Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2017, № 12. Часть 3

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
 
16+ 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 12 
 
 
Часть 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2017 

УДК 621.86/87                                                                             ISSN 2071-6168 
 
Известия Тульского государственного университета. Технические науки.  
Вып. 12: в 3 ч. Ч. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 217 с. 
 
Рассматриваются научно-технические проблемы мехатронных систем, теории и проектирования. 
Материалы предназначены для научных работников, преподавателей вузов, студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике 
технических наук. 
 
 
 
Редакционный совет 
 
М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, 
И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, М.А. БЕРЕСТНЕВ, В.Н. ЕГОРОВ, 
О.Н. ПОНАМОРЁВА, Н.М. КАЧУРИН, В.М. ПЕТРОВИЧЕВ  
 
 
 
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), С.Н. Ларин (зам. отв. редактора), 
Б.С. 
Яковлев 
(отв. 
секретарь), 
И.Л. 
Волчкевич, 
Р.А. 
Ковалев,  
М.Г. Кристаль, А.Д. Маляренко (Республика Беларусь), А.А. Сычугов,  
Б.С. Баласанян (Республика Армения), А.Н. Чуков  
 
 
 
 
Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России» 

 

Сборник 
зарегистрирован 
в 
Федеральной 
службе по надзору в сфере связи, информационных 
технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).  
ПИ № ФС77-61104 от 19 марта 2015 г.  
«Известия 
Тульского 
государственного 
университета» входят в Перечень ведущих научных 
журналов и изданий, выпускаемых в Российской 
Федерации, в которых должны быть опубликованы 
научные результаты диссертаций на соискание учёной 
степени доктора наук 
 
 
© Авторы научных статей, 2017 
© Издательство ТулГУ, 2017 

III ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ 
КОНФЕРЕНЦИЯ  
«МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ  
(ТЕОРИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ)» 
ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» 
 
 
 
 
Заведующий 
кафедрой 
«Системы  
автоматического 
управления», 
доктор  
технических наук, профессор, почетный  
работник 
высшего 
профессионального          
образования 
Российской 
Федерации,             
действительный член Академии навигации    
и 
управления 
движением 
Олег  
Владимирович Горячев.  
 
 
 
9 декабря 2016 года в Тульском государственном университете 
прошла III Всероссийская научно-техническая конференция «Мехатронные системы (теория и проектирование)», посвященная 60-летию кафедры 
САУ, 80-летнему юбилею заслуженного деятеля науки РФ, д-ра техн. наук, 
профессора Н.В. Фалдина, 95-летию со дня рождения основателя кафедры 
САУ заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, профессора Бориса Михайловича Подчуфарова. Конференция подготовлена и 
проведена совместно с АО «КБП им. академика А.Г. Шипунова» и ФГБУ 
«Российская академия ракетных и артиллерийских наук» и является правопреемницей шести Всесоюзных симпозиумов по пневматическим (газовым) приводам и системам управления, проводившихся в период с 1968 по 
1991 годы. 
Основными целями конференции являлись обсуждение последних 
достижений в области исследования, разработки и проектирования мехатронных систем и модулей, а также определение направлений развития 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 12. Ч. 3 

 

4 
 

теории анализа и синтеза таких систем. Кроме того, подобные конференции способствуют установлению и укреплению связей между научными, 
образовательными и производственными организациями, учеными и специалистами.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
С приветственным словом к участникам конференции выступает 
ректор ТулГУ, доктор технических наук, профессор, почетный  
работник Высшего профессионального образования, лауреат премии 
правительства РФ Михаил Васильевич Грязев 
 
В работе конференции приняли участие 143 человека, в том числе 
представители таких организаций, как ИПУ им. В.А. Трапезникова РАН 
(г. Москва), ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» (г. Москва), МГТУ им. Баумана 
(г. Москва), ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» 
(г. Тула), АО «ЦНИИАГ» (г. Москва), АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова» (г. Тула), Производственное 
объединение «Туламашзавод» (г. Тула), ПАО «Тульский оружейный завод 
(г. Тула), 
КБ «Арматура» 
(г. 
Ковров, 
Владимирская 
обл.), 
ПАО «НПО «Стрела» (г. Тула), АО «Красногорский завод им. Зверева» 

Мехатронные системы. Теория и проектирование 

 

5 
 

(г. Красногорск, Московская обл.), АО «НПО Автоматики» (г. Екатеринбург), ЗАО «Тулаэлектропривод» (г. Тула), АО «Конструкторское бюро 
машиностроения» (г. Коломна, Московская обл.), ООО «ЗВ-Сервис» 
(г. Москва), АО «НПО «Сплав» (г. Тула), ФГУП «Московское опытноконструкторское бюро «Марс» (г. Москва). 
Огромную роль в подготовке и проведении конференции сыграло 
АО «КБП им. академика А.Г. Шипунова» (г. Тула). Это предприятие всегда оказывает реальную поддержку в организации и проведении научных 
мероприятий Тульского государственного университета и, в частности, 
кафедры САУ, а также является традиционным потребителем выпускников. 
Большую помощь в организации конференции оказали ФГБУ «Российская академия ракетных и артиллерийских наук» и международная общественная организация «Академия навигации и управления движением» 
(АНУД). Действительные члены Академии вошли в программный и организационный комитеты. 
Конференцию открыл ректор ТулГУ, доктор технических наук, 
профессор Михаил Васильевич Грязев. В своем приветственном слове он 
поздравил кафедру САУ с юбилеем, отметил исключительную актуальность в современных условиях научных проблем, заявленных к обсуждению, и пожелал участникам творческих успехов. 
На пленарном заседании было заслушано 5 докладов. Особый интерес вызвали следующие выступления: 
- д-ра техн. наук, проф., зав. каф. САУ, действительного члена Академии навигации и управления движением О.В. Горячева «Кафедра «Системы автоматического управления»: сплав традиций, инноваций и качества»; 
- д-ра техн. наук, проф., заслуженного деятеля науки РФ, профессора-консультанта каф. САУ, действительного члена Академии навигации и 
управления движением Н.В. Фалдина «Прикладные методы исследования 
релейных систем с нелинейным объектом управления»; 
- канд. техн. наук, начальника отделения АО «КБП им. академика 
А.Г. Шипунова» В.С. Фимушкина «Мехатронные и оптикоэлектронные 
системы в комплексах ВТО разработки АО «КБП». 
К сожалению, по состоянию здоровья, не смог принять участие в 
конференции д-р техн. наук, проф., главный научный сотрудник ИПУ 
им. В. А. Трапезникова РАН, профессор МГУ им. Ломоносова, действительный член Академии навигации и управления движением Н.Б. Филимонов. Его пленарный доклад «Непостижимая эффективность математики 
в современной теории управления» опубликован в сборнике материалов 
конференции. 

Известия ТулГУ

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Выступление заслуженного

Академии навигации

кафедры САУ, 
Фалдина Николая

На конференции под

ботали 4 секции: 
- проблемы проектирования

модулей; 
- системы управления
- робототехника и робототехнические
- автоматические приводы
Всего было заслушано

были награждены почетными
товлены и изданы два сборника
Вып.12. Ч.4» (Тула: Изд
«Системы управления». 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 12. Ч. 

6 

заслуженного деятеля науки РФ, действительного

вигации и управления движением, консультанта
САУ, доктора технических наук, профессора

Фалдина Николая Васильевича с пленарным докл

конференции под руководством профессоров, докторов

роблемы проектирования и производства мехатронных

истемы управления; 
обототехника и робототехнические системы; 
втоматические приводы и их элементы; 

было заслушано 67 секционных докладов, лучшие

награждены почетными грамотами. По итогам конференции

изданы два сборника: «Известия ТулГУ. Технические

Тула Изд-во ТулГУ, 2016. 278 с.) и «Вестник ТулГУ

Вып.1 (Тула.: Изд-во ТулГУ, 2016. 183 

. 12. Ч. 3 

действительного члена 

консультанта 
профессора

пленарным докладом 

профессоров докторов наук ра
производства мехатронных систем и 

докладов лучшие из которых 
итогам конференции подгоТулГУ Технические науки. 

Вестник ТулГУ. Серия 

183 с.)

Мехатронные системы. Теория и проектирование 

 

7 
 

 
 
Выступление на секции "Автоматические приводы и их элементы" 
с докладом аспиранта кафедры САУ А.А. Фролова  
 
В связи с тем, что конференция приурочена к 60-летию кафедры 
"Системы автоматического управления", торжественная часть пленарного 
заседания конференции была посвящена поздравительным выступлениям 
делегаций, принявших участие в конференции.  
С поздравлениями в адрес кафедры САУ выступили: А.В. Гусев, 
канд. техн. наук, заместитель управляющего директора АО "КБП" 
(г. Тула); К.М. Тихонов, декан факультета интеллектуальных и робототехнических систем ФГБОУ ВО "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"  (г. Москва); В.Л. Солунин, д-р. 
техн. наук, заместитель генерального директора – научный руководитель 
предприятия АО «ЦНИИАГ» (г. Москва); А.А. Иконников, заместитель 
начальника департамента АО "НПО автоматики им. академика Н.А. Семихатова" (г. Екатеринбург);  А.А. Дулов, начальник отделения АО "Коломенское бюро машиностроения" (г. Коломна); Е.М. Халатов, начальник 
расчетно-аналитического центра КБ "Арматура", д-р. техн. наук, профессор (г. Ковров); Б.В. Манчук, советник генерального конструктора АО 
"НПО Сплав", канд. техн. наук (г. Тула);  Б.В. Сухинин, заведующий кафедрой ЭиЭМ, д-р. техн. наук, профессор (г. Тула); В.Я. Распопов, заведующий кафедрой ПУ, д-р. техн. наук, профессор (г. Тула); А.В. Прохорцов заведующий кафедрой ПБС, канд. техн. наук (г. Тула). 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 12. Ч. 3 

 

8 
 

 
 
Делегация АО "КБП им. академика А.Г. Шипунова".  
Слева направо: начальник отделения, канд. техн. наук В.С. Фимушкин; 
начальник отделения А.В. Зубарев; 
заведующий кафедрой САУ, д-р. техн. наук, профессор О.В. Горячев;  
заместитель управляющего директора, канд. техн. наук А.В. Гусев 
 
По окончании конференции для ее участников и гостей была организована экскурсия на кафедру САУ ТулГУ, в рамках которой были представлены научные направления кафедры и ее материально-техническая база с современным исследовательским и учебным оборудованием учебных 
и научных лабораторий. 
 
 
 
Заведующий кафедрой САУ,  
доктор технических наук, профессор  
Олег Владимирович Горячев 
 
 
 
 
 
 
 

Мехатронные системы. Теория и проектирование 

 

9 
 

 
 
 
 
 
 
МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ. 
ТЕОРИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
 
 
 
 
УДК 62-51 
 
РАЗРАБОТКА НЕЛИНЕЙНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 
ГИБРИДНОГО ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА 
МАГНИТНОГО ПОЛЯ МАШИНЫ 
 
О.В. Горячев, А.Г. Ефромеев, А.О. Степочкин  
 
Рассмотрена нелинейная математическая модель гибридного шагового двигателя на основе анализа картины магнитостатического поля, устанавливающая 
связь между конструктивными параметрами, свойствами конструкционных материалов и характеристиками машины. 
Ключевые слова: нелинейная математическая модель гибридного шагового 
двигателя, расчет и анализ картины магнитостатического поля гибридного шагового 
двигателя, влияние конструктивных параметров и свойств конструкционных материалов на характеристики гибридного шагового двигателя.  
 

Практика применения современных дискретных электроприводов 
на основе исполнительных шаговых двигателей требует разработки эффективных методик анализа, позволяющих в короткие сроки решать задачи их 
проектирования в соответствии с требованиями технического задания. Необходимым условием достижения данной цели является разработка программного комплекса расчета характеристик двигателя на основе его математической модели, учитывающей все значимые аспекты процессов 
электромеханического и электромагнитного преобразования энергии и 
связывающей динамические характеристики с конструктивными параметрами машины. 
Классический подход к разработке математических моделей электрических машин основан на системе уравнений Лагранжа-Максвелла и 
подразумевает формирование системы алгебраических и дифференциальных уравнений на основе паспортных данных двигателя и соответствующих расчетных коэффициентов без непосредственной привязки к кон

Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 12. Ч. 3 

 

10 
 

структивным параметрам конкретного двигателя. Однако, несмотря на 
свою относительную простоту и универсальность, данный подход не всегда применим к решению отдельных задач анализа и синтеза систем привода, т.к. реализованная с помощью данного подхода математическая модель не отражает всей специфики протекающих в электрической машине 
физических процессов. В частотности, применительно к рассматриваемому 
шаговому двигателю классическая математическая модель не позволяет 
оценить влияние конструктивных параметров на возникновение присущих 
шаговым двигателям резонансные явлений. 
Отсюда возникает необходимость разработки уточненной математической модели с непосредственной привязкой к конструктивным параметрам конкретной модели шагового двигателя либо в более общем случае 
к определенному типу электрических машин рассматриваемого исполнения, в частности к гибридным шаговым двигателям.  
На рис. 1 представлена блок-схема методики формирования нелинейной математической модели применительно к шаговому двигателю 
гибридного типа ДШС-58-1-3. 
Рассмотрим реализацию методики более подробно. 
1. Анализ характеристик, конструктивных особенностей и 
свойств конструкционных материалов двигателя. 
В качестве примера рассмотрен двигатель ДШС 58-1-3, относящийся к гибридному типу ШД с ротором наборной 4-секционной конструкции 
на основе высокоэнергетических постоянных магнитов. Общий вид статора двигателя без щита представлен на рис 2.  
Общий вид секций ротора двигателя представлен на рис. 3.  
Для анализа характеристик двигателя рассмотрим отдельно одну из 
секций, выполнив декомпозицию согласно конструкции ротора. Общий 
вид одной секции двигателя без вала представлен на рис. 4.  
Формирование крутящего момента двигателя осуществляется 
вследствие последовательного изменения конфигурации магнитных полей 
постоянных магнитов ротора и поля статора, создаваемого обмотками.  
Все секции работают по единому принципу, формируя общий вращающий момент. Соответственно целесообразно рассмотреть механизм 
формирования момента на примере одной секции, распространяя результат 
на остальные секции.   
Таким образом, перемещение ротора на определенное количество 
шагов состоит из последовательной смены устойчивых состояний равновесия под действием магнитных полей обмотки управления и постоянных 
магнитов, которые, как правило, совпадают [4].