Наука электротехнического факультета

Научная деятельность Электротехнического факультета осуществляется кафедрами:
Автоматика ⇓
Прикладная математика и ракетодинамика ⇓

Научная деятельность кафедры «Автоматика»  

1. Робототехника

Научный руководитель — доктор технических наук,
профессор Войнов И.В.

Миасская робототехника «родилась» в конце 80-х годов. В 1986 году произошла авария на Чернобыльской АЭС, и во время устранения последствий обнаружилось, что ни у страны, ни в мире фактически нет тяжелого транспортного оборудования, чтобы в автономном или дистанционном режиме долговременно заниматься дезактивацией заражённой территории. Импортная техника, проработав несколько часов, благополучно «кончалась».  После этой аварии фактически начали создаваться аварийно-технические центры Министерства атомной промышленности, разрабатываться тех.задания на робототехническое и транспортное оборудование для работы в условиях сильных радиационных полей.

Сотрудники филиала в те годы занимались созданием тяжёлого манипулятора «Кобра» и специализированного гусеничного шасси с изменяемой геометрией (способного изменять  собственную длину/базу, ширину/колею, подниматься «на цыпочки»).

Официально лаборатория робототехники появилась в составе филиала в 2002 г.  Заведующим назначен Борис Александрович Морозов. За годы работы над специализированной техникой, системами управления и программным обеспечением сформировались 4 направления:

  1. Роботы-сапёры (дистанционно-управляемые гусеничные роботы с манипулятором для извлечения и транспортировки взрывоопасных предметов, осмотра опасных территорий)

    Сапёрный робот «Богомол» совершил десятки боевых разминирований в подразделении взрывбезопасности г. Екатеринбурга и в подразделении ОМОН г. Челябинска.

    Схват «Богомола»: два глаза-камеры — совсем как у человека
  2. Роботы для «РосАтома» (дистанционно-управляемые радиационно-стойкие гусеничные роботы среднего класса грузоподъемности (до 30 кг) для работы объектах «РосАтома»; с манипулятором для транспортировки предметов, с манипулятором для выполнения операций инструментом (сварка, демонтаж резьбовых соединений), с манипулятором для прокладки электрических кабелей питания).
    «Мустанги» трудятся в паре: один работает электроинструментом, другой обеспечивает ему электропитание

    Пуль управления «Мустангами» простой и удобный
  3. Автоматические установки для работы в агрессивных средах  (специализированные установки, манипуляторы и соответствующее программное обеспечение для выполнения ряда операций в автоматическом режиме с целью уменьшения влияния агрессивных факторов на персонал).

    Установка дозирования растворов

    Установка высокоточного измерения и сортировки заготовок автоматически

    Система очистки транспортных коридоров

    Установка утилизации стеклопосуды
  4. Учебные робототехнические системы (малогабаритные манипуляторы, в том числе с системой технического зрения, распознавания предметов).

    «Роботята» по сравнению с сапёрными «Богомолами» были очень маленьким, зато брали числом: за полтора года филиал собрало сотню учебных экземпляров

    Шаговые двигатели и тросиковые привода были у всех роботят, а вот камеры — только у половины

Заказчики:
ООО «Урал-Вымпел», г. Екатеринбург;
ОМОН, г. Челябинск;
ПО «Маяк», г. Озерск;
ИФТП, г. Москва;
ИТУЦР, г. Москва.

Основные результаты:
1) Свыше 20 статей, в т.ч. 15 статей в журналах, рекомендованных ВАК;
2) 6 патентов РФ на изобретения, промышленные образцы и полезные модели;
3) ОКР с объемом финансирования более 10 млн. рублей.

Роботы-сапёры серии «Богомол-3» уже 15 лет успешно работают в подразделении взрывбезопасности г. Екатеринбурга и в подразделении ОМОН г. Челябинска. Они совершили десятки боевых разминирований.

РТК «Богомол-3», РТК-600 и РТК «Разведчик» защищены патентами РФ на изобретения и промышленные образцы.
Перечисленные роботы демонстрировались на выставках и участвовали в соревнованиях. Робот-сапер «Богомол-3С» успешно выступил в июне 2016 г. на соревнованиях под эгидой Минобороны РФ.

По заказам Росатома спроектированы и изготовлены 30 уникальных установок, на некоторые получены сертификаты федерального агентства РФ по техническому регулированию и метрологии об утверждении типа средств измерения.

По направлению «Робототехника» совместно с преподавателями Уральского института ГПС МЧС России издано учебное пособие «Мобильные роботизированные комплексы». – Екатеринбург. – 2015. – 58 с.

По робототехническому направлению ежегодно готовятся не менее трёх научных докладов в рамках НИРС.

2. Механика управляемых систем тел

 Научный руководитель — доктор физико-математических наук,
профессор Телегин А.И.

Разработаны методы:

  • табличного описания структурных, геометрических и инерционных параметров систем тел;
  • автоматического выписывания уравнений кинематики, статики и динамики систем тел с явно выраженными параметрами;
  • автоматической генерации X3D-моделей механических систем с анимацией программных движений;
  • синтеза систем тел с заданными динамическими свойствами;
  • синтеза адаптивных ПИД-регуляторов программных движений.

В 2015 году исследовательская работа была поддержана грантом на сумму 400 000 рублей на два года от фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической  сфере для выполнения НИР «Разработка методического, алгоритмического и программного обеспечения автоматической генерации Х3D-моделей управляющих механических систем для решения задач механики и управления роботизированным производством». По результатам первого года исследований разработано методическое и программное обеспечение генерации Х3D-моделей механических систем с анимацией программных движений. Методическое и программное обеспечение внедрено в учебный процесс по дисциплинам «Электромеханические системы», «Автоматизированные информационно-управляющие системы».

Ежегодно по данному направлению к НИРС привлекаются до 5 студентов ЭТФ. Результаты своих научных исследований они докладывают на весенних научно-практических конференциях ЮУрГУ.

Модель составной механической системы, состоящей из нескольких простых Анимированная модель роботизированного технологического комплекса механообработки Модель механической системы с тремя подвижными звеньями

Участники:
доктора и кандидаты наук;
студенты и аспиранты ЮУрГУ.

 Основные результаты:
1) Свыше 50 статей, в т.ч. 18 статей в журналах, рекомендованных ВАК;
2) 6 монографий;
3) Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ;
4) НИР на сумму 400 тыс. рублей.

  3. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Научный руководитель — доктор технических наук,
профессор Четошникова Л.М.

Исследуется возможность использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) в системе электроснабжения малых потребителей. К таким источникам в регионе относятся ветер, малые реки, солнце. Наш регион располагает большими потенциальными ветроэнергетическими ресурсами (около 28597 МДж/м2 за год). Потенциальные ресурсы в данной зоне составляют 3600 МДж/м2 за год, а полезная энергия — 1260 МДж/м2. Потенциал солнечной энергии по районам Челябинской области составляет до 1200 кВт ч/м2. Малая гидроэнергетика может стать одним из приоритетных направлений в вопросе обеспечения региона энергией. Общее количество рек в Челябинской области превышает 3,5 тысячи, но абсолютное большинство их (98%) относится к очень малым, длиной менее 10 км.
        Научные исследования ведутся сотрудниками кафедры «Автоматика», а также студентами. Аспиранты кафедры участвуют в ежегодных научно-практических конференциях ЮУрГУ, всероссийских и международных конференциях. Результаты исследований публикуются в научных изданиях. Для проведения экспериментальных исследований создана лабораторная база с использованием современных средств по исследованию преобразования солнечной, ветровой и других видов энергии в электрическую.

Изданы методические пособия «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии» и «Электроэнергетика» (часть I и II), используемые в учебном процессе и при выполнении выпускных квалификационных работ. По указанному направлению готовятся доклады, с которыми студенты выступают на ежегодных практических конференциях студентов ЮУрГУ (не менее 5 человек).

Локальная электрическая сеть с гибридной генерацией и накопителями энергии Энернет
Локальная электрическая сеть с  гибридной генерацией и накопителями энергии Энернет — это всемирная энергетическая сеть с общедоступной энергией
Умная электрическая сеть (Smart Grid)
 Умная электрическая сеть (Smart Grid)

Участники:
доктора и кандидаты наук;
студенты и аспиранты ЮУрГУ.

Основные результаты:
Опубликовано более 10 статей, в т.ч. 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

 4. Высокотемпературная сверхпроводимость

Научный руководитель – кандидат технических наук,
доцент Смоленцев Н.И.

 Перспективное научное направление по разработке устройств на основе ВТСП-технологий. Отправная точка — способность сверхпроводников пропускать без потерь высокие плотности транспортного тока (109 – 1010 А/м2) в сильных магнитных полях и выталкивать магнитное поле из своего объема (эффект Мейснера). Данные эффекты позволяют создать электрокинетические накопители энергии с бесконтактным подвесом ротора-маховика для энергетики, электротранспорта, а также специальные высокоточные гиростабилизаторы (гиродины) для стабилизации космических аппаратов (КА).

Основные результаты получены благодаря Соглашению о предоставлении субсидии от 05.06.2014 № 14.577.21.0069 с Минобрнауки России в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» по теме: «Проведение прикладных исследований в области технологий высоконадежных систем энергоснабжения объектов различного назначения на основе современных устройств альтернативной и гибридной генерации, аккумуляции, распределения и потребления энергии». Технологии накопления электроэнергии на этапах генерации, передачи и  распределения  повышают энергосбережение и энергоэффективность. Внедрение этих технологий и устройств для их реализации, например, в энергетике, является  технологической основой  сетевых технологий Энернет.

В настоящее время оформляется заявка по продолжению научно-исследовательских работ в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Результаты работы внедрены в учебный процесс и отражены в методическом пособии «Электрические машины», а также подготовлено к изданию методическое пособие «Электрические станции и подстанции».

На ежегодных научно-практических конференциях по данному направлению с научными докладами выступают не менее четырёх студентов ЭТФ.

Сертификат на СПЭНЭ Внешний вид СПЭНЭ-1 (разрез)
  Внешний вид СПЭНЭ-1 (разрез)
 Рекуперация
 Рекуперация электрической энергии в троллейбусной  сети

Участники:
доктора и кандидаты наук;
студенты и аспиранты ЮУрГУ.

Основные результаты:
1) Свыше 20 статей, в т.ч., одна публикация СКОПУС и 10  статей в журналах, рекомендованных ВАК;
2) Результаты  выполнения НИР включены в  5 научно-технических отчетов.
3) 1 монография;
4) Патент РФ на электрокинетический накопитель энергии.


 Научная деятельность кафедры «Прикладная математика и ракетодинамика» 

  Ракетостроение и ракетодинамика

Научный руководитель — кандидат технических наук,
доцент Киселёв В.И.

 Разработан и внедрен ряд методов решения многокритериальных задач аналитического синтеза управляемых систем, в том числе метод последовательной поэтапной редукции основной задачи управления к задаче нелинейного программирования с известными численными методами решения. Этот метод применён для решения терминальных задач оптимального импульсно-параметрического управления полётом спускаемых управляемых капсул. Разработано информационно-алгоритмическое и программно-математическое обеспечение задач расчёта динамики движения и синтеза управления спускаемыми и летательными аппаратами.

 Научно-образовательный центр «Ракетостроение» создан в филиале ЮУрГУ города Миасса в конце 2015 года в рамках инфраструктурного проекта по подготовке кадров для предприятий оборонно-промышленного комплекса РФ.

В состав НОЦ «Ракетостроение» входят специализированные учебно-исследовательские лаборатории:

Лаборатория №1 «Моделирование динамики и управления движением ЛА».
Лаборатория №2 «Летательные аппараты и двигательные установки летательных аппаратов».
Лаборатория №3 «Строительная механика и динамика конструкций ЛА».
Лаборатория №4 «Материаловедение и контроль качества».
Лаборатория №5 «Газовая динамика».
Лаборатория №6 «Теплотехника и термодинамика».
Лаборатория №7 «ЭВМ и сети. Телекоммуникации. Защита информации.».
Лаборатория №8 «Основы автоматизированного проектирования ракетных и ракетно-космических комплексов».

На лабораторной базе НОЦ учатся студенты электротехнического факультета МФ ЮУрГУ.

На этой же лабораторной базе в ноябре-декабре 2016 велись ознакомительные инженерные мастер-классы для миасских старшеклассников. 

 Большая часть лабораторных стендов и тренажеров в составе НОЦ являются уникальной разработкой специалистов НОЦ и преподавателей кафедр совместно со специалистами челябинской фирмы «Учтех-Профи». 

 Наряду с учебно-преподавательской деятельностью лабораторные мощности НОЦ «Ракетостроение» используются в инициативных и хоздоговорных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах (НИОКР).

Сотрудники НОЦ разработали, изготовили и успешно внедрили в эксплуатацию портальный робототехнический комплекс с семью степенями свободы, обеспечивающий физическое моделирование движения прототипа летательного аппарата в полусфере радиуса 1300 мм. Исследователям стали доступны вращательно-поступательные перемещения изделия, режим управляемой центрифуги, а также режим задания тестовых воздействий для калибровок навигационного оборудования изделия. 

Сотрудники НОЦ и преподаватели кафедр активно участвуют в работах для АО «ГРЦ Макеева» по теме «Корона» – проработка облика многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя с вертикальным взлетом и посадкой.

 С АО «Миасский машиностроительный завод» согласовывается договорная работа по теме «Поиск эффективных методов построения и коррекции геометрии 3D-моделей с учетом поля допуска».

Этап согласования техзадания проходит разработка системы управления для беспилотного транспортного средства АО «Автомобильный завод «Урал».  

Результаты исследований внедряются в учебный процесс по специальности «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов». Студенты ежегодно выступают с докладами на научно-практических конференциях ЮУрГУ. Выпускники защищают дипломные проекты по данной тематике.

 Участники:
АО «ГРЦ Макеева», АО «ММЗ», ОАО «НПО электромеханики»;
доктора и кандидаты наук;
студенты, аспиранты и соискатели ЮУрГУ.

 Основные результаты:
1) Свыше 100 статей, в т.ч. свыше 40 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и свыше 60 статей в журналах, индексируемых в базе Российского индекса научного цитирования;
2) 4 монографии.