Bezpečnosť

Model obsahuje laserové zariadenie triedy 1, ktoré za štandardných prevádzkových podmienok nepredstavuje zdravotné riziko ani pri dlhodobom priamom sledovaní zväzku. Laserový zväzok nie je viditeľný voľným okom.

Obr.1 Laser varovanie

Stručná charakteristika modelu

laboratórny model levitácie založený na princípe veterného tunela

podstatou je udržať guľôčku na stanovenej pozícií pomocou regulácie rýchlosti vzduchu v trubici

nestabilný SISO nelineárny model s jedným vstupom a jedným výstupom

vhodný na:

• analytickú a experimentálnu identifikáciu
• návrh a overenie klasických a moderných algoritmov riadenia
• prezentáciu výskumnej skupiny CMMRaPI

• model je možné riadiť aj bez potreby počítača

komunikačné rozhranie na počítači je implementované v jazyku Python

Obr.2 Štruktúra modelu

Mechanické prevedenie

• Model pozostáva z dvoch subsystémov: subsystém ventilátor a subsystém guľôčky v trubici.
• Subsystém ventilátora je ovládaný napätím u. Výstupom tohto subsystému je ruhlová rýchlosť motora ω, ktorá je priamoúmerná rýchlosti vzduchu v_v v trubici.
• Subsystém guľôčky v trubici je závislý od rýchlosti vzduchu a jeho výstupom je poloha guľôčky x. Tá je snímaná laserovým senzorom vzdialenosti VL53L0X.
• Model je riadený jednočipovým mikropočítačom ATmega328P, ktorý je s ostatnými komponentami zabezpečujúcimi riadenie jednotlivých periférií modelu umiestnený na základnej doske.

Obr.3 Základná doska

Obr.4 Schéma subsystému ventilátora

Model subsystému ventilátora (originálny):

Model subsystému ventilátora bol zjednodušený, nakoľko pôvodný matematický model obsahoval 6 parametrov a zjednodušený len 2.

Model subsystému ventilátora (zjednodušený):

Obr.5 Schéma subsystému guľôčky v trubici

Model subsystému guľôčky v trubici:

Celkový model:

Parametre modelu:

Tab.1 Tabuľka parametrov matematického modelu aerodynamickej levitácie

Stavové veličiny:

Tab.2 Tabuľka stavových veličín matematického modelu aerodynamickej levitácie

Systémový opis modelu

• riadiace vstupy

• napätia ventilátora u, ktoré je ovládané PWM signálom

• merané veličiny

• uhlová rýchlosť ventilátora ω
• pozícia guľôčky x



Obr.6 Diagram štrukturálneho zapojenia subsystémov modelu aerodynamickej levitácie






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)

• diplomové práce

• TKÁČIK, Tomáš : Programové moduly pre modelovanie, riadenie a simuláciu výukových modelov magnetickej a aerodynamickej levitácie
  (vedúci ZP: doc. Ing. Ján Jadlovský, CSc., konzultant ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2021



Využitie modelu v rámci výskumnej činnosti

• publikácie

• 2021

  TKÁČIK, T. - TKÁČIK, M. - JADLOVSKÁ, S. - JADLOVSKÁ, A.: Design of Aerodynamic Ball Levitation Laboratory Plant, In: Processes, Vol.9, No.11, pp. 1-19, 2021, https://www.mdpi.com/2227-9717/9/11/1950