Stručná charakteristika modelu

• nelineárny dynamický MIMO systém s dvoma vstupmi a dvoma výstupmi

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

• 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

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







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




Projekty

• Výskumné laboratórium nelineárnych podaktuovaných systémov TUKE FEI-2015-33 (Research laboratory for nonlinear underactuated systems)(1/2017 - 12/2017)  
• Univerzitný vedecký park Technicom pre inovačné aplikácie s podporou znalostných technológií - II.fáz, kód ITMS:313011D232, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja, (2015 - 2017), Centrum pre nedeštruktívnu diagnostiku technologických procesov so štandartným softvérovým vybavením pre riadenie a komunikáciu (aktivita 3.1, PP7)/li>
• Univerzitný vedecký park Technicom pre inovačné aplikácie s podporou znalostných technológií, kód ITMS:26220220182, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja, (2013 - 2015), Centrum pre nedeštruktívnu diagnostiku technologických procesov so štandartným softvérovým vybavením pre riadenie a komunikáciu (aktivita 3.1)



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

• 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
• GOFFA, Tomáš: Meranie a frekvenčná analýza mechanického kmitania vybraných laboratórnych modelov
  (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD., konzultant ZP: Ing. Matej Oravec ) - 2017
• ORAVEC, Matej: Simulácia modelov dynamických systémov s využitím webových aplikácií na báze .NET
  (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2012
• KUNDRÁT, Štefan : Aplikácia MPT Toolbox-u v modelovaní a riadení nelineárnych systémov
  (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2011
• BENETIN, M,: Návrh a simulácia riadenia virtuálneho modelu fyzikálneho systému Gulička na tyči (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD., konzultant: Ing.Peter Šuster.) - 2010

• 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

• 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) 

• 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)