2 декабря 2024 г. Российский научный фонд опубликовал результаты конкурса грантов«Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами». Среди победителей проект по руководством Семыкиной И.Ю. «Разработка и исследование алгоритмов динамической оценки параметров системы беспроводного заряда для морских автономных плавучих аппаратов в условиях качки», Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт природно-технических систем», г. Севастополь.
В чем актуальность решения указанной выше научной проблемы и научная новизна:
В последние годы активно развиваются технологии исследования мирового океана с использованием автономных плавучих аппаратов (АПА) для мониторинга и автоматизированного контроля параметров технических систем и природной среды. В качестве источника энергии такие аппараты используют аккумуляторы, которые требуют регулярной зарядки. В настоящее время процедура заряда аккумуляторов АПА весьма трудоемка. Она подразумевает подъем АПА из воды, обессоливание и обезвоживание корпуса и либо замену аккумуляторов на заряженные, либо их заряд с использованием специальных герметичных разъемов. Существенно упростить процедуру заряда аккумуляторов АПА можно за счет технологии беспроводного заряда, основанной на передаче энергии с помощью высокочастотного электромагнитного поля. Заряд аккумуляторов в таком случае будет осуществляться в автономном режиме, без участия человека, и не требовать подъема и сушки АПА. Для реализации данной технологии необходимо создание системы беспроводного заряда, передающая часть которой устанавливается на специальном судне (док-станции), совершающем регулярный обход акватории для заряда аккумуляторов расположенных там АПА, а принимающая часть интегрирована в конструкцию АПА. Заряд аккумуляторов осуществляется при условии сближения АПА и док-станции на расстояние, не превышающее эффективную дальность беспроводной передачи энергии. Важным фактором при этом является качка, изменяющая взаимное расположение АПА и док-станции. В свою очередь изменение взаимного расположения отразится на параметрах системы беспроводного заряда, изменяя коэффициент связи между передающей и принимающей катушками и их взаимную индуктивность, что скажется на величине зарядного тока для аккумуляторов АПА, а также на КПД системы. Поскольку док-станция является источником энергии ограниченной мощности, снижение КПД системы беспроводного заряда может значительно снизить длительность ее автономной работы, во избежание чего необходимо регулировать режим беспроводной передачи энергии. Изменяющийся характер зарядного тока так же требует создания специальных алгоритмов управления, предотвращающих ускоренную деградацию аккумулятора при токовом и температурном профиле заряда, отличающемся от эффективного для конкретного типа аккумулятора.
Таким образом, для обеспечения эффективности функционирования системы беспроводного заряда АПА, ее система управления должна иметь в своем составе наблюдатель, реализующий динамическую оценку параметров системы беспроводного заряда в условиях качки. Задача динамического оценивания состоит в определении величины взаимной индуктивности между передающей и принимающей катушками и параметров заряда аккумуляторной батареи. Зарубежные публикации по оценке собственных параметров и переменных состояния системы беспроводного заряда подтверждают наблюдаемостью системы, однако не рассматривают работу в условиях происходящих в морской воде непрерывных периодических смещений передающей и приемной катушки вследствие качки.
В данной работе планируется получение математической и компьютерной модели системы беспроводного заряда, учитывающей особенности системы, обусловленные функционированием в морской воде в условиях качки, а также построение набора алгоритмов для динамического оценивания параметров системы и определение установившейся невязки оцениваемых параметров системы беспроводного заряда, а также длительности получения достоверной оценки на заданном диапазоне изменения воздействующих факторов.
И модель, и алгоритмы будут обладать научный новизной. Выполнение работ предполагается в условиях г. Севастополя, в научной организации, специализирующейся на морских исследованиях и имеющей доступ к проведению экспериментов в морских условиях, что позволит провести научное исследование с высокой готовностью для практического внедрения.