Guľôčka na ploche B&P_KYB_v2


  Miestnosť:
     Laboratorium modernych metód riadenia fyzikálnych systémov (V142a)

  Správca modelu:
     Ing. Milan Tkáčik
     Bc. Tomáš Tkáčik

  Výrobca:   Kybernetika s.r.o. a Adam&Milan

 

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 ux a uy [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 yx a yy
    • model komunikuje s počítačom prostredníctvom jednočípového mikropočítača cez sériové rozhranie RS232

      Obr.2 Schéma mechanického prevedenia modelu


    Systémový opis modelu

    • riadiace vstupy

      • vstupný signál ux pre servomotor nakláňajúci plochu v osi x
      • vstupný signál uy pre servomotor nakláňajúci plochu v osi y
    • poruchové vstupy

      • vplyv nemerateľných porúch zx, zy,
    • merané výstupy

      • poloha guľôčky v osi x: yx [m]
      • poloha guľôčky v osi y: yy [m]

        Obr.3 Systémový opis modelu





        Obr.4 Hardvérové vybavenie modernizovaného modelu guľôčky na ploche



      Projekty


      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)  
        144 

    Profil

    Infraštruktúra

    Laboratóriá

    Členovia

    Predmety

    Modely



    Výskum

    CERN

    Galéria

    Partneri


    144