Разработка и моделирование роботизированной системы контроля микроклимата для биотехнологических применений

У. Р. Тахаев, М. Р. Исаева, А. А-В. Садулаев, А. И. Насуханов

---

Аннотация. Актуальность работы связана с развитием агроробототехники и автономных систем для биотехнологий, где точное управление параметрами среды является критически важной задачей. Важным условием эффективного функционирования тепличного комплекса в зимнее время года и получения хорошего урожая, даже в условиях идеальной герметизации, является создание оптимального климата.

Цель исследования – разработка автономной робототехнической системы управления микроклиматом с функциями этапного адаптивного управления, диагностики и удаленного взаимодействия на базе доступной микроконтроллерной платформы.

Методы исследования включали аппаратные испытания на физическом прототипе (контроллер ESP8266, датчик SCD40, исполнительные устройства), программный мониторинг данных через REST API с интервалом 6 секунд и протокол испытаний контуров влажности, CO₂ (релейное управление) и температуры (ПИД-регулятор). Обработка данных выполнялась на JavaScript с возможностью визуализации в MATLAB, Python или Excel.

Результаты. Разработана и апробирована автономная система управления микроклиматом на базе микроконтроллера ESP8266, реализующая этапное адаптивное управление и удаленный мониторинг. Экспериментально подтверждена эффективность ключевых алгоритмов: релейное управление обеспечивает надежное снижение избыточной влажности и концентрации CO₂, а реализация ПИД-регулятора позволяет достигать плавного и точного температурного контроля без перерегулирования. Полученные данные выявили области для оптимизации, такие как учет тепловой инерции для совершенствования алгоритмов и доработка конструкции для повышения энергоэффективности, что подтверждает практическую значимость системы как готового, экономичного и масштабируемого решения для задач точного земледелия и биотехнологий.

Ключевые слова: робототехнический комплекс, управление микроклиматом, биотехнологии, автономная система, ESP8266, прецизионное сельское хозяйство, интеллектуальное управление

Для цитирования. Тахаев У. Р., Исаева М. Р., Садулаев А. А-В., Насуханов А. И. Разработка и моделирование роботизированной системы контроля микроклимата для биотехнологических применений // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2026. Т. 28. № 1. С. 57–74. DOI: 10.35330/1991-6639-2026-28-1-57-74

©   Тахаев У. Р., Исаева М. Р., Садулаев А. А-В., Насуханов А. И., 2026

Список литературы

1. Анучин А. С. Системы управления электроприводов. М.: Издательский дом МЭИ, 373 с.
2. Астрём К. Й., Хэгглунд Т. Расширенные возможности ПИД-регулирования / пер. с англ. под ред. В. В. Клёнова. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006. 365 с. ISBN: 5-94774-355-6
3. Байбикова Т. Н., Доморацкий Е. П. Система имитационного моделирования операций, геометрических характеристик и методов импульсной оптической томографии микрообъектов ядерного топлива // Автоматизация и IT в энергетике. 2020. № 5(244). С. 34–41. DOI: 10.25728/datsys.2020.5.4. EDN: QZWQIW
4. Бараусов К. В., Винниченко А. В. Сравнительный анализ существующих систем обслуживания оборудования // Метрологическое обеспечение инновационных технологий: сборник статей VII Международного форума (Санкт-Петербург, 2025 г.). 2025. С. 387–388. EDN: CUYHQR
5. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического управления. 4-е изд., перераб. и доп. СПб.: Профессия, 2004. 747 с. (Специалист). ISBN: 5-93913-035-6
6. Вальнев В. В., Котелева Н. И. К вопросу об автоматизации технического обслуживания и ремонта промышленного оборудования // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2024. № 5-2. С. 276–283. DOI: 10.17513/snt.40040. EDN: JUVMAH
7. Горькавый М. А., Горькавый А. И., Мельниченко М. А. Оптимизация роботизированного технологического процесса на базе нейросетевой имитационной модели энергопотребления // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2023. Т. 66. № 2. С. 85–95. DOI: 10.17213/0136-3360-2023-2-85-95. EDN: WYKEWQ
8. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления / пер. с англ. Б. И. Копылова. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. 832 с.
9. Кокиева Г. Е., Дабаев А. Б. Система автоматизации управления микроклиматом теплицы // Ларионовские чтения-2021: сборник научно-исследовательских работ по итогам научно-практической конференции. 2021. С. 139–143. EDN: HSCPXI
10. Кокиева Г. Е., Друзьянова В. П. Исследование автоматизированной системы управления микроклиматом парника // Дальневосточный аграрный вестник. 2021. № 1(57). С. 70–78. DOI: 10.24412/1999-6837-2021-1-70-78. EDN: WYISMN.
11. Котелева Н. И., Вальнев В. В., Марков В. В. Программный сервис для контроля качества выполнения сварочных работ // Цветные металлы. 2025. № 9. С. 68–76. DOI: 10.17580/tsm.2025.09.07.
12. Матвеев Н. Н., Семенов В. В. Системы автоматического управления с релейными элементами. М.: Наука, 1986. 336 с.
13. Минцаев М. Ш., Якубов Т. В., Барзаева М. А. Технико-экономическое обоснование использования геотермальных ресурсов для отопления тепличных комплексов // Вести газовой науки. 2021. № 4(49). С. 176–183. DOI: 10.52823/2073-5069-2021-4-49-176-183. EDN: HYHDIB
14. Федоренко В. Ф., Харитонов М. П., Смирнов И. Г., Аристов Э. Г. Перспективы роботизации процессов внутрипочвенного полива и подкормки растений // Агроинженерия. Т. 26. № 1. С. 11–17. DOI: 10.26897/2687-1492-2024-1-11-17
15. Simulink for Control System Design and Simulation // MathWorks: Documentation Center. URL: https://www.mathworks.com/help/simulink/control-system-design-and-tuning.html (дата обращения: 17.03.2025).

Информация об авторах

Тахаев Усам Русланович, аспирант кафедры «Автоматизация технологических процессов и производств», Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М. Д. Миллионщикова;
364051, Россия, г. Грозный, проспект имени Х. А. Исаева, 100;
takhaev.usam@bk.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2931-0099, SPIN-код: 4551-8286
Исаева Мадина Ризвановна, канд. техн. наук, доцент, заведующая кафедрой «Автоматизация технологических процессов и производств», Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М. Д. Миллионщикова;
364051, Россия, г. Грозный, проспект имени Х. А. Исаева, 100;
atppdissovet@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0009-0008-3068-9482, SPIN-код: 7791-1120
Садулаев Аюб Абдул-Вахидович, ассистент кафедры «Автоматизация технологических процессов и производств», Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М. Д. Миллионщикова;
364051, Россия, г. Грозный, проспект имени Х. А. Исаева, 100;
akhmed.nasukhanov@gmail.com, ORCID: https://orcid.org/0009-0008-7072-1424, SPIN-код: 9593-4929
Насуханов Ахмед Ибрагимович, старший лаборант кафедры «Автоматизация технологических процессов и производств», Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М. Д. Миллионщикова;
364051, Россия, г. Грозный, проспект имени Х. А. Исаева, 100;
akhmed.nasukhanov@gmail.com, ORCID: https://orcid.org/0009-0000-7723-9464, SPIN-код: 4823-6877

Финансирование

Исследование проведено без спонсорской поддержки.