agroengineeringАгроинженерияAgricultural Engineering (Moscow)2687-11492687-1130РГАУ-МСХА10.26897/2687-1149-2025-3-33-39agroengineering-1046Research ArticleТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ АПКFARM MACHINERY AND TECHNOLOGIESАлгоритм управления скоростью воздушного потока при локальном обдуве коров в условиях промышленного животноводстваAlgorithm for controlling the local airflow rate when blowing on cows in industrial livestock farminghttps://orcid.org/0000-0002-4766-9532ИвановЮ. Г.IvanovYu. G.

Иванов Юрий Григорьевич, профессор, д-р техн. наук, профессор

AuthorID: 744496

127434, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49

Yuri G. Ivanov, DSc (Eng), Professor, Professor of the Department of Agricultural Mechanization

AuthorID: 744496

127434, Russian Federation, Moscow, Timiryazevskaya Str., 49

iy.electro@rgau-msha.ruПонизовкинД. А.PonizovkinD. A.

Понизовкин Дмитрий Андреевич, канд. техн. наук

AuthorID: 794911

115446, г. Москва, ул. Академика Миллионщикова, 20

Dmitriy A. Ponizovkin, CSc (Eng)

AuthorID: 794911

115446, Russian Federation, Moscow, Akademika Millionshchikova Str., 20

ponizovkind@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8608-9904АндреевС. А.AndreevS. A.

Андреев Сергей Андреевич, д-р техн. наук, доцент

AuthorID: 701225

127434, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49

Sergey A. Andreev, DSc (Eng), Associate Professor

AuthorID: 701225

127434, Russian Federation, Moscow, Timiryazevskaya Str., 49

energo-andreev@rgau-msha.ruРоссийский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural AcademyRussian FederationМосковский государственный колледж электромеханики и информационных технологийРоссияMoscow State College of Electromechanics and Information TechnologiesRussian Federation2025110620252733339Copyright © Иванов Ю.Г., Понизовкин Д.А., Андреев С.А., 20252025Иванов Ю.Г., Понизовкин Д.А., Андреев С.А.Ivanov Y.G., Ponizovkin D.A., Andreev S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://agroengineering.timacad.ru/jour/article/view/1046

Температурный стресс отрицательно влияет на физиологическое состояние и показатели продуктивности коров. Анализ результатов экспериментальных исследований выявил зависимость частоты пульса коров от температуры и влажности окружающей среды. Локальный обдув животных способствует устойчивости показателей их физиологического состояния к воздействию повышенной температуры и влажности воздуха. Для реализации локального обдува животных необходимо разработать алгоритм управления скоростью воздушного потока. Разработке алгоритма предшествовали экспериментальные исследования зависимости частоты пульса коров от температуры и влажности окружающей среды при различной скорости воздушного потока. Эксперимент проводили на коровах черно-пестрой породы средним возрастом 3,5 года и массой 590 кг. Для математического описания анализируемой зависимости предложено использовать метод вложенных функций и линейную множественную регрессию. Приведены численные значения параметров математических моделей, полученных из условия минимума суммы среднеквадратических отклонений экспериментальных и теоретических значений частоты пульса для обоих методов. Определена наибольшая эффективность трехфакторной линейной модели, по результатам преобразования которой сформирован алгоритм управления скоростью потока воздуха. Практическое использование алгоритма заключается в подстановке в него требуемого значения частоты пульса животных, текущих значений температуры и относительной влажности воздуха с последующим расчетом скорости воздушного потока. Процессорная реализация полученного алгоритма при плавном управлении скоростью воздушного потока целесообразна посредством изменения частоты питающего напряжения асинхронного электродвигателя.

Temperature stress affects cows’ physiological condition and productivity indicators. The experimental studies revealed the relationship between cows’ heart rate and the temperature and humidity of the environment. Local airflow contributes to the stability of animals’ physiological state indicators against the effects of high temperature and humidity. The authors prove the necessity of controlling the airflow rate for blowing on animals when environmental parameters change. For this purpose, they propose to design an algorithm for controlling local airflow to treat animals. The algorithm was developed after experimental studies of the relationship between the cow heart rate and ambient temperature and humidity at different airflow rates. The experiment was conducted on black-motley cows with an average age of 3.5 years and a weight of 590 kg. To provide a mathematical description of the analyzed relationship it was proposed to use the method of nested functions and linear multiple regression. The article presents numerical values of the parameters of mathematical models obtained from the condition of minimum sum of standard deviations of experimental and theoretical values of the heart rate for both methods. The greatest efficiency of the three-factor linear model has been determined, and the algorithm of the airflow rate control has been made based on the results of its transformation. Practical use of the algorithm consists in substituting the required value of the animal heart rate, current values of temperature and relative humidity of air with the subsequent calculation of the airflow rate. The processor-based implementation of the obtained algorithm for smooth control of the airflow rate is possible by changing the supply voltage frequency of the asynchronous electric motor.

температурный стрессчастота пульсатемпература воздухавлажность воздухалокальный обдувскорость воздушного потокаалгоритм управления скоростью воздушного потокаtemperature stressheart rateair temperatureair humiditylocal blow-onairflow rateairflow rate control algorithmReferencesВторый В.Ф., Гордеев В.В., Вторый С.В., Ланцева Е.О. Влияние погодных условий на формирование температурно-влажностного режима в коровнике // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2016. № 3 (23). С. 67-72. EDN: WGWNFBVtoroy V.F., Gordeyev V.V., Vtoroy S.V., Lantseva E.O. The weather conditions influence on the temperature-and-humidity conditions’ formation in the сowshed. Vestnik Vserossiyskogo Nauchno-Issledovatelskogo Instituta Mekhanizatsii Zhivotnovodstva. 2016;3(23):67-72. (In Russ.)Тимошенко В., Музыка А., Москалёв А.Й., Шматко Н. Комфорт коров – залог высокой продуктивности // Животноводство России. 2014. № 8. С. 39-41. EDN: TAOSBHTimoshenko V., Muzyka A., Moskalov A.I., Shmatko N. Cow comfort – assurance of high productivity. Zhivotnovodstvo Rossii. 2014;8:39-41. (In Russ.)Мартынова Е.Н., Ястребова Е.А. Формирование микроклимата животноводческих помещений под действием температуры наружного воздуха // Молочное и мясное скотоводство. 2012. № 4. С. 24-26. EDN: OZJAGPMartynova E.N., Yastrebova E.A. The formation of stock building microclimate at the influence of air temperature. Journal of Dairy and Meat Cattle Breeding. 2012;4:24-26. (In Russ.)Aggarwal A., Upadhyay R. Heat stress and animal productivity. New Delhi: Springer. India 2013. 200 p. https://doi.org/10.1007/978-81-322-0879-2Aggarwal A., Upadhyay R. Heat stress and animal productivity. New Delhi: Springer. India 2013. 200 p. https://doi.org/10.1007/978-81-322-0879-2Assatbayeva G., Issabekova S., Uskenov R., Karymsakov T., Abdrakhmanov T. Influence of microclimate on ketosis, mastitis and diseases of cow reproductive organs. Journal of Animal Behaviour and Biometeorology. 2022;10(3):2230. https://doi.org/10.31893/jabb.22030Assatbayeva G., Issabekova S., Uskenov R., Karymsakov T., Abdrakhmanov T. Influence of microclimate on ketosis, mastitis and diseases of cow reproductive organs. Journal of Animal Behaviour and Biometeorology. 2022;10(3):2230. https://doi.org/10.31893/jabb.22030Polsky L., Keyserlingk A.G. Invited review: Effects of heat stress on dairy cattle welfare. Journal of Dairy Science. 2017;100(11):8645-8657. https://doi.org/10.3168/jds.2017-12651Polsky L., Keyserlingk A.G. Invited review: Effects of heat stress on dairy cattle welfare. Journal of Dairy Science. 2017;100(11):8645-8657. https://doi.org/10.3168/jds.2017-12651Ruban S., Borshch O.O., Borshch O.V. et al. The impact of high temperatures on respiration rate, breathing condition and productivity of dairy cows in different production systems. Animal science papers and reports. 2020;38(1):61-72Ruban S., Borshch O.O., Borshch O.V. et al. The impact of high temperatures on respiration rate, breathing condition and productivity of dairy cows in different production systems. Animal science papers and reports. 2020;38(1):61-72Иванов Ю.Г., Понизовкин Д.А. Система принудительной вентиляции коровника // Сельский механизатор. 2015. № 8. С. 26-27. EDN: UIOZHFIvanov Yu.G., Ponizovkin D.A. System of the cowshed compulsory ventilation. Selskiy Mekhanizator. 2015;(8):26-27. (In Russ.)Иванов Ю.Г., Понизовкин Д.А. Обоснование параметров принудительной вентиляции на молочной ферме для летнего периода времени // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2013. № 3 (11). С. 173-175. EDN: RCKAMDIvanov Yu.G., Ponizovkin D.A. Justification of the parameters of forced ventilation on a dairy farm for the summer time. Vestnik Vserossiyskogo Nauchno-Issledovatelskogo Instituta Mekhanizatsii Zhivotnovodstva. 2013;3(11):173-175. (In Russ.)Иванов Ю.Г., Борулько В.Г., Андреев С.А. Комбинированная система управления местной вентиляцией в животноводческом помещении // Агроинженерия. 2022. Т. 24, № 6. С. 9-14. https://doi.org/10.26897/2687-1149-2022-6-9-14Ivanov Yu.G., Borulko V.G., Andreev S.A. Combined local ventilation control system in a livestock house. Agricultural Engineering (Moscow). 2022;24(6):9-14. (In Russ.) https://doi.org/10.26897/2687-1149-2022-6-9-14Иванов Ю.Г., Понизовкин Д.А., Мошонкин А.М., Жумагулов Ж.М. Анализ математических моделей контроля параметров, характеризующих состояние теплового стресса животных на молочных фермах // Техника и технологии в животноводстве. 2023. № 4 (52). С. 36-41. EDN: DUTWILIvanov Yu.G., Ponizovkin D.A., Moshonkin A.M., Zhumagulov Zh.M. The analysis of parameters control of the animals thermal stress state characterizing’s mathematical models on dairy farms. Machinery and Technologies in Livestock. 2023;4(52):36-41. (In Russ.)Борулько В.Г., Иванов Ю.Г., Понизовкин Д.А., Шлычкова Н.А. Математическая модель влияния параметров микроклимата в коровнике на клинико-физиологические показатели животных // Техника и технологии в животноводстве. 2021. № 2 (42). С. 74-77. EDN: XPCKVXBorulko V.G., Ivanov Yu.G., Ponizovkin D.A., Shlychkova N.A. Mathematical model of cowshed microclimate parameters influence on animals clinical-and-physiological parameters. Machinery and Technologies in Livestock. 2021;2(42):74-77. (In Russ.)Zentner E., Löffler B. Horizontallufter zur minderung von hitzestress im rinderstall. Bautagung Raumberg-Gumpenstein. 2017. P. 57-62.Zentner E., Löffler B. Horizontallufter zur minderung von hitzestress im rinderstall. Bautagung Raumberg-Gumpenstein. 2017. P. 57-62.Понизовкин Д.А., Борулько В.Г. Автоматизация систем управления микроклиматом животноводческих помещений // Аграрная наука. 2020. № 3 (3). С. 96-98. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2020-336-3-96-98Borulko V.G., Ponizovkin D.A. Automation of climate control systems in livestock buildings. Agrarian science. 2020;3(3):96-98. (In Russ.) https://doi.org/10.32634/0869-8155-2020-336-3-96-98Dette H., Melas V.B., Shpilev P.V. Optimal designs for trigonometric regression models. Journal of Statistical Planning and Inference. 2011;141(3):1343-1353. https://doi.org/10.1016/j.jspi.2010.10.010Dette H., Melas V.B., Shpilev P.V. Optimal designs for trigonometric regression models. Journal of Statistical Planning and Inference. 2011;141(3):1343-1353. https://doi.org/10.1016/j.jspi.2010.10.010

The authors declare that there are no conflicts of interest present.