Guľôčka na ploche B&P_KYB


  Miestnosť:
     Laboratorium modernych metód riadenia fyzikálnych systémov (V142a)

  Správca modelu:
     Ing. Matej Oravec
     Ing. Dominik Vošček
     Ing. Lukáš Koska

  Výrobca:   Kybernetika s.r.o.

 

Stručná charakteristika modelu

  • 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


    Galéria

    144


    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




      Porovnanie laboratórnych modelov B&P_CE151 (L513) a B&P_KYB (V142)

          CE151

          B&P_KYB

          -> komunikácia medzi počítačom a modelom B&P_CE151 prostredníctvom labkarty MF614 -> komunikácia medzi počítačom a modelom B&P_KYB prostredníctvom jednočípového mikropočítača cezsériovérozhranie RS232
          -> použitie funkcií REAL TIME TOOLBOXu pre komunikáciu s reálnym modelom -> využitie funkcií Matlabu, určených pre komunikáciu s využitím sériového portu RS232
          -> využitie Image Processing toolboxu na rozpoznanie polohy guľôčky na ploche pomocou CCD kamery -> rozpoznávanie polohy guľôčky prostredníctvom knižnice OpenCV pri použití web kamery - typ Logitech 1.3 MP Webcam C300

        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

        • KUNDRÁT, Štefan : Aplikácia MPT Toolbox-u v modelovaní a riadení nelineárnych systémov
          (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2011
        • ORAVEC, Matej: Simulácia modelov dynamických systémov s využitím webových aplikácií na báze .NET
          (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2012
        • diplomové práce

        • BENETIN, Martin : Výukové programové moduly pre analýzu a syntézu modelov fyzikálnych systémov
          (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2012
        • MATYS, Matúš: Prediktívne riadenie modelov fyzikálnych systémov
          (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD, konzultant: Ing.Štefan Jajčišin.) - 2013
        • ORAVEC, Matej: Riadenie mechatronických systémov s využitím .NET aplikácií
            (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD, konzultant: Ing.Slávka Jadlovská) - 2014
        • NOVISEDLÁKOVÁ, Dana: Adaptívne a optimálne riadenie nelineárnych dynamických systémov
            (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD, konzultant: Ing.Matej Oravec) - 2015

        Využitie modelu v rámci výskumnej činnosti

        • publikácie

        • 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) 

          144 

      Profil

      Infraštruktúra

      Laboratóriá

      Členovia

      Predmety

      Modely



      Výskum

      CERN

      Galéria

      Partneri


      144