующих устройств различного вида с целью повышения эффективности функционирования электротехнической системы угольной шахты. Предложенный принцип декомпозиционного анализа электротехнических систем для исследования влияния преобразовательной нагрузки на качество электроэнергии, применительно к системам электроснабжения угольных шахт, позволит подобрать оптимальное решение по использованию технических средств и технологических решений для демпфирования высших гармонических составляющих в условиях высокопроизводительных участков, а также по ограничению их генерации мощными потребителями поверхности с преобразовательной нагрузкой. Значимость: представленная методология исследования режимов генерации высших гармонических составляющих преобразовательными устройствами в системах электропривода технологического оборудования угольных шахт, в том числе опасных по внезапным выбросам газа и пыли, позволит провести исследования генерации высших гармонических составляющих как на поверхности, так и в подземных горных выработках угольных шахт в соответствии с Правилами безопасности, с целью повышения эффективности функционирования, что позволит снизить себестоимость добычи угля подземным способом.

Ключевые слова: угольная шахта, система электроснабжения, электротехническая система, декомпозиция, высшие гармонические составляющие, алгоритм, преобразовательные устройства, показатели качества электроэнергии, технологическое оборудование, фильтрокомпенсирующие устройства, методология, экспериментальные исследования.

Решетняк Сергей Николаевич (Москва, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник лаб. 2.2 ИПКОН РАН (111020, Москва, Крюковский туп., 4); доцент кафедры «Энергетика и энергоэффективность горной промышленности» НИТУ МИСИС (119049, Москва, Ленинский пр., 4, стр. 1, e-mail: reshetniak@inbox.ru).

1. Проблемы обеспечения высокой производительности очист-ных забоев в метанообильных шахтах / А.Д. Рубан, В.Б. Артемьев, 
В.С. Забурдяев, Г.С. Забурдяев, Ю.Ф. Руденко. – М.: Моск. изд. дом, 2009. – 396 с.
2. Kubrin, S.S. Monitoring of coal and rock mass conditions, coal mine air and extraction equipment state / S.S. Kubrin // Proceedings of the 8th International Conference on Physical Problems of Rock Destruction. –Metallurgical Industry Press, China, 2014. – P. 454–460.
3. Meshkov, A.A. Improving the efficiency of the technology and or-ganization of the longwall face move during the intensive flat-lying coal seams mining at the Kuzbass mines / A.A. Meshkov, O.I. Kazanin, A.A. Si-dorenko // Journal of Mining Institute. – 2021. – Vol. 249. – P. 342–350. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.3
4. Щуцкий, В.И. Электрификация подземных горных работ: учеб. для вузов / В.И. Щуцкий, Н.И. Волощенко, Л.А. Плащанский. – М.: Недра, 1986. – 364 с.
5. Эффективное использование электроэнергии и топлива 
в угольной промышленности / Н.И. Волощенко [и др.]; под ред. 
Э.П. Островского, Ю.П. Миновского. – М.: Недра, 1990. – 407 с.
6. Пивняк, Г.Г. Резонансные процессы в системах электроснаб-жения угольных шахт с мощными нелинейными нагрузками / 
Г.Г. Пивняк, И.В. Жежеленко, Ю.А. Папаика // Электроэнергетика управление, качество и эффективность использования энергоресурсов: сб. тр. Седьмой Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участ. – Благо-вещенск: Изд-во Амурского гос. ун-та, 2013. – С. 132–138.
7. Пивняк, Г.Г. Научные и методические основы эффективного использования электроэнергии на угольных шахтах Украины / 
Г.Г. Пивняк, В.Т. Заика, В.В. Самойленко // Горный журнал. – 2010. – № 7. – С. 92–96.
8. Железко, Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии / Ю.С. Железко. – М.: ЭНАС, 2009. – 456 с.
9. Миновский, Ю.П. Эффективность электроснабжения уголь-ных шахт / Ю.П. Миновский. – М.: Недра, 1990. – 158 с.
10. Повышение эффективности функционирования горных ма-шин угольных шахт / С.С., Кубрин И.М. Закоршменный, С.Н. Решет-няк, Ю.М. Максименко // Уголь. – 2024. – № 4. – С. 83–87. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-4-83-87
11. Анализ гармонического состава напряжения в подземных электрических сетях высокопроизводительных угольных шахт / А.В. Ляхомский, Л.А. Плащанский, С.Н. Решетняк, М.Ю. Решетняк // Про-мышленная энергетика. – 2021. – № 10. – С. 32–41.
12. Решетняк, М.Ю. Исследование гармонического состава в электрических сетях поверхностного комплекса высокопроизводи-тельных угольных шахт / М.Ю. Решетняк // Электротехнические и ин-формационные системы и комплексы. – 2019. – № 4. – С. 61–67.
13. Решетняк, С.Н. Повышение эффективности функционирова-ния поверхностного комплекса угольных шахт / М.Ю. Решетняк // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2024. – № 2. – С. 59–65.
14. Плащанский, Л.А. Повышение качества электрической энер-гии в подземных электрических сетях высокопроизводительных угольных шахт / Л.А. Плащанский, С.Н. Решетняк, М.Ю. Решетняк // Горные науки и технологии. – 2022. – Т. 7, № 1. – С. 66–77. DOI: 10.17073/2500-0632-2022-1-66-77
15. Lyakhomskii, A.V. Conceptual design and engineering strategies to increase energy efficiency at enterprises / A.V. Lyakhomskii, E.N. Per-fil’eva, A.B. Petrochenkov // Russian Electrical Engineering. – 2015. – Vol. 86, 
no. 6. – P. 305–308.
16. Petrochenkov, A.B. An information of industrial electrotechnical complexes / A.B. Petrochenkov // Russian Electrical Engineering. – 2015. – Vol. 86, no. 6. – P. 692–696.
17. Yu, B. Industrial structure, technological innovation, and total-factor energy efficiency in China / B. Yu // Environmental Science and Pol-lution Research. – 2021. – 27 (8). – P. 8371–8385. DOI: 10.1007/s11356-019-07363-5
18. Two-stage robust stochastic scheduling for energy recovery in coal mine integrated energy system / H. Huang, R. Liang, C. Lu, D. Gong, S. Yin // Applied Energy. – 2021. – 290. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.116759
19. Modeling of the interaction of structural elements / B.V. Kavale-rov, A.B. Petrochenkov, K.A. Odin, V.A. Tarasov // Russian Electrical En-gineering. – 2013. – Vol. 84, no. 1. – P. 9–13. DOI: 10.3103/S1068371213010033
20. Плащанский, Л.А. Основы электроснабжения горных пред-приятий: учеб. для вузов / Л.А. Плащанский. – М.: Изд-во Москов. гос. горного ун-та, 2005. – 499 с. 
21. Abramovich, B. The application of modern information technolo-gies for power monitoring and control in conditions of distributed genera-tion / B. Abramovich, Y. Sychev, V. Prokhorova // Conference of Open In-novation Association, FRUCT. – December 2014. – P. 3–8. DOI: 10.1109/FRUCT.2014.7000938
22. Nonsinusoidal modes in power-supply systems with nonlinear loads and capacitors in mining / Yu.A. Sychev, V.N. Kostin, V.A. Serikov, M.E. Aladin // Mining Informational and Analytical Bulletin. – 2023. – 1. – P. 159–179.
23. Sychev, Y.A. Developing a hybrid filter structure and a control algorithm for hybrid power supply / Y.A. Sychev, M.E. Aladin, S.V. Ale-ksandrovich // International Journal of Power Electronics and Drive Sys-tems. – 2022. – 13 (3). – P. 1625–1634. 
24. Analysis of power quality in presence of frequency distortions / V. Zatsepina, E. Zatsepin, O. Shachnev, A. Shachnev, T. Petrov // E3S Web of Conferences. – 2020. – С. 178.
25. Аракелов, В.Е. Методические вопросы экономии энергоре-сурсов / В.Е. Аракелов, А.И. Кремер. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 192 с.

В электрических сетях, в которых встречается применение кольцевой и двусторонней структуры питания, направление токов короткого замыкания не является постоянным и обусловливается местом короткого замыкания, структурами этих энергосистем. При использовании общепринятого органа направления мощности выясняются особенности его работы: при трехфазных коротких замыканиях, неисправностях цепей напряжения, в электростанциях малой генерации (солнечные, ветряные и другие), которые ухудшают условия работоспособности направленных токовых защит. Инновационные же подходы в области алгоритмов определения направления мощности сталкиваются с проблемами, вызванными необходимостью анализа больших объёмов данных, предельной загрузки вычислительных мощностей микропроцессора, неработоспособности при отдельных видах неисправностей в системе. Объектом данного исследования являются существующие методы реализации исполнительных органов направленных токовых защит линий электропередач. Цель: разработка и совершенствование методов организации измерительных органов защит направленного типа. Методы: всесторонний анализ существующих методов реализации направленных токовых защит, в ходе которого выявлены основные недостатки как традиционных подходов, связанных с использованием цепей напряжения от трансформаторов напряжения, так и у новейших направлений в реализации алгоритмов органов направления мощности. Основные результаты: предложен инновационный алгоритм реализации направленной токовой защиты, основанный на использовании показателей сигнала электрического тока в цепи защищаемого присоединения и опорного сигнала от трансформатора напряжения, передаваемого по радиоканалу. Использование только токового сигнала совместно с периодической подстройки фазы путем передачи опорного сигнала от трансформатора напряжения по радиоканалу позволяет исключить негативные сценарии работы устройств релейной защиты при повреждениях в цепях напряжения, обеспечить отказоустойчивость системы и реализовать быстродействие и точность срабатывания защиты. Предложенный алгоритм направленной токовой защиты лишен недостатков известных решений и способен обеспечивать высокий уровень надежности, быстродействия и селективности работы релейной защиты линий электропередач.

Ключевые слова: релейная защита и автоматика, орган направления мощности, вторичные цепи трансформатора напряжения, радиоканал, защита линии, релейная защита, алгоритм контроля цепей напряжения, реле направления мощности, направленная защита линии, дифференциальная защита линии, дистанционная защита, короткое замыкание, дифференциально-фазные защиты, высокочастотные защиты линий, канал связи релейной защиты.

Дмитрий Александрович Давыдов (Омск, Российская Федерация) – магистр, аспирант Омского государственного технического университета (644050, Омск, пр. Мира, 11, e-mail: 7shaq7@gmail.com).

Никитин Константин Иванович (Омск, Российская Федерация) – доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Теоретическая и общая электротехника» Омского государственного технического университета (644050, Омск, пр. Мира, 11, e-mail:
n-c-i@mail.ru).

Виталий Игоревич Беляев (Омск, Российская Федерация) – магистр, аспирант Омского государственного технического университета (644050, Омск, пр. Мира, 11, e-mail: belyaevrestore@gmail.com).

Горюнов Владимир Николаевич (Омск, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электроснабжение промышленных предприятий» Омского государственного технического университета (644050, Омск, пр. Мира, 11, e-mail: vladimirgoryunov2016@yandex.ru).

1. Muda, H. Superimposed adaptive sequence current based microgrid protection: A new technique / H. Muda, P. Jena // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2019. – Vol. 32, no. 2. – P. 757–767. DOI: 10.1109/TPWRD.2016.2601921 
2. Онисова, О.А. Совершенствование релейной защиты электроэнергетических систем с малыми распределенными электрическими станциями: дис. … канд. техн. наук / О.А. Онисова. – Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2016.
3. Устройство для централизованной токовой защиты сети: авт. свид-во № 310329 / Н.И Овчаренко, Т.В. Смирнова, М.Ф. Федорова, Н.Е. Чернова. – 1971. 
4. Скрипачев, М.О. Микропроцессорный блок двухступенчатой направленной токовой защиты / М.О. Скрипачев, Я.В. Макаров, 
А.А. Щобак // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (XVIII Бенардосовские чтения): сб. материалов науч.-практ. конф. с международным участием. – Курск: Изд-во КГУ, 2015. – Т. I. – С. 247–250.
5. Руководство по эксплуатации. Описание устройства и работы терминала. АИПБ.656122.025-003 РЭ2. – 2017. – 16 с. – URL: https://clck.ru/3E2FKU (дата обращения: 17.10.2024).
6. Multifunction Protection and Switchgear Control Unit REF 542plus [Электронный ресурс]. – Protection Manual. – 2019. – 73 с. – URL: https://clck.ru/3E2F5T (дата обращения: 17.10.2024).
7. Защита электрических сетей. Sepam серии 80: Измерения, защита, управление и контроль: руководство по эксплуатации [Электронный ресурс]. – 2006. – 26 с. – URL: https://clck.ru/3E2F8G (дата обращения: 17.10.2024).
8. Реле направления мощности на основе трансформаторов 
с вращающимся магнитным полем: авт. свид-во № 2435269 / Коробейников Б.А., Коробейников А.Б., Радионов В.М. – 2011.
9. Реле направления мощности на основе трансформаторов 
с вращающимся магнитным полем: авт. свид-во № 2009120253 / Коробейников Б.А., Коробейников А.Б., Радионов В.М. – 2010.
10. Коробейников, Б.А. Фазочувствительный орган релейной защиты на основе трансформаторов с вращающимся магнитным полем / Б.А. Коробейников, А.Б. Коробейников, В.М. Радионов // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2010. – № 4. – 
С. 28–31. 
11. Коробейников, Б.А. Дистанционный орган релейной защиты на основе преобразователей с вращающимся магнитным полем / 
Б.А. Коробейников, Г.А. Захаров, В.М. Радионов // Известия вузов. Электромеханика. Технические науки. – 2013. – № 3. – С. 68–72.
12. Захаров, Г.А. Дистанционные органы релейной защиты. Пути совершенствования / Г.А. Захаров // Новости электротехники. – 2014. – № 4 (88). – С. 38–40.
13. Дистанционный орган в виде реле полного сопротивления на основе преобразователей с вращающимся магнитным полем / Б.А. Коробейников, Г.А. Захаров, Д.И. Сидоров, В.В. Мироненко // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ. – 2014. – 
№ 99. – С. 566–584. 
14. Реле направления мощности: авт. свид-во № 2190914 / Коробейников Б.А., Морозов И.А. – 2002.
15. Распознавание направления неисправности в сетях энергоснабжения среднего напряжения: авт. свид-во № 2015102991 / Киркман Р., Опич Б. – 2016. 
16. Способ определения направления передачи мощности электрического тока: авт. свид-во № 2014145077 / Чирков Г.В., Чирков А.Г., Чирков Ю.Г. – 2016. 
17. Устройство направленной адаптивной токовой отсечки электродвигателей: авт. свид-во № 2759512 / Шабанов В.А., Резник Е.С. 2021.
18. Алгоритм блокировки при неисправностях цепей напряжения по величине векторной невязки напряжений «звезды» и «разомкнутого треугольника» / В.В. Демкович, С.Е. Шендер, А.Д. Каппес, М.А. Гатауллин, М.А. Порозков, Ю.В. Иванов, В.В. Костромина // Электроэнергетика глазами молодежи – 2023: материалы XIII Междунар. науч.-техн. конф. – Красноярск: Изд-во СФУ, 2023. – Т. I. – С. 222–225.
19. Алгоритм блокировки при неисправностях цепей напряжения. Сравнение напряжений звезды и разомкнутого треугольника / 
Е.С. Воробьев, Н.Г. Иванов, А.В. Глазырин, В.И. Антонов, А.В. Солдатов // Проблемы и перспективы развития энергетики, электротехники 
и энергоэффективности: материалы V Междунар. науч.-техн. конф. – Чебоксары: Изд-во ЧГУ им. И.Н. Ульянова, 2021. – С. 16–20.
20. Кощеев, Л.А. Системные аварии в Западном энергообъединении США / Л.А. Кощеев, В.А. Семенов // Электричество. – 1997. – 
№ 10. – С. 24–28.
21. Ghanizaden Bolandi, T. Оценка уязвимости III ступени дистанционной защиты в реальном времени для предотвращения каскадных отключений, основанная на данных СВИ / T. Ghanizaden Bolandi, M.-R. Haghifam // Релейщик. – 2019. – № 1 (33). – С. 23–29. 
22. Устройство токовой направленной защиты параллельных линий: авт. свид-во № 203915 / Маруда И.Ф. –. 2021.
23. Сиразетдинова, Р.И. Дифференциальная направленная защита на параллельных линиях ступенчатой защиты. Необходимость применения / Р.И. Сиразетдинова, А.В. Маркова // Диспетчеризация 
и управление в электроэнергетике: материалы XV Всерос. науч.-практ. конф. – Казань: Изд-во КГЭУ, 2020. – С. 219–221. 
24. Hashemi, S.M. Transmission-line protection: A Directional comparison scheme using the average of superimposed components [Электронный ресурс] / S.M. Hashemi, M.T. Hagh, H. Seyedi // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2013. – Vol. 28, no. 2. – P. 955–964. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
25. Jafarian, P. A hybrid microgrid with DC connection at back-to-back converters [Электронный ресурс] / P. Jafarian, M. Sanaye-Pasand // IEE Proceedings – Generation, Transmission and Distribution. – 2011. – Vol. 5, no. 12. –P. 1290–1300. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
26. Kong, Y. Study of ultra-high-speed protection of transmission lines using a directional comparison scheme of transient energy [Электронный ресурс] / Y. Kong, B. Zhang, Z. Hao // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2015. – Vol. 30, no. 3. – P. 1317–1322. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
27. Benmouyal, G. Characterization of phase and amplitude comparators in UHS directional relays [Электронный ресурс] / G. Benmouyal, 
S. Chano // IEEE Transactions on Power Systems. – 1997. – Vol. 12, no. 2. – P. 646–653. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
28. Eissa, M.M. New high-voltage directional and phase selection protection technique based on real power system data [Электронный ресурс] / M.M. Eissa, M.M.A. Mahfouz // IEE Proceedings – Generation, Transmission and Distribution. – 2012. – Vol. 6, no. 11. – P. 1075–1085. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
29. Saleki, G. High-speed directional protection based on cross-correlation of Fourier transform components of voltage and current [Электронный ресурс] / G. Saleki, H. Samet, T. Ghanbari // 10th IET International Conference on Developments in Power System Protection. – 2010. – P. 24. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
30. Farjah, E. Correlation functions based directional overcurrent relay [Электронный ресурс] / E. Farjah, T. Ghanbari, S. Rezaee // 25th IEEE Electrical and Computer Engineering. IEEE Canadian Conference. – 2012. P. 1–24. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024). 
31. Aguilera, C. Directional traveling-wave protection based on slope change analysis [Электронный ресурс] / C. Aguilera, E. Orduna, G. Ratta // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2007. – No. 4. – P. 2025–2033. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
32. Eissa, M.M. Evaluation of a new current directional protection technique using field data [Электронный ресурс] / M.M. Eissa // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2005. – Vol. 20, no. 2. –P. 566–572. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
33. Eissa, M.M. Current directional protection technique based on polarizing current [Электронный ресурс] / M.M. Eissa // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. – 2013. – Vol. 44, no. 1. – P. 488–494. – URL: https://sciencedirect.com/ (дата обращения: 15.11.2024).
34. Jalilian, A. An innovative directional relaying scheme based on post-fault current [Электронный ресурс] / A. Jalilian, M.T. Hagh, 
S.M. Hashemi // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2014. – 
Vol. 29, no. 6. – P. 2640–2647. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
35. Jena, P. Directional relaying during single-pole tripping using phase change in negative sequence current [Электронный ресурс] / P. Jena, A.K. Paradhan // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2013. – Vol. 28, no. 3. – P. 154–1557. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
36. Gao, H. Design and evaluation of a directional algorithm for transmission-line protection based on positive sequence fault components [Электронный ресурс] / H. Gao, P.A. Crossley // IEE Proceedings: Generation, Transmission and Distribution. – 2006. – Vol. 153, no. 6. – P. 711–718. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
37. Study of wavelet-based ultra-high-speed directional transmission line protection [Электронный ресурс] / W. Chen, O.P. Malik, X. Yin, 
D. Chen, Z. Zhang // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2003. – 
Vol. 18, no. 4. – P. 1134–1139. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
38. A novel approach to transient directional protection relay at EHV transmission lines based on wavelet analysis [Электронный ресурс] / 
D.J. Zhang, Q.H. Wu, Z.Q. Bo, S. Potts, G.C. Weller // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2003. – Vol. 18, no. 3. – P. 705–710. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
39. Zhang, N. Transmission line boundary protection using wavelet transform and neural network [Электронный ресурс] / N. Zhang, M. Kezunovic // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2007. – Vol. 22, no. 2. – 
P. 859–869. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
40. Lahiri, U. Modular neural network-based directional relay for transmission line protection [Электронный ресурс] / U. Lahiri, A.K. Pradhan, 
S. Mukhopadhyaya // IEEE Transactions on Power Systems. – 2005. – Vol. 20, no. 4. – P. 2154–2155. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
41. Sanaye-Pasand, M.A. High-speed transmission system directional protection using an Elman network [Электронный ресурс] / M.A. Sanaye-Pasand, O.P. Malik // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1998. – Vol. 13, no. 4. – P. 1040–1045. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
42. Sidhu, T.S. Design, implementation and testing of an artificial neural network-based fault direction discriminator for protecting transmission lines [Электронный ресурс] / T.S Sidhu, H. Singh, M.S. Sachdev // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1995. – Vol. 10, no. 2. – P. 697–706. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
43. Sanaye-Pasand, M. A traveling-wave-based protection technique using wavelet/PCA analysis [Электронный ресурс] / M. Sanaye-Pasand, 
P. Jafarian // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2010. – Vol. 25, 
no. 2. – P. 588–599. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
44. Hooshyar, A. A new directional element for microgrid protection [Электронный ресурс] / A. Hooshyar, R. Iravani // IEEE Transactions on Smart Grid. – 2018. – Vol. 9, no. 2. – P. 6862–6876. DOI: 10.1109/TSG.2017.2727400. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
45. Lei, A. An Ultra-high-speed directional relay based on correlation of incremental quantities [Электронный ресурс] / A. Lei, X. Dong, 
V. Terzija // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2018. DOI: 10.1109/TPWRD.2018.2816815. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/ (дата обращения: 15.11.2024).
46. Мусаева, Л.И. Анализ работы направленной высокочастотной защиты производства ООО НПП «ЭКРА» типа ШЭ2607 031 при работе с тяговой нагрузкой. Решение проблем настройки / Л.И. Мусаева, С.А. Соколов // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы XII Междунар. науч.-техн. конф. – Н. Новгород: Изд-во НГТУ 
им. Р.Е. Алексеева, 2022. – Ч. I. – С. 253–254.
47. Исследование видов дифференциальных защит линий электропередач / Т.В. Сивеев, А.С. Цветков, А.Г. Груздов, Е.Е. Пашковская // Международный журнал информационных технологий и энергоэффективности. – 2022. – Т. 7, № 3–3 (25). – С. 11–15. 
48. Фесенко, М.Е. Проблема ложной работы устройств РЗА на подстанциях 110–750 кВ / М.Е. Фесенко, В.Г. Скорик // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. – 2020. – № 4 (25). – С. 79–83. 
49. Способ определения направления мощности токовых защит: авт. свид-во № 2244994 / Никитин К.И.; заявл. 01.04.2004; опубл. 27.01.2005.
50. Принципы выполнения цифрового органа направления мощности в микропроцессорных токовых защитах / Ф.А. Романюк, 
В.Ю. Румянцев, Ю.В. Румянцев, Е.А. Дерюгина, П.И. Климкович // Наука и техника. – 2023. – Т. 22, № 4. – С. 317–325.
51. Повышение селективности работы микропроцессорной релейной защиты фидеров контактной сети железных дорог переменного тока / В.М. Востриков, А.В. Данеев, К.В. Менакер, В.Н. Сизых // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2022. – № 5. – С. 358–372. 
52. Деркачев, С.В. Способы построения измерительных и пусковых органов микропроцессорных устройств быстродействующего автоматического включения резерва / С.В. Деркачев // Вестник ИГЭУ. – 2021. – № 1. – С. 41–48.

Развитие современного производства невозможно без создания испытательной базы для выпускаемых изделий. Среди наиболее ответственных, определяющих надежность и срок службы, находятся исследования на стойкость к механическим воздействиям. Эти проверки проводятся для изделий наземного, морского и воздушного базирования, космической техники и техники специального назначения. Наиболее сложными являются испытания для устройств, имеющих большую массу и габариты. Единственным эффективным испытательным оборудованием в этих случаях могут быть мощные следящие гидроприводы (СГ), способные создавать ударные и вибрационные нагрузки, имитирующие условия транспортировки и эксплуатации. Особенностью гидравлики является способность при помощи слабого управляющего сигнала создавать значительные усилия на рабочий орган. Основу СГ составляют электрогидравлические усилители мощности (ЭГУМ) – устройства, соединяющие в себе электромеханический привод (ЭМП) и золотниковый распределитель (ЗР). ЭМП должен обеспечить требуемое быстродействие возвратно-поступательного движения ЗР. Обеспечению этого быстродействия препятствуют вихревые токи, которые наводятся в частях магнитной системы ЭМП. Цель исследования: изучить распределение потерь от вихревых токов для различных конструктивных исполнений ЭМП, предложить технические решения для их уменьшения. Методы: вихревые токи невозможно непосредственно измерить, поскольку они наводятся
в массивных частях магнитопровода. Их можно только рассчитать. Для определения вихревых токов используется программная среда для электромагнитного анализа Ansys Electronics Desctop режим Eddy Current. Этот режим адаптирован под расчет квазистатических процессов. Результаты: анализ показал влияние вихревых токов на выходные характеристики ЭМП. Вихревые токи ослабляют основное поле постоянных магнитов, генерируют тормозные демпферные усилия на якорь, увеличивают тепловые потери. Прерывание замкнутых контуров для вихревых токов в отдельных частях магнитопровода не дает ощутимого результата по их уменьшению. Вихревые токи перераспределяются по другим частям магнитопровода, и общие потери существенно не снижаются. Для борьбы с вихревыми токами необходим комплексный подход по разрыву замкнутых контуров во всех частях магнитопровода. Практическая значимость: по результатам исследования предложено конкретное конструктивное решение – применение диэлектрического якоря. Данный вариант позволит приблизиться к характеристикам мирового лидера по производству ЭГУМ фирмы Yuken и превзойти их по быстродействию и потерям, что важно при проведении политики импортозамещения стратегически важных изделий.

Ключевые слова: следящий гидропривод, электрогидравлический усилитель мощности электромеханический привод, золотниковый распределитель, вихревые токи, квазистационарный режим.

Ганджа Дмитрий Сергеевич (Челябинск, Российская Федерация) – соискатель Южно-Уральского государственного университета (454080, Челябинск, пр. Ленина, 76, e-mail: medvedy82@mail.ru).

Ардашев Дмитрий Валерьевич (Челябинск, Российская Федерация) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Технология автоматизированного машиностроения» Южно-Уральского государственного университета (454080, Челябинск, пр. Ленина, 76, e-mail: ardashevdv@susu.ru). 

1. Ардашев, Д.В. Технологические особенности изготовления высокоточной золотниковой пары / Д.В. Ардашев, А.С. Жуков // Вестник Южно-Уральского гос. ун-та. Сер. Машиностроение. – 2024. – 
Т. 24, № 3. – C. 38–52.
2. Ardashev, D.V. Technological features of manufacturing a high precision spool pair / D.V. Ardashev, A.S. Zhukov // Lecture Notes in Mechanical Engineering. – 2024. – P. 555–568.
3. Kuai, J. Effect of tool wear and variable friction coefficient on cutting force / J. Kuai // Guangxue Jingmi Gongcheng/Optics and Precision Engineering. – 2024. – Vol. 32, no. 14. – P. 2211–2224.
4. Korobatov, D.V. Requirements definition, modeling, and simulation of control units of an electrohydraulic power amplifier / D.V. Korobatov // Advances in Science and Technology. – 2024. – Vol. 148. – P. 179–186.
5. Gandzha, S.A. The development and study of an electromechanical converter for an electro-hydraulic power amplifier of a servo-hydraulic drive / S.A. Gandzha // Advances in Science and Technology. – 2024. – Vol. 148. – P. 163–178.
6. Проектирование электрических машин / И.П. Копылов, 
Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; под ред. И.П. Копылова. – 4-е изд. – М.: Высшая школа, 2005. – 767 с.
7. Вольдек, А.И. Электрические машины: учебник для студ. вузов / А.И. Вольдек. – 3-е изд. – Л., 1979. – 832 с.
8. Галлагер, Р. Метод конечных элементов. Основы: пер. с англ. / Р. Галлагер. – М.: Мир, 1984. – 428 с.
9. Деклу, Ж. Метод конечных элементов: пер. с франц. / Ж. Деклу. – М.: Мир, 1976.
10. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. – М.: Мир, 1975.
11. Сегерлинд, Л. Применение метода конечных элементов / 
Л. Сегерлинд. – Л. – М.: Мир, 1979. – 392 с.
12. LSV (H) G series high-speed linear servo valves, Yuken Kogyo Company, Ltd., Minatoku, Tokyo, Japan. – URL: www.yuken.co.jp
13. Development of a direct-drive servo valve with high-frequency voice coil motor and advanced digital controller / Shuai Wu, Zongxia Jiang, Zhahg Rui, Ju Juntao, Chin-Yin Chen // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. – June 2014. – 19 (3). – P. 932–942. 
14. Gandzha, S. Development of engineering method for calculation of magnetic systems for brushless motors based on finite element method / S. Gandzha, D. Aminov, B. Kosimov // 2019 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2019 March 2019, Number of article 87429762019. – Sochi, 25 March 2019 to 29 March 2019. (CFP19F42-ART; Code 149030). DOI: 10.1109/ICIEAM.2019.8742976 
15. Кавалеров, Б.В. Математическое моделирование динамики электрических машин в фазных осях / Б.В. Кавалеров, В.В. Кошелев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2019. – № 31. – С. 72–90.
16. Тарасов, В.А. Моделирование электроэнергетических систем сложной структуры / В.А. Тарасов, А.Б. Петроченков, Б.В. Кавалеров // Электротехника. – 2018. – № 11. – С. 47–53.
17. Kazakov, Yu.B. Analysis of electromechanical processes in asynchronous machines during tests by the loading-back method with energy recovery in the network / Yu.B. Kazakov, I.A. Palilov, I.V. Gulyaev // Russian Electrical Engineering. – 2020. – Vol. 91 (1). – Р. 1–7.
18. Kazakov, Yu.B. Simulative asymmetry of the external electromagnetic field in the case of damage to synchronous generators / 
Yu.B. Kazakov, A.N. Morozov, I.V. Gulyaev // Russian Electrical Engineering. – 2019. – Vol. 90 (1). – P. 11–16. 
19. Лифанов, В.А. Расчет электрических машин малой мощности: учеб. пособие / В.А. Лифанов, Г.В. Помогаев, Н.П. Ермолин. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. – 127 с.
20. Лифанов, В.А. Электрические машины систем автоматики 
и бытовой технике / В.А. Лифанов. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 
2006. – 238 с.
21. Юферов, Ф.М. Электрические машины автоматических устройств / Ф.М. Юферов. – М.: Высшая школа, 1988. – 480 с.
22. Тазов, Г.В. Автоматизированное проектирование электрических машин малой мощности / Г.В. Тазов, В.В. Хрущёв. – Л.: Энергоатомиздат, 1991. – 334 с.
23. Осин, И.Л. Электрические машины систем автоматики / 
И.Л. Осин, В.И. Юферов. – М.: Энергия, 2002.
24. Лопухина, Е.М. Автоматизированное проектирование электрических машин малой мощности / Е.М. Лопухина, Г.А. Семенчуков. – М.: Высшая школа, 2002. – 512 с.
25. Zubkov, Y.V. Finding electromagnetic loads and magnetic-field factors in design of integrated brushless excitation DC generator / 
Y.V. Zubkov, Y.A. Makarichev, V.E. Antropov // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). – Chelyabinsk, 2019. – P. 217–222. DOI: 10.1109/URALCON.2019.8877639

В современных интеллектуальных станциях управления установками штанговых глубинных насосов активно применяются методы управления и алгоритмы для повышения ресурса работы оборудования, его эффективности и энергоэффективности. При этом под эффективностью работы установки подразумевается в первую очередь повышение ресурса элементов
и узлов за счет снижения в них динамических нагрузок. В случае стационарного технологического режима работы установки, когда скорость откачки жидкости постоянна, возникают вопросы, связанные с движением точки подвеса колонны штанг, которое не является гармоническим. Анализ многозвенной кинематической схемы балансирного станка-качалки и дальнейший расчет усилий в элементах установки показывает, что силы трения, инерции, а также дополнительные усилия от продольных колебаний колонны штанг во многом определяются параметрами движения кривошипа. Для обеспечения рациональных законов движения точки подвеса колонны штанг необходимо обеспечить координаты движения вала приводного двигателя и, как следствие, кривошипа внутри цикла качания. Цель работы: повышение эффективности штанговых глубинных насосов за счет применения алгоритмов системы регулирования координат точки подвеса колонны штанг. Результаты: разработана математическая модель четырехзвенного механизма балансирного станка-качалки, предложены рациональные законы движения точки подвеса колонны штанг, произведен структурный синтез регулирующего адаптера, обеспечивающего выполнение законов движения, представлены результаты имитационного моделирования. Практическая значимость: предложенная система регулирования координат точки подвеса колонны штанг может быть использована в интеллектуальных станциях управления штанговой скважинной насосной установки для регулирования скорости электрического привода внутри цикла качания
с целью снижения усилий в элементах станка качалки, как следствие, снижения износа, повышения энергетической эффективности установки.

Ключевые слова: математическая модель, штанговая скважинная насосная установка, система управления, электрический привод, эффективность.

Солодкий Евгений Михайлович (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: wsdl00@gmail.com).

Сальников Савелий Витальевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: savelii_salnikov@rambler.ru).

Котельников Семён Сергеевич (Пермь, Российская Федерация) – студент кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: sema.kotelnikov.03@mail.ru).

Юхневский Антон Владимирович (Пермь, Российская Федерация) – студент кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: yhinberg@yandex.ru).

1. Enhancing Dynagraph Card Classification in Pumping Systems Using Transfer Learning and the Swin Transformer Model / G. Dong, W. Li, Zh. Dong [et al.] // Applied Sciences (Switzerland). – 2024. – Vol. 14, no. 4. – P. 1657. DOI: 10.3390/app14041657
2. Progress and prospects of oil and gas production engineering technology in China / X. Zheng, Ju. Shi, G. Cao [et al.] // Petroleum Exploration and Development. – 2022. – Vol. 49, No. 3. – P. 644–659. DOI: 10.1016/s1876-3804(22)60054-5
3. Developing predictive oil well diagnostics based on intelligent algorithms / Z. Omirbekova, D. Aktaukenov, A. Amangeldiyev, A. Abdallah // SIST 2021 – 2021 IEEE International Conference on Smart Information Systems and Technologies, Nur-Sultan, 28–30 апреля 2021. – Nur-Sultan, 2021. – P. 9465959. DOI: 10.1109/SIST50301.2021.9465959
4. Разработка интеллектуальной станции управления для установок штанговых глубинных насосов / М.Г. Пачин, А.Н. Яшин, А.С. Бодылев, М.И. Хакимьянов // Известия Томск. политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333, № 3. – С. 68–75. DOI: 10.18799/24131830/2022/3/3465
5. Бикбулатов, Р.И. Интеллектуализация скважинных штанговых насосных установок / Р.И. Бикбулатов, Н.А. Усов, Д.Ф. Выдрин // Научные исследования. – 2017. – № 2 (13). – С. 22–24.
6. Хакимьянов, М.И. Удельный расход электроэнергии при механизированной добыче нефти штанговыми глубиннонасосными установками / М.И. Хакимьянов // Вестник Уфим. гос. авиацион. техн. ун-та. – 2014. – Т. 18, № 2 (63). – С. 54–60. 
7. Групповая оптимизация режимов эксплуатации добывающих скважин механизированного фонда / Р.М. Еникеев, А.С. Топольников, А.А. Палагута [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2024. – № 2. – С. 68–72. DOI: 10.24887/0028-2448-2024-2-68-72
8. Сакаев, А.Ф. Системы и алгоритмы энергосберегающего управления частотно-регулируемыми электроприводами штанговых скважинных насосных установок: спец. 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»: дис. … канд. техн. наук / А.Ф. Сакаев. – СПб., 2009. – 148 с.
9. Повышение эффективности электропривода станка-качалки нефти / А.А. Афанасьев, В.А. Нестерин, В.С. Генин [и др.] // Электротехника. – 2018. – № 8. – С. 24–28. 
10. Вирновский, А.С. Теория и практика глубинно-насосной добычи нефти: избран. труды / А.С. Вирновский. – М.: Недра, 1971. – 183 с.
11. Анализ причин отказов глубинно-насосного оборудования при эксплуатации скважин штанговыми насосами в осложненных условиях / А.С. Галеев, Г.И. Бикбулатова, Ю.А. Болтнева, В.С. Шулин // Известия Тульск. гос. ун-та. Технические науки. – 2024. – № 8. – 
С. 36–38. DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-36-37
12. ГОСТ 5866-76. Станки-качалки. Технические условия = Pumping units. Technical requirements: государственный стандарт Союза ССР. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 14 с.
13. Даденков, Д.А. Моделирование системы векторного управления асинхронным двигателем в пакете Matlab/Simulink / Д.А. Даденков, Е.М. Солодкий, А.М. Шачков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротех¬ника, информационные технологии, системы управления. – 2014. – 
№ 3 (11). – С. 117–128.
14. Software Complex for Sensorless Control of an Electrical Submersible Pump / R. Iudin, A. Petrochenkov, E. Solodkiy [et al.] // IEEE Sensors Journal. – 2024. – Vol. 24, no. 1. – P. 830–843. DOI: 10.1109/jsen.2023.3331354
15. Горшков, Р.Г. Расчет и моделирование динамических характеристик электропривода штангового скважинного насоса / Р.Г. Горшков, Е.А. Кротков, О.Б. Сигова // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. – 2009. – № 2 (24). – С. 144–151
16. Исследование финитных систем управления синхронными двигателями с постоянными магнитами / Р.Ю. Юдин, А.Б. Петроченков, Е.М. Солодкий [и др.] // Электротехника. – 2023. – № 11. – С. 2–9. DOI: 10.53891/00135860_2023_11_2
17. Semi-natural simulation system of a sucker-rod pump / E.M. Solodkiy, N.A. Efimov, D.A. Dadenkov, R.Y. Yudin // Journal of Physics: Conference Series : 2019 International Conference on Innovation Energy, Perm, 02–03 октября 2019. – Vol. 1415. – Perm: Institute of Physics Publishing, 2019. – P. 012017. DOI: 10.1088/1742-6596/1415/1/012017
18. Steliga, І. An experimental and theoretical method of calculating the damping ratio of the sucker rod column oscillation / І. Steliga, J. Grydzhuk, A. Dzhus // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2016. – Т. 2, № 7 (80). – С. 20–25. DOI: 10.15587/1729-4061.2016.66193
19. Study on equivalent viscous damping coefficient of sucker rod based on the principle of equal friction loss / Q. Li, B. Chen, Z. Huang [et al.] // Mathematical Problems in Engineering. – 2019. – Vol. 2019. – P. 9272751. DOI: 10.1155/2019/9272751
20. Takacs, G. Sucker rod pumping manual / G.Takacs. – PennWell Corp., 2003. – 395 р.
21. Исследование нагрузок на привод штанговых установок в тихоходном режиме при добыче высоковязкой нефти / К.Р. Уразаков, Р.З. Нургалиев, Г.И. Бикбулатова [и др.] // Нефтегазовое дело. – 2020. – Т. 18, № 1. – С. 120–129. DOI: 10.17122/ngdelo-2020-1-120-129
22. Wang, G.W. An improved model for sucker rod pumping systems / G.W. Wang, S.S. Rahman, G.Y. Wang // Australas Fluid Mech. Conf. – 1992. – № 11. – P. 1137–1140. 
23. Уразаков, К.Р. Метод расчета динамических нагрузок и энергопотребления штанговой установки с системой автоматического уравновешивания / К.Р. Уразаков, В.А. Молчанова, П.М. Тугунов // Записки Горного института. – 2020. – Т. 246. – С. 640–649. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.6
24. Damİrova, Ja. Adjustment of rod string vibrations in deep-well pumps upon impact / Ja. Damİrova // International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry. – 2021. – Vol. 5, no. 3. – P. 353–360. DOI: 10.46519/ij3dptdi.959090
25. Method of Efficient Control of the Sucker-Rod Pump Electric Drive / A.N. Ladygin, D.D. Bogachenko, V.V. Kholin, N.A. Ladygin // 2020 27th International Workshop on Electric Drives: MPEI Department of Electric Drives 90th Anniversary, IWED 2020 – Proceedings: 27, Moscow, 27–30 января 2020 г. – M., 2020. – P. 9069584. DOI: 10.1109/IWED48848.2020.9069584
26. Испытательный стенд для моделирования режимов работы электропривода штанговой глубинной насосной установки / А.А. Накатаев, С.И. Текле, А.М. Зюзев, К.Е. Нестеров // Электротехнические и информационные комплексы и системы. – 2022. – Т. 18, № 3–4. – С. 75–88. DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18-3-4-75-88 

Имитационное моделирование представляет собой один из ключевых инструментов анализа технологических процессов, позволяющий заменить физические макеты цифровыми аналогами. В работе изучена производственная линия сортировки материалов с использованием программного обеспечения Siemens. Основная цель исследования — оценка возможностей применения имитационного моделирования при вводе производственной линии в эксплуатацию, включая проверку алгоритмов управления и конфигурации системы. Для разработки и анализа модели использованы программные продукты NX, TIA Portal и виртуальный ПЛК (PLCSIM Advanced). Были проведены симуляции взаимодействия реальных и виртуальных компонентов через протоколы связи. Создана цифровая модель сортировочной линии, проведена её отладка и тестирование. На этапе симуляции проверялись корректность работы алгоритмов управления и интеграция компонентов. Кроме того, собран физический макет, позволяющий подтвердить адекватность модели. Исследование показало, что разработанная имитационная модель способствует снижению временных и финансовых затрат на проектирование и эксплуатацию производственных систем, минимизируя риски ошибок. Преимущества включают масштабируемость, безопасность, экономичность и доступность анализа производственных сценариев. Предложенная методология предоставляет практическую основу для внедрения цифровых двойников в производственные процессы, улучшая их эффективность и снижая риски при запуске оборудования.

Ключевые слова: цифровой двойник, NX MCD (Mechatronics Concept Designer), имитационное моделирование, моделирование технологического процесса, предиктивная аналитика.

Кормин Тимофей Григорьевич (Екатеринбург, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Электронное машиностроение» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: ktg39@mail.ru).

Царицон Никита Игоревич (Екатеринбург, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Электронное машиностроение» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: nik.footbol@mail.ru).

Тихонов Игорь Николаевич (Екатеринбург, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электронное машиностроение» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, e-mail: i.n.tihonov@urfu.ru).

Хирнов Семен Александрович (Верхняя Салда, Российская Федерация) – ООО НПК «НТЛ» Research and production company NTL (624760, Свердловская обл., Верхняя Салда, ул. Ленина, 29, e-mail: demolac0612@gmail.com).

1. José Henrique da Costa Queiroz Gonzalez. Production line virtualization process using plant simulation tool / José Henrique da Costa Queiroz Gonzalez, Nelson Kuwahara // International Journal for Innovation Education and Research. – September 2021. – 9 (9). – P. 188-201. DOI: 10.31686/ijier.vol9.iss9.3329 
2. Чернозатонская, Е.В. Умное производство [Электронный ресурс] / Е.В. Чернозатонская // Проект «Новое в менеджменте». – URL: https://gsb.hse.ru/newmanagement/news/892401288.html (дата обращения: 03.10.2024).
3. Левчук, В.Д. Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой / В.Д. Левчук // Реєстрація, зберігання і обробка даних. – 2006. – Т. 8, № 3. – P. 89–103. 
4. Цифровые двойники в высокотехнологичной промышленности / А.И. Боровков, Ю.А. Рябов, Л.А. Щербина, Е.Р. Мартынец, 
А.А. Корчевская, А.Т. Хуторцова, К.В. Кукушкин, А.А. Гамзикова: монография / под ред. А.И. Боровкова. – СПб.: Политех-Пресс, 
2022. – 492 с.
5. Гусев, П.Ю. Автоматизация планирования производственных процессов авиастроительного предприятия с использованием цифрового двойника / П.Ю. Гусев // Труды МАИ. – 2018. – № 103. – С. 27. 
6. Имитационное моделирование в системе Plant Simulation / И.М. Якимов, А.П. Кирпичников, З.Х. Захарова, Д.Д. Железнякова // Вестник Технологического ун-та. – 2017. – Т. 20, № 2. – С. 107–111. 
7. Марьясин, О.Ю. Расширение возможностей Anylogic с помощью внешних Javaбиблиотек при моделировании функционирования здания / О.Ю. Марьясин // X Всерос. науч.-практ. конф. по имитационному моделированию и его применению в науке и промышленности: тр. конф.; Екатеринбург, 16–18 октября 2019 г. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. пед. ун-та, 2019. – С. 318–322. 
8. Касымов, А.А. Разработки интегрального показателя сравнительной оценки систем имитационного моделирования / А.А. Касымов // Управление рисками в АПК. – 2020. – № 2 (36). – С. 74–84. 
9. Горовой, К.В. Выбор программы автоматизированного проектирования роботизированного технологического комплекса / К.В. Горовой // Россия молодая: сб. материалов X Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых с междунар. участием, Кемерово, 24–27 апреля 2018 г. – Кемерово: Изд-во Кузбас. гос. техн. ун-та им. Т.Ф. Горбачева, 2018. – 
С. 31102.1–31102.5. 
10. Малкаров, А.Ю. Программное обеспечение для производства в задачах алгоритмизации управления манипуляционными роботами при сборке деталей способом соединения вал-втулка / А.Ю. Малкаров, М.В. Архипов, В.В. Матросова // СМИС-2024. Технологии управления качеством: материалы междунар. науч.-техн. конф.; Москва, 22–24 мая 2024 г. – М.: Московский Политех, 2024. – С. 379–385. 
11. Сравнение систем структурного и имитационного моделирования по модели м/м/5 / И.М. Якимов, А.П. Кирпичников, В.В. Мокшин, З.Т. Яхина // Вестник технологического университета. – 2017. – Т. 20, № 16. – С. 113–119. 
12. Modeling and simulation: A comparative and systematic statistical review / L. Naciri, M. Gallaba, A. Soulhib, S. Merzoukc, M. Nardod // 5th International Conference on Industry 4.0 and Smart Manufacturing. – 2024. DOI: 10.1016/j.procs.2024.01.024
13. Solution of bottlenecks in the logistics flow by applying the kanban module in the tecnomatix plant simulation software / M. Pekarcikova, P. Trebuna, M. Kliment, M. Dic // Sustainability. – 2021. – 13. – 7989. DOI: 10.3390/su13147989
14. Zupan, H. Production line balancing with discrete event simulation: A case study / H. Zupan, N. Herakovic // IFAC-PapersOnLine. – 2015. – Vol. 48. – P. 2305–2311. DOI: 10.1016/j.ifacol.2015.06.431
15. Research on using the tecnomatix plant simulation for simulation and visualization of traffic processes at the traffic node / G. Fedorko, 
V. Molnár, J. Strohmandl, P. Horváthová, D. Strnad, V. Cech // Applied Sciences. – 2022. – 12. – 12131. DOI: 10.3390/app122312131
16. Alkadhim, S.A.S. CNC machine based on embedded wireless and internet of things for workshop development / S.A.S. Alkadhim, I. Al-Saedi, F. Mahel // IJCDS Journal. – 2017. – Vol. 6. – P. 205. DOI: 10.12785/ijcds/060406
17. Qin, R. Conceptual design of the cold heading machine servo system based on NX-MCD / R. Qin, C. Dai // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1087. – P. 42–57. DOI: 10.1088/1742-6596/1087/4/042057
18. Bank, H.S. Temporal logic (TL)-based autonomy for smart manufacturing systems / H.S. Bank, S. D’souza, A. Rasam // Procedia Manufacturing. – 2018. DOI: 10.1016/j.promfg.2018.07.159
19. Virtual commissioning of 6 DoF pose estimation and robotic bin picking systems for industrial parts / M. Metzner, S. Weissert, E. Karlidag [et al.] // IFAC Paper Online. – 2019. – Vol. 10. – P. 160–164. DOI: 10.1016/j.ifacol.2019.10.040 
20. Li, Minxia. Design of a material sorting digital twin system based on NX MCD / Minxia Li, Dayong Yang // Manufacturing Rev. – 2024. DOI: 10.1051/mfreview/2024010
21. Module design and virtual debugging of automatic chip cleaning machine based on MCD / A. Fanga, Z. Ningjub, H. Yongchaoc, O. Juanhuad // International Journal of Frontiers in Engineering Technology. – 2024. – Vol. 6, iss. 5. – P. 1–7. DOI: 10.25236/IJFET.2024.060501
22. Junjie, W. Qin Research on Rigid Body Motion Tracing in Space based on NX MCD / W. Junjie, D. Chunxiang // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 320. International Conference on Robotics and Mechantronics (ICRoM 2017); 12–14 December 2017, Hong Kong. DOI: 10.1088/1757-899X/320/1/012012
23. Otte, S. Digitaler Zwilling zur Steuerungscodevalidierung/Digital Twin for control code validation in battery cell production / S. Otte, 
D. Mayer, J. Fleischer // Werkstattstechnik. – 2023. – Vol. 113, no. 07-08. – P. 272–277. DOI: 10.37544/1436-4980-2023-07-08-6
24. Liu, Jiayan. Design and simulation debugging of automobile connecting rod production line based on the digital twin / Jiayan Liu, Ke Zhang // Applied Sciences. – 2023. – 13, no. 8. DOI: 10.3390/app13084919
25. Zhang, K. Virtual simulation design and debugging of lift-and-transverse stereo garage based on the digital twin / K. Zhang, Z. Ding // Applied Sciences. – 2024. – 14 (9). DOI: 10.3390/app14093896

Повышение быстродействия программируемой логики возможно путем уменьшения количества передающих транзисторов n-MOS в цепи от ячейки памяти, хранящей соответствующее значение логической функции, до выхода, на котором формируется сигнал для данного набора переменных. Минимально возможное значение без учета входных и выходных инверторов-восстановителей логического уровня сигнала равно единице. Но в этом случае необходим так называемый унитарный код, фиксирующий истинность данного набора совершенной дизъюнктивной нормальной формы (СДНФ), что требует 2n связей вместо n для существующего элемента LUT (Look Up Table), где n – количество переменных. В то же время при реализации коммутатора связей (мультиплексоров маршрутизации – Routing Multiplexers) на основе LUT уменьшается количество ячеек памяти с 2n до n, но зато путь сигнала содержит n транзисторов вместо одного. В статье рассматривается синтез «среднего» варианта элемента с комбинированным кодированием, позволяющим уменьшить число транзисторов в пути сигнала, не слишком увеличивая число линий связи переменных или объем памяти настроек мультиплексоров маршрутизации. Целью исследования является разработка алгоритма и программы синтеза элемента ПЛИС с использованием комбинированного кодирования переменных для вычисления логических функций или коммутации связей. Методы исследования базируются на научно-методическом аппарате дискретной математики, математической логики, цифровой схемотехники, алгоритмизации
и программирования. В результате исследования разработаны алгоритм и программа синтеза элемента ПЛИС с использованием комбинированного кодирования переменных для вычисления логических функций или коммутации связей по заданным параметрам. Разработан алгоритм синтеза предлагаемого логического элемента. Приведены примеры работы алгоритма при построении дерева передающих транзисторов существующего LUT, мультиплексора маршрутизации и предлагаемого элемента с комбинированным кодированием. Практическая значимость: использование элементов с комбинированным кодированием позволяет повысить быстродействие при вычислении логических функций за счет некоторого увеличения числа связей переменных или уменьшить число ячеек памяти конфигураций за счет некоторого снижения быстродействия. Подана заявка на регистрацию программы.

Ключевые слова: логическая функция, ПЛИС, LUT, унитарный код.

Васенин Иван Андреевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: Vasenin.Ioann@yandex.ru).

Гончаровский Олег Владленович (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: 35911953@mail.ru).

Тюрин Сергей Феофентович (Пермь, Российская Федерация) – заслуженный изобретатель Российской Федерации, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail:
tyurinsergfeo@yandex.ru); профессор кафедры «Математическое обеспечение вычислительных систем» Пермского государственного
национального исследовательского университета (614990, Пермь, ул. Букирева, 15).

1. Строгонов, А. Современные тенденции развития ПЛИС: от системной интеграции к искусственному интеллекту / А. Строгонов, 
П. Городков // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2020. – 
№ 4 (195). – С. 46–56.
2. Строгонов, А. Проектирование конечных автоматов в приложении STATEFLOW системы MatLab / Simulink с последующей реализацией в базисе ПЛИС / А. Строгонов // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2023. – № 3 (224). – С. 134–147.
3. Development of a device for multiplying numbers by means of FPGA / N.M. Berezin, I.E. Chernetskaya, V.S. Panishchev, A.M. Shabarov // Published under licence by IOP Publishing Ltd. Journal of Physics: Conference Series. Vol. 2142, XI International Conference on High-performance computing systems and technologies in scientific research, automation of control and production (HPCST 2021); 21–22 May 2021. – Barnaul, Russia, 2021. DOI: 10.1088/1742-6596/2142/1/012001
4. Методика проектирования преобразователя кода Грея на ПЛИС / А.А. Пирогов, Ю.А. Пирогова, А.В. Башкиров, М.Ю. Чепелев, Б.И. Жилин // Вестник Воронеж. ин-та ФСИН России. – 2020. – № 3. – С. 9–14.
5. Строгонов, А. Обзор программных средств с открытым исходным кодом для исследования современных архитектур ПЛИС XILINX / А. Строгонов, М. Кривчун, П. Городков // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2020. – № 1 (192). – С. 100–107.
6. Арбузов, И. Пример разработки проекта в базисе ПЛИС 5578ТС024 / И. Арбузов, А. Строгонов, П. Городков // Компоненты 
и технологии. – 2019. – № 7 (216). – С. 66–69.
7. Строгонов, А. Обзор ПЛИС китайских производителей [Электронный ресурс] / А. Строгонов, П. Городков. – URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_48565021_33092934.pdf (дата обращения: 17.11.2023).
8. Enhancing blockchain security and efficiency through FPGA-based consensus mechanisms and post-quantum cryptography / Jalel Ktari, Tarek Frikha, Monia Hamdi, Habib Hamam // IEEE Access. – May 2024. DOI: 10.2174/0123520965288815240424054237
9. FPGA accelerated post-quantum cryptography / He Li, Yongming Tang, Zhiqiang Que, Jiliang Zhang // IEEE Transactions on Nanotechnolog. – January 2022. – 99. – P. 1–7. DOI: 10.1109/TNANO.2022.3217802
10. Levental, Maksim. Tensor networks for simulating quantum circuits on FPGAs [Электронный ресурс] / Maksim Levental. – August 2021. – URL: https://www.researchgate.net/publication/353941749_Tensor_Networks_for_Simulating_Quantum_Circuits_on_FPGAs (дата обращения: 17.11.2023).
11. Hemin, Rahimi. Optimum implementation of digital logic circuits on 3D FPGAs / Hemin Rahimi // Thesis for: MasterAdvisor: Dr. Hadi jahanirad. – November 2023. DOI: 10.13140/RG.2.2.24347.85283
12. Monther, Abusultan. A comparison of FinFET based FPGA LUT / Monther Abusultan, Sunil P. Khatri // Texas A&M University, College Station, TX, USA. – Published in ACM Great Lakes Symposium on VLSI, 2014. DOI: 10.1145/2591513.2591596
13. Развитие гибридной многоядерной рекуррентной архитектуры на ПЛИС / Ю.А. Степченков, Н.В. Морозов, Ю.Г. Дьяченко, 
Д.В. Хилько, Д.Ю. Степченков // Системы и средства информатики. – 2020. – Т. 30, № 4. – С. 95–101.
14. Тюрин, С.Ф. Логические элементы ПЛИС FPGA на основе комбинированного кодирования переменных / С.Ф. Тюрин, И.А. Васенин, С.И. Советов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2023. – № 46. – С. 83–107. DOI: 10.15593/2224-9397/2023.2.04
15. Тюрин, С.Ф. Логический элемент ПЛИС FPGA, реализующий функцию и дешифрацию набора переменных / С.Ф. Тюрин, 
С.И. Советов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2023. – № 47. – С. 5–31. DOI: 10.15593/2224-9397/2023.3.01
16. Советов, С.И. Разработка топологии многофункционального логического элемента ПЛИС / С.И. Советов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2023. – № 48. – С. 30–49. DOI: 10.15593/2224-9397/2023.4.02
17. Тюрин, С.Ф. Логический элемент программируемых логических интегральных схем FPGA, вычисляющий функцию одновременно с дешифрацией входных переменных / С.Ф. Тюрин, С.И. Советов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2024. – № 50. – С. 216–234. DOI: 10.15593/2224-9397/2024.2.11
18. Vikhorev, R. Universal logic cells to implement systems functions / R. Vikhorev // Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. – IEEE, 2016. – P. 404–406. DOI: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448197
19. Vikhorev, R. Improved FPGA logic elements and their simulation / R. Vikhorev // Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. – IEEE, 2018. – P. 275–280. DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317080
20. Skornyakova, A.Yu. Self-timed LUT layout simulation / A.Yu. Skornyakova, R.V. Vikhorev // Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. – IEEE, 2020. – P. 176–179. DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039374
21. Программируемое логическое устройство: пат. Рос. Федерация / Тюрин С.Ф., Васенин И.А., Степченков Ю.А. Дьяченко Ю.Г., Советов С.И. – 2811404; заявл. 02.08.2023; опубл. 11.01.2024.
22. National Instruments. Multisim [Электронный ресурс]. – URL: http://www.ni.com/multisim/ (дата обращения: 12.07.2023).
23. Microwind & Dsch Version 3.5 [Электронный ресурс]. – URL: https://www.yumpu.com/en/document/view/40386405/microwind-manual-lite-v35pdf-moodle (дата обращения: 21.12.2024).
24. Mead, C.A. Introduction to VLSI Systems [Электронный ресурс] / C.A. Mead, L. Conway. – URL: https://www.researchgate.net/pub-lication/234388249_Introduction_to_VLSI_systems (дата обращения: 12.07.2023).

Настоящая работа посвящена оценке показателей производительности коммуникационных устройств (на примере коммутаторов), которые являются основными компонентами вычислительных, информационно-управляющих и телекоммуникационных систем. Для этого предлагается использовать моделирование, а именно математическое (аналитическое) и имитационное (программное). Объектом исследования выбраны коммуникационные элементы различных информационных систем, передающих трафик различной природы и характеристик. Предметом исследования являются модели обработки информации для оценки влияния характеристик разнородного (гетерогенного – данные, аудио, видео, мультимедиа) трафика на показатели производительности и надежности функционирования. Целью работы является создание и экспериментальные исследования моделей, позволяющих оценить показатели производительности
и отказоустойчивости коммутаторов при различных типах трафика и уровнях его интенсивности. Методы исследования: проведены обзор и анализ архитектур коммуникационных устройств рассматриваемого типа, их компонентов, технологий коммутации и приоритезации трафика, оценено их влияние на показатели производительности и функционирования. Разработана аналитическая модель коммуникационного устройства на основе математического аппарата систем массового обслуживания, получены расчетные формулы для определения показателей, рассмотрен пример, построены аналитические зависимости. Создана программная имитационная модель коммутатора в среде AnyLogic, проведены ее экспериментальные исследования, проанализированы полученные характеристики. Результаты исследования: выполнено сопоставление математической и имитационной моделей, выполнен сравнительный анализ полученных результатов. Сформулированы практические рекомендации, позволяющие произвести настройку параметров коммутатора для балансировки входной нагрузки и минимизации вероятности отказа в обслуживании трафика устройства. Выбраны подходы к управлению обработкой гетерогенной нагрузки для повышения эффективности функционирования информационных систем, которые построены на устройствах рассматриваемого типа.

Ключевые слова: коммутатор, сетевой трафик, гетерогенная нагрузка, коммутация пакетов, приоритеты трафика, системы массового обслуживания, аналитическое моделирование, имитационное моделирование.

Трушкин Егор Сергеевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: egor.s.trushkin@gmail.com).

Гаврилов Алексей Викторович (Пермь, Российская Федерация) – старший преподаватель кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: AVGAVRILOV@pstu.ru).

Фрейман Владимир Исаакович (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: VIFREJMAN@pstu.ru).

1. Корнеев, П.Е. Совершенствование передачи цифровых данных в автоматизированных системах управления технологическими процессами с учетом фактора удаленности производства / П.Е. Корнеев // Вестник МГТУ «Станкин». – 2024. – № 3 (70). – С. 104–113.
2. Карлсон, Б. Оптимизация сетевых устройств / Б. Карлсон, 
Э. Тейлор. – М: Бином, 2017. – 560 с.
3. Optical switching for data centers and advanced computing systems / G. Patronas [et al.] // Journal of Optical Communications and Networking. – 2025. – Vol. 17, no. 1. – P. A87–A95. DOI: 10.1364/JOCN.534317
4. Demo: Fast Routing-Loops Identification in Multi-Protocol Multi-Instance IP Networks / Y. Magnouche, S. Martin, J. Leguay, M. Cong, 
G. Qian // IEEE 32nd International Conference on Network Protocols (ICNP). – Charleroi, Belgium. – 2024. – P. 1–2. DOI: 10.1109/ICNP61940.2024.10858553
5. Показатель структурной эффективности управления информационным взаимодействием в гетерогенной сети передачи данных пространственно-распределенной системы мониторинга / В.А. Шевцов, А.М. Казанцев, А.В. Тимошенко, Р.А. Кочкаров, С.В. Прокопчина // Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. – 2024. – Т. 20, № 2. – С. 124–131. DOI: 10.36622/1729-6501.2024.20.2.019
6. Kumar, G. Class of Service based Bandwidth Optimisation using AI in MPLS Networks / G. Kumar, A. Vaidya, A. Singh // 2024 15th International Conference on Computing Communication and Networking Technologies (ICCCNT). – Kamand, India. – 2024. – P. 1–8. DOI: 10.1109/ICCCNT61001.2024.10724938
7. Трушкин, Е.С. Исследование воздействия гетерогенной нагрузки на производительность коммутатора / Е.С Трушкин, 
А.В. Гаврилов // Автоматизированные системы управления и информационные технологии: материалы всерос. науч.-техн. конф.: в 2 т. – Пермь, 2024. – С. 24–253.
8. Алгоритм оценки структурно-функциональной устойчивости и целостности гетерогенной сети передачи данных пространственно-распределенной системы мониторинга / Р.А. Кочкаров, М.Т. Балдычев, А.М. Казанцев, С.В. Прокопчина, А.В. Тимошенко // Труды МАИ. – 2024. – № 137. – С. 1–27.
9. Ламмер, Г. Управление трафиком в сетях / Г. Ламмер, 
М. Лунг. – СПб: БХВ-Петербург, 2014. – 384 с.
10. Аркилов, М.В. Методы и средства управления трафиком 
в компьютерных сетях / М.В. Аркилов. – М: Синергия, 2018. – 420 с.
11. Фрейман, В.И. Взаимодействие элементов иерархических информационно-вычислительных систем / В.И. Фрейман, А.В. Гаврилов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2024. – № 49. – С. 40–60.
12. Многоагентная динамическая модель многокритериального информационного взаимодействия структурных элементов самоорганизующейся сети передачи данных наземно-воздушной системы мониторинга / В.В. Бородин, Д.А. Клецков, А.В. Тимошенко, В.А. Щевцов // Известия Рос. акад. наук. Теория и системы управления. – 2023. – 
№ 1. – С. 123–136. DOI: 10.31857/S0002338822060051
13. Гулевич, А.В. Моделирование систем массового обслуживания / А.В. Гулевич. – СПб: Питер, 2019. – 320 с.
14. Мультимодельный подход к построению систем мониторинга / А.И. Водяхо, Н.А. Жукова, С.А. Аббас, М.А. Червонцев // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. – 2019. – № 7. – С. 5–13.
15. Antonova, P. On Real Queue Length in a Queueing System with Erlang-r service time / P. Antonova, A. Titovtsev // 2020 4th Scientific School on Dynamics of Complex Networks and their Application in Intellectual Robotics (DCNAIR). – Innopolis, Russia. – 2020. – P. 37–41. DOI: 10.1109/DCNAIR50402.2020.9216859
16. Шнайдер, Э. Имитационное моделирование сетевых процессов / Э. Шнайдер, К. Хобсон. – М: Физматлит, 2014. – 384 с.
17. Москвин, А.А. Особенности моделирования информационного обмена в базовом сегменте иерархической сети при различном качестве каналов передачи данных / А.А. Москвин, В.П. Данилов // Известия Института инженерной физики. – 2022. – № 1 (63). – С. 48–53.
18. AnyLogic, extendsim and simulink overview comparison of structural and simulation modelling systems / I.M. Yakimov, M.V. Trusfus, V.V. Mokshin, A.P. Kirpichnikov // 2018 3rd Russian-Pacific Conference on Computer Technology and Applications (RPC). – Vladivostok, Russia, 2018. – P. 1–5. DOI: 10.1109/RPC.2018.8482152
19. Уокер, Д. Имитационное моделирование в AnyLogic / Д. Уокер. – СПб: БХВ-Петербург, 2019. – 480 с.
20. Pakulova, E. Simulation of priority multi-path data transmission in the AnyLogic environment / E. Pakulova, A. Ryndin // 2023 IEEE 17th International Conference on Application of Information and Communication Technologies (AICT). – Baku, Azerbaijan. – 2023. – P. 1–4. DOI: 10.1109/AICT59525.2023.10313170
21. Li, Y. Guidance and evacuation research on passenger flow of rail transit outbound bottleneck based on anylogic / Y. Li, X. Liu // 2019 IEEE 7th International Conference on Computer Science and Network Technology (ICCSNT). – Dalian, China. – 2019. – P. 9–12. DOI: 10.1109/ICCSNT47585.2019.8962484
22. Muravyova, E.A. Software implementation of salt reserves simulation model by anylogic software package / E.A. Muravyova, N.N. Uspenskaya // 2018 XIV International Scientific-Technical Conference on Actual Problems of Electronics Instrument Engineering (APEIE). – Novosibirsk, Russia. – 2018. – P. 195–200. DOI: 10.1109/APEIE.2018.8545507
23. Krotov, A.S. Application of robotic arms to optimize the packaging line of a paper mill: modeling in anylogic / A.S. Krotov // 2024 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElCon). – Saint Petersburg, Russian Federation. – 2024. – P. 405–408. DOI: 10.1109/ElCon61730.2024.10468323
24. Gavrilov, A.V. Mobile ad hoc network management and routing efficiency / A.V. Gavrilov, M.V. Kavalerov // Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus-2022. – 2022. – P. 27–30. DOI: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755752
25. Трушкин, Е.С. Разработка имитационной модели многопортового коммутатора в системе AnyLogic / Е.С. Трушкин, А.В. Гаврилов // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. – 2024. – Т. 1. – С. 431–436.
26. Bezukladnikov, I.I. Problem of network monitoring in distributed wireless sensor networks / I.I. Bezukladnikov, A.V. Gavrilov // Proceedings of the 2016 IEEE North West Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference, EIConRusNW-2016. – 2016. – P. 146–150. DOI: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448141

Совершенствование характеристик программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), несмотря на достигнутые за более чем 40 лет их развития впечатляющие показатели по количеству транзисторов (десятки миллиардов), логических и других элементов в одной микросхеме, является актуальной задачей. Прежде всего это относится к быстродействию, которое уступает заказным схемам ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) и полузаказным схемам (базовые матричные кристаллы – БМК, ULA – Uncommitted Logic Array). Однако последние разработки передовых производителей позволяют предположить, что значительное увеличение количества элементов (десятки миллионов) и числа переменных (до восьми) реализуемых ими функций позволят вскоре выполнять вычисления по принципу «Логики не жалеть!», который был не мыслим еще недавно, в начале «цифрового тысячелетия». В этом случае получается, что необходим минимум один транзистор от ячейки конфигурационной памяти, хранящей значение функции в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ), до триггера результата без учета инверторов-восстановителей логического уровня сигнала, что требует так называемого унитарного кода и 2n связей вместо n для известного элемента LUT (Look Up Table), где n – количество переменных. Такой способ используется в существующих коммутаторах связей (мультиплексорах маршрутизации – Routing Multiplexers). Экспоненциально возрастающее число линий связи или ячеек памяти может достигать неприемлемых значений, и тогда целесообразно несколько уменьшить его введением комбинированных вариантов кодирования. В статье рассматривается моделирование топологии вариантов ранее предложенного и запатентованного элемента с комбинированным кодированием как для вычисления логических функций, так и для коммутации связей ПЛИС. Целью исследования является моделирование топологии нового предложенного элемента ПЛИС, использующего комбинированное кодирование переменных логической функции или настроечной информации для коммутации связей. Методы исследования базируются на научно-методическом аппарате схемотехнического и топологического моделирования в системах National Instruments. Multisim и Microwind & Dsch Version 3.5. В результате исследования получены топологии предложенных элементов, их сравнительные характеристики с существующими по временной задержке, занимаемой площади кристалла микросхемы и количеству транзисторов, а также потребляемой мощности. Практическая значимость: разработанные схемы электрические функциональные и топология элементов с комбинированным кодированием позволяют разработчикам усовершенствовать архитектуру ПЛИС по показателям быстродействия вычисления логических функций и/или объема конфигурационной памяти коммутаций.

Ключевые слова: логическая функция, маршрутизатор связей, ПЛИС, LUT, унитарный код, топология.

Васенин Иван Андреевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: Vasenin.Ioann@yandex.ru).

1. Строгонов, А.В. Программируемая коммутация ПЛИС: взгляд изнутри [Электронный ресурс] / А.В. Строгонов, С.А. Цыбин. – URL: http://www.kit-e.ru/articles/plis/2010_11_56.php (дата обращения: 17.06.2024).
2. Строгонов, А. Современные тенденции развития ПЛИС: от системной интеграции к искусственному интеллекту / А. Строгонов, 
П. Городков // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2020. – 
№ 4 (195). – С. 46–56.
3. Строгонов, А. Обзор программных средств с открытым исходным кодом для исследования современных архитектур ПЛИС XILINX / А. Строгонов, М. Кривчун, П. Городков // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2020. – № 1 (192). – С. 100–107.
4. Арбузов, И. Пример разработки проекта в базисе ПЛИС 5578ТС024 / И. Арбузов, А. Строгонов, П. Городков // Компоненты 
и технологии. – 2019. – № 7 (216). – С. 66–69.
5. Строгонов, А. Обзор ПЛИС китайских производителей [Электронный ресурс] / А. Строгонов, П. Городков. – URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_48565021_33092934.pdf (дата обращения: 17.11.2023).
6. Строгонов, А. Проектирование конечных автоматов в приложении STATEFLOW системы MatLab / Simulink с последующей реализацией в базисе ПЛИС / А. Строгонов // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2023. – № 3 (224). – С. 134–147.
7. Тюрин, С.Ф. Логические элементы ПЛИС FPGA на основе комбинированного кодирования переменных / С.Ф. Тюрин, И.А. Васенин, С.И. Советов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2023. – № 46. – С. 83–107. DOI: 10.15593/2224-9397/2023.2.04
8. Программируемое логическое устройство: пат. Рос. Федерация / Тюрин С.Ф., Васенин И.А., Степченков Ю.А., Дьяченко Ю.Г., 
Советов С.И.  – 2811404; заявл. 02.08.2023; опубл. 11.01.2024
9. Новый подход к реализации логических функций в ПЛИС / С.Ф. Тюрин, С.И. Советов, Ю.А. Степченков, Ю.Г. Дьяченко // Системы и средства информатики. – 2024. – Т. 34, № 4. – С. 3–15. DOI: 10.14357/08696527240401
10. Новая концепция ПЛИС с выбором режима работы и двухрежимный базисный логический элемент / И.А. Соколов, С.Ф. Тюрин, Ю.А. Степченков, Ю.Г. Дьяченко, М.С. Никитин, С.И. Советов // Системы высокой доступности. – 2024. – Т. 20, № 2. – С. 56–64. DOI: 10.14357/08696527240401
11. Тюрин, С.Ф. Логический элемент ПЛИС FPGA, реализующий функцию и дешифрацию набора переменных / С.Ф. Тюрин, 
С.И. Советов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2023. – № 47. – С. 5–31. DOI: 10.15593/2224-9397/2023.3.01
12. Советов, С.И. Разработка топологии многофункционального логического элемента плис / С.И. Советов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2023. – № 48. – С. 30–49. DOI: 10.15593/2224-9397/2023.4.02 
13. Тюрин, С.Ф. Логический элемент программируемых логических интегральных схем FPGA, вычисляющий функцию одновременно с дешифрацией входных переменных / С.Ф. Тюрин, С.И. Советов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2024. – № 50. – С. 216–234. DOI: 10.15593/2224-9397/2024.2.11 
14. Развитие гибридной многоядерной рекуррентной архитектуры на ПЛИС / Ю.А. Степченков, Н.В. Морозов, Ю.Г. Дьяченко, 
Д.В. Хилько, Д.Ю. Степченков // Системы и средства информатики. – 2020. – Т. 30, № 4. – С. 95–101.
15. Development of a device for multiplying numbers by means of FPGA / N.M. Berezin, I.E. Chernetskaya, V.S. Panishchev, A.M. Shabarov // Published under licence by IOP Publishing Ltd. Journal of Physics: Conference Series. Vol. 2142, XI International Conference on High-performance computing systems and technologies in scientific research, automation of control and production (HPCST 2021); 21–22 May 2021. – Barnaul, Russia. DOI: 10.1088/1742-6596/2142/1/012001
16. Методика проектирования преобразователя кода Грея на ПЛИС / А.А. Пирогов, Ю.А. Пирогова, А.В. Башкиров, М.Ю. Чепелев, Б.И. Жилин // Вестник Воронеж. института ФСИН России. – 2020. – № 3. – С. 9–14.
17. Enhancing blockchain security and efficiency through FPGA-based consensus mechanisms and post-quantum cryptography / Jalel Ktari, Tarek Frikha, Tarek Frikha, Monia Hamdi, Habib Hamam. – May 2024. DOI: 10.2174/0123520965288815240424054237
18. FPGA accelerated post-quantum cryptography / He Li, Yongming Tang, Zhiqiang Que, Jiliang Zhang // IEEE Transactions on Nanotechnolog. – January 2022. – 99. – P. 1–7. DOI: 10.1109/TNANO.2022.3217802
19. Levental, Maksim. Tensor networks for simulating quantum circuits on FPGAs [Электронный ресурс] / Maksim Levental. August 2021. – URL: https://www.researchgate.net/publication/353941749_Tensor_Networks_for_Simulating_Quantum_Circuits_on_FPGAs (дата обращения: 17.11.2023).
20. Hemin, Rahimi. Optimum implementation of digital logic circuits on 3D FPGAs / Hemin Rahimi // Thesis for: MasterAdvisor: Dr. Hadi jahanirad. – November 2023. DOI: 10.13140/RG.2.2.24347.85283
21. Monther, Abusultan. A comparison of FinFET based FPGA LUT / Monther Abusultan, Sunil P. Khatri // Texas A&M University, College Station, TX, USA. – Published in ACM Great Lakes Symposium on VLSI, 2014. DOI: 10.1145/2591513.2591596
22. Vikhorev, R. Universal logic cells to implement systems functions / R. Vikhorev // Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. – IEEE, 2016. – P. 404–406. DOI: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448197
23. Vikhorev, R. Improved FPGA logic elements and their simulation / R. Vikhorev // Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. – IEEE, 2018. – P. 275–280. DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317080
24. Skornyakova, A.Yu. Self-Timed LUT Layout Simulation / A.Yu. Skornyakova, R.V. Vikhorev // Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. – IEEE, 2020. – P. 176–179. DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039374
25. National Instruments. Multisim [Электронный ресурс]. – URL: http://www.ni.com/multisim/ (дата обращения: 17.11.2023).
26. Microwind & Dsch Version 3.5 [Электронный ресурс]. – URL: https://www.yumpu.com/en/document/view/40386405/microwind-manual-lite-v35pdf-moodle (дата обращения: 21.12.2024).
27. Mead, C.A. Introduction to VLSI Systems [Электронный ресурс] / C.A. Mead, L. Conway. – URL: https://www.researchgate.net/
publication/234388249_Introduction_to_VLSI_systems (дата обращения: 12.07.2023).

При имитационном моделировании систем электроснабжения возникает сложность представления изменяющейся потребляемой мощности в течение суток, месяца, года. Цель: разработать метод моделирования динамической изменяющейся во времени потребляемой нагрузки систем электроснабжения. В работе предлагаются методики для моделирования суточной нагрузки на подстанции 10/0,4 кВ в программном комплексе SimInTech. Программный комплекс позволяет моделировать элементы системы электроснабжения на основании их схем замещения. Имитационная модель состоит из участка кабельной линии, силового трансформатора, коммутационных аппаратов, измерительных приборов и блока нагрузки, который задает значения активной и реактивной мощности. Предложены два способа моделирования изменяющейся активной и реактивной мощности от времени: кусочно-постоянной и полиноминальной аппроксимации. В первом случае в параметрах специального блока задаются значения величины и продолжительности потребляемой мощности, такой подход позволяет построить псевдодискретный график, что облегчает его анализ. Преимуществами такого подхода является полное соответствие значениям суточного графика нагрузки, возможность отображения результатов в формате столбчатой диаграммы, недостатками являются сложность задания параметров, отсутствие какого-либо обобщения. Вторым способом является регрессионный анализ, мощность становится зависимой переменной от времени, которое принимает заданное значение, для суточного графика – двадцать четыре значения. Такую форму суточных графиков можно описать полиномом высокой степени. На основании измеренных данных потребления мощности за сутки с усреднением за один час составляется регрессионное уравнение или полином при использовании встроенных инструментов Microsoft Excel. Полученная функция с помощью специального блока подается на нагрузку системы электроснабжения. Результаты имитационного моделирования и исходные данные, полученные после экспериментальных исследований, показали достаточную сходимость.

Ключевые слова: график нагрузки, имитационное моделирование, SimInTech, кусочно-постоянная и полиноминальная аппроксимация, система электроснабжения, динамическая
мощность.

Жилин Евгений Витальевич (Москва, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Энергетика
и энергоэффективность горной промышленности» Горного института Университета науки и технологий МИСИС (119049, Москва, Ленинский пр., д. 4, стр. 1, e-mail: zhilin.ev@misis.ru).

Лёвин Даниил Дмитриевич (Москва, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Энергетика и энергоэффективность горной промышленности» Горного института Университета науки и технологий МИСИС (119049, Москва, Ленинский пр., д. 4, стр. 1, e-mail: m1805181@edu.misis.ru).

1. Петров, М.Б. Модель выравнивания суточного графика нагрузки потребителями электроэнергии / М.Б. Петров, К.Б. Кожов // Вестник Гуманитарного университета. – 2023. – № 4 (43). – С. 124–134. DOI: 10.35853/vestnik.gu.2023.4(43).12
2. Болтунов, В.В. Распределение энергетического потенциала Кемеровской области с учётом введения в эксплуатацию Крапивинской ГЭС / В.В. Болтунов, Я.А. Загороднев, О.С. Мусорина // Инновации. Наука. Образование. – 2021. – № 33. – С. 1405–1415. 
3. Митрофанов, С.В. Моделирование работы гибридной энергетической установки, работающей на возобновляемых источниках энергии с почасовым графиком нагрузки / С.В. Митрофанов // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2023. – № 1. – С. 40–45.
4. Дзюба, А.П. Оценка эффективности управления спросом на электроэнергию по критерию характеристик суточных графиков нагрузок / А.П. Дзюба // Вестник Поволж. гос. технолог. ун-та. Сер. Экономика и управление. – 2020. – № 1 (45). – С. 56–71. DOI: 10.25686/2306-2800.2020.1.56
5. Евстюхина, Е.В. Оптимальный режим изменения мощности ядерного реактора в период угрозы экстремальных внешних воздействий при работе в переменном суточном графике нагрузки / Е.В. Евстюхина, А.М. Загребаев, А.В. Трифоненков // Вестник Национального исследоват. ядерного ун-та «МИФИ». – 2023. – Т. 12, № 3. – С. 165–169. DOI: 10.26583/vestnik.2023.257
6. Тавлинцев, А.С. Поиск однотипных графиков нагрузки энергообъекта / А.С. Тавлинцев, А.А. Суворов, Е.Д. Стаймова // Вестник Южно-Урал. гос. ун-та. Сер. Энергетика. – 2018. – Т. 18, № 2. – 
С. 20–27. DOI: 10.14529/power180203
7. Álvarez, G.E. A data-driven model for the operation and management of prosumer markets in electric smart grids / G.E. Álvarez, D.E. Kröhling, E. Martínez // Computers & Industrial Engineering. – 2024. – 
Vol. 196. DOI: 10.1016/j.cie.2024.110492
8. Hu, Y. Research on Industry 4.0 smart grid monitoring and energy management based on data mining and Internet of Things technology / 
Y. Hu // Thermal Science and Engineering Progress. – 2024. – Vol. 54. DOI: 10.1016/j.tsep.2024.102830
9. Aljarrah, E. AI-based model for Prediction of Power consumption in smart grid-smart way towards smart city using blockchain technology / 
E. Aljarrah // Intelligent Systems with Applications. – 2024. – Vol. 24. DOI: 10.1016/j.iswa.2024.200440
10. Лютаревич, А.Г. Применение нейронных сетей для прогнозирования параметров электропотребления / А.Г. Лютаревич // Вестник Югорск. гос. ун-та. – 2023. – № 2 (69). – С. 124–132. DOI: 10.18822/byusu202302124-132
11. Прогнозирование потребления электрической энергии промышленным предприятием с помощью методов машинного обучения / А.Д. Моргоева, И.Д. Моргоев, Р.В. Клюев, О.А. Гаврина // Известия Томск. политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333, 
№ 7. – С. 115–125. DOI: 10.18799/24131830/2022/7/3527
12. Моделирование процессов потребления и распределения электроэнергии в электротехническом комплексе нефтедобывающего предприятия / А.С. Семенов, А.Б. Петроченков, В.И. Южаков, 
С.Д. Иванов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2024. – № 50. – С. 82–103. DOI: 10.15593/2224-9397/2024.2.05
13. Котенев, В.И. Управление коэффициентом реактивной мощности системы электроснабжения в функции мощности потребителей 
и потерь в трансформаторах / В.И. Котенев, А.В. Котенев, А.Д. Стулов // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. – 2022. – 
Т. 30, № 4 (76). – С. 142–157. DOI: 10.14498/tech.2022.4
14. Pavlov, N.V. Multiagent approach for modeling power-supply systems with microgrid / N.V. Pavlov, A.B. Petrochenkov, A.V. Romodin // Russian Electrical Engineering. – 2021. – Vol. 92, № 11. – P. 637–643.
15. Анализ несинусоидальных режимов в системах электроснабжения горных предприятий с нелинейной нагрузкой и конденсаторными установками / Ю.А. Сычев, В.Н. Костин, В.А. Сериков, 
М.Е. Аладьин // Горный информационно-аналитический бюллетень (науч.-техн. журнал). – 2023. – № 1. – С. 159–179. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_159
16. Жилин, Е.В. Разработка имитационной модели участка сети 10 кВ с управляемым накопителем электроэнергии / Е.В. Жилин, 
А.Д. Малышева, И.А. Белоусов // Вестник Чуваш. ун-та. – 2024. – 
№ 2. – С. 28–39. DOI: 10.47026/1810-1909-2024-2-28-39
17. Выравнивание графика нагрузки предприятий за счет применения гибридных накопителей электроэнергии / О.С. Васильков, Д.Е. Батуева, К.А. Хомяков, П.С. Паляницин // Известия МГТУ МАМИ. – 2020. – № 1 (43). – С. 27–34. DOI: 10.31992/2074-0530-2020-43-1-27-34
18. Выравнивание графика электрической нагрузки фермы КРС 
с применением накопителя электроэнергии / А.В. Виноградов, 
А.В. Виноградова, А.В. Букреев, В.А. Братанюк // Агротехника и энергообеспечение. – 2023. – № 1 (38). – С. 20–30. 
19. Никишин, А.Ю. Накопитель электроэнергии как средство регулирования электропотребления морского порта / А.Ю. Никишин, 
М.С. Харитонов, Р.В. Зубавичюс // Морские интеллектуальные технологии. – 2021. – № 4-4 (54). – С. 87–93. DOI: 10.37220/MIT.2021.54.4.012
20. Формирование графиков нагрузок трансформаторов / 
Ю.М. Помогаев, И.В. Лакомов, С.Ю. Зобов, В.В. Шередекин // Наука 
и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения: материалы междунар. науч.-прак. конф.; Воронеж, 
25 ноября 2021 г. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. аграрного ун-та им. Императора Петра I, 2021. – С. 430–437. 
21. Программный продукт SimInTech. Общество с ограниченной ответственностью «3В Сервис» (ООО «3ВС») [Электронный ресурс]. – URL: https://simintech.ru/ (дата обращения: 09.01.2025). 
22. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ЭНАС, 2012. – 376 с.
23. Герасименко, А.А. Передача и распределение электрической энергии: учеб: пособие / А.А. Герасименко, В.Т. Федин. – М.: КноРус, 2014. – 648 с. 
24. Поляков, А.М. Методика моделирования электрической части электростанции в SimInTech / А.М. Поляков. – М.: ДМК Пресс, 2023. – 144 с.
25. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учебное пособие для вузов / В.Е. Гмурман. – 10-е изд., стер. – М.: Высшая школа, 2004. – 479 с.