Stručná charakteristika modelu

upravený laboratórny model bol doplnený o:

• nové modelárske servomotory s kovovými prevodmi a pákami
• gyroskop, pomocou ktorého možno merať uhol naklonenia plochy
• novú riadiacu dosku s vývojovou doskou Arduino Nano
• Raspberry Pi 3B+, kam sa presunul výpočet rozpoznávania obrazu
• nový napájací zdroj

• nelineárny dynamický MIMO systém s dvoma vstupmi a dvoma výstupmi

výukový laboratórny model, ktorý je vhodný na overovanie:

• algoritmov analytickej a experimentálnej identifikácie dynamických systémov
• algoritmov klasickej (PID/PSD), ale aj modernej teórie riadenia (stavové optimálne riadenie - LQ, stavové prediktívne riadenie - MPC)

cieľom riadenia je:

• stabilizácia guľôčky do požadovanej polohy na ploche
• sledovanie referenčnej trajektórie

• Experimentálne pracovisko pozostáva z modelu Guľôčka na ploche B&P_KYB, web kamery, napájacieho zdroja modelu B&P_KYB, počítača so softvérom Matlab/Simulink a jednočípového mikropočítača, ktorý zabezpečuje prenos signálov medzi počítačom a modelom cez sériové rozhranie RS232. Pracovisko poskytuje zázemie pre možnosť testovania širokého spektra radiacich algoritmov.

Obr.1 Experimentálne pracovisko

Mechanické prevedenie

• model pozostáva z dvoch nezávislých servomotorov, ktorénatáčajú platňuokolo jej stredovej osi a web kamery, ktorá sníma polohu guľôčky
• vstupné signály do modelu u_x a u_y [MU] ovládajú jednotlivé servomotory, ktoré ovplyvňujú nakláňanie platne o požadovaný uhol α, resp. β[rad]. Výstupom z modelu je nasnímaná poloha guľôčky pomocou web kamery. Z nasnímaných obrázkov je pomocou algoritmu rozpoznávania obrazu vypočítaná poloha guľôčky y_x a y_y
• model komunikuje s počítačom prostredníctvom jednočípového mikropočítača cez sériové rozhranie RS232

Obr.2 Schéma mechanického prevedenia modelu

Systémový opis modelu

• riadiace vstupy

• vstupný signál u_x pre servomotor nakláňajúci plochu v osi x
• vstupný signál u_y pre servomotor nakláňajúci plochu v osi y

• poruchové vstupy

• vplyv nemerateľných porúch z_x, z_y,

• merané výstupy

• poloha guľôčky v osi x: y_x [m]
• poloha guľôčky v osi y: y_y [m]



Obr.3 Systémový opis modelu









Obr.4 Hardvérové vybavenie modernizovaného modelu guľôčky na ploche






Projekty

• Implementácia výsledkov vedeckého výskumu v oblasti modelovania a simulácie kyberfyzikálnych systémov do výučby – tvorba moderných vysokoškolských učebníc (KEGA 072 TUKE – 4/2018)



Využitie modelu v pedagogickom procese

• predmety

• Základy automatického riadenia (2.ročník Bc. štúdia)
• Simulačné systémy (2.ročník Bc. štúdia)
• Riadenie a umelá inteligencia (1.ročník Ing. štúdia)
• Optimálne riadenie hybridných systémov (1.ročník Ing. štúdia)

• bakalárske práce

• TKÁČIK, Tomáš : Návrh a programová realizácia súboru aplikácií pre systémy rozpoznávania obrazov
  (vedúci ZP: doc. Ing. Ján Jadlovský, CSc.) - 2019
• KLADNÝ, Lukáš: Simulácia modelov dynamických systémov s využitím webových aplikVyužitie interaktívnych prostriedkov programového prostredia MATLAB v riadení a simulácii laboratórneho modelu Guľôčka na ploche
  (vedúci ZP: Ing. Slávka Jadlovská, PhD.) - 2019

• diplomové práce

• BŘEZINA, Adam : Embedded systémy a ich implementácia v rámci mobilných robotických systémov
  (vedúci ZP: doc. Ing. Ján Jadlovský, CSc.) - 2019
• TKÁČIK, Milan: Embedded systémy v rámci distribuovaných riadiacich a monitorovacích systémov
  (vedúci ZP: doc. Ing. Ján Jadlovský, CSc.) - 2019



Využitie modelu v rámci výskumnej činnosti

• riešené dizertačné práce

• Ing. ORAVEC, Matej: Metódy a prístupy nedeštruktívnej diagnostiky dynamických systémov
  (školiteľ: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2018

• publikácie

• 2020

  ORAVEC, M. – JADLOVSKÁ, A.: Actuator Fault Diagnosis System Design and Verification for Ball and Plate System, In: Acta Polytechnica Hungarica, Journal of Applied Sciences, Vol.17, No.5, pp. 69-88, 2020, http://acta.uni-obuda.hu/Issue102.htm

  2017

  ORAVEC, M. - JADLOVSKÁ, A.: Intelligent Positioning Plate Predictive Control and Concept of Diagnosis System Design. In: Journal of Manufacturing and Industrial Engineering 2017 - Prešov: TU, 2017 - ISSN: 1339-2972

  2014

  ORAVEC, M. - JADLOVSKÁ, A.: Optimal State Control of the Mechatronical Laboratory Model B&P_Kyb. In: Electrical Engineering and Informatics 5 : Proceedings of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice. - Košice : TU, 2014 S. 9-16. - ISBN 978-80-553-1704-5 (AED) 

  ORAVEC, M. - JADLOVSKÁ, A.: Design Of Virtual Models Of Mechatronics Systems With Simulink 3D Animation Toolbox. In: Proceedings of the International Scientific Conference - Technical Computing Bratislava 2014, 4. november 2014, Bratislava, Slovenská republika, ISBN 978-80-7080-898-6, ISSN 2336-1662. (AFD) 

• 2015

  ORAVEC, M. - JADLOVSKÁ, A.: Model Predictive Control of Ball and Plate Laboratory Model. In: SAMI 2015. - Danvers : IEEE, 2015 S. 165-170. - ISBN 978-1-4799-8220-2 (AFD) 

  ORAVEC, M. - JADLOVSKÁ, A. - NOVISEDLÁKOVÁ, D.: Design of Adaptive Control Algorithm of Mechatronic System Ball&Plate. In: Electrical Engineering and Informatics 6 : Proceedings of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice. - Košice : FEI TU, 2015 S. 500-505. - ISBN 978-80-553-2178-3 (AED) 

• 2017

  ORAVEC, M. - JADLOVSKÁ, A.: Intelligent Positioning Plate Predictive Control and Concept of Diagnosis System Design. In: Journal of Manufacturing and Industrial Engineering 2017 - Prešov: TU, 2017 - ISSN: 1339-2972 (ADF) 

• 2019

  BŘEZINA, A. - TKÁČIK, M. - TKÁČIK, T. - JADLOVSKÁ, S.: Upgrade of the Ball and Plate Laboratory Model, In: PDeS 2019 : 16th IFAC conference on programmable devices and embedded systems. High Tatras, Slovakia. October 29-31, 2019. - Laxenburg (Rakúsko) : IFAC s. 277-282 . - ISSN 2405-8963 Spôsob prístupu:

  Březina, A. – Tkáčik, M. – Tkáčik, T. – Jadlovská, S.: Upgrade of the Ball and Plate Laboratory Model, In: Preprints of the 16th IFAC Conference on Programmable Devices and Embedded Systems High Tatras, Slovakia, October 29-31, 2019, pp.277 – 282

• prezentácia výskumnej činnosti

• JADLOVSKÝ, J. - JADLOVSKÁ, A. - SARNOVSKÝ, J. - ZOLOTOVÁ, I. - JADLOVSKÁ, S. - PAPCUN, P. - ČERKALA, J. - KOPČÍK, M. - ČABALA, J. - ORAVEC, M. - ČOPÍK, M.: Center for Nondestructive Diagnostics of Technological Processes, In: University Science Park TECHNICOM. - Košice : TU, 2014 S. 1-1. - ISBN 979-80-8086-240-4  
• JADLOVSKÝ, J. et al. : Research Activities of the Center of Modern Control Techniques and Industrial Informatics In: In: SAMI 2016. - Danvers : IEEE, 2016 P. 279-285. - ISBN 978-1-4673-8739-2  
• Centrum Moderných Metód Riadenia a Priemyselnej Informatiky na KKUI FEI TU v Košiciach (prezentácia výsledkov medzinárodného projektu základného výskumu ALICE CERN – ALICE KE FEI TU a projektu aplikovaného výskumu TECHNICOM PP7/3.1)