Stručná charakteristika modelu

• nelineárny dynamický MIMO systém s dvoma vstupmi a dvoma výstupmi
• podstatou systému je dostať guličku pomocou nakláňania sa platne do požadovanej polohy
• vhodný pre štúdium a experimenty dynamického systému založeného na klasickej a modernej teórii riadenia
• riadiace úlohy simulujú rozmanité problémy z robotiky (plánovanie dráhy a sledovanie) s výhodou vizuálnej odozvy
• systém dostupný priamo z prostredia Simulinku v Matlabe v reálnom čase pomocou nainsťalovaného Real TIME Toolboxu
• knižnice v jazyku C a demonštračný softvérový balík pre riadenie PID a stavovými algoritmami

Galéria

Mechanické prevedenie

• Model pozostáva z platne nakláňajúcej sa okolo svojej stredovej osi, z dvoch nezávislých krokových motorov, CCD kamery a guľôčky
• vstupnými signálmi do modelu sú napätia u_α a u_β, ktoré ovládajú obidva krokové motory. Krokové motory spôsobia naklonenie platne o požadované uhly α a β, ktoré sú priamo úmerne vstupným napätiam. Výstupom z modelu je nasnímaná poloha guľôčky pomocou kamery. Z nasnímaných obrázkov sa pomocou algoritmu rozpoznávania obrazu určí poloha guľôčky y_x a y_y .
• Model komunikuje s okolím cez multifunkčnú vstupno/výstupnú kartu MF614, na ktorú je možné zapisovať/čítať údaje pomocou funkcií Real Time Toolboxu.

Obr.1 Schéma mechanického prevedenia modelu

Systémový opis modelu

• Riadiace vstupy

• vstupné napätie u_x pre krokový motor nakláňajúci platňu v osi x
• vstupné napätie u_y pre krokový motor nakláňajúci platňu v osi y

• Poruchové vstupy

• vplyv nemerateľných porúch d_x, d_y,

• Merané výstupy

• poloha guľôčky v osi x y_x
• poloha guľôčky v osi y y_y

Obr.2 Systémový opis modelu


Využitie modelu v pedagogickom procese

• predmety

• Základy automatického riadenia (2.ročník Bc. štúdia)
• Optimálne riadenie hybridných systémov (3.ročník Bc. štúdia)
• Riadenie a umelá inteligencia (1.ročník Ing. štúdia)

• bakalárske práce

• MATYS, Matúš.: Návrh prediktívneho riadenia modelov fyzikálnych systémov s využitím MPC a MPT Toolboxov (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD, konzultant: Ing.Štefan Jajčišin.) - 2011
• KUNDRÁT, Štefan.: Aplikácia MPT Toolboxu v modelovaní a riadení nelineárnych systémov (vedúci ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD, konzultant: Ing.Peter Šuster.) - 2011
• ŠMELKOVÁ, Klaudia: Aplikácia moderných metód riadenia na laboratórny model gulička na ploche (vedúci a konzultant ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2010
• 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
• JAJČIŠIN, Štefan: Modelovanie a riadenie dynamických systémov v prostredí Matlab/Simulink
  (vedúci a konzultant ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2008
• DOLINSKÝ, Kamil: Návrh a realizácia programových modulov pre modely dynamických systémov
  (vedúci a konzultant ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2008

• diplomové práce

• JAJČIŠIN, Štefan: Aplikácia moderných metód v riadení nelineárnych výukových modelov
  (vedúci a konzultant ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2010
• LONŠČÁK, Richard: Algoritmy riadenia virtuálnych modelov dynamických systémov s využitím Matlab Web Servera
  (vedúci a konzultant ZP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2006

Využitie modelu v rámci výskumnej činnosti

• riešené dizertačné práce

• JAJČIŠIN, Štefan: Návrh algoritmov prediktívneho riadenia s využitím nelineárnych modelov fyzikálnych systémov
  (školiteľ: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2013
• ŠUSTER, Peter: Návrh efektívnych softvérových nástrojov pre riadenie a analýzu nelineárnych systémov (prerušené doktorandské štúdium)
  (školiteľ: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2012
• LONŠČÁK, Richard: Inteligentné modelovanie a riadenie zložitých systémov
  (školiteľ: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2009

• publikácie

• 2010
  BENETIN, M. - JADLOVSKÁ, A.: Návrh a simulácia riadenia virtuálneho modelu fyzikálneho systému Gulička na tyči. In: Electrical Engineering and Informatics : Proceeding of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice : September, 2010, Košice, Slovak Republic. - Košice : TU, 2010 S. 535-539. - ISBN 978-80-553-0460-1, (AED)
• 2009
  JADLOVSKÁ A. - JAJČIŠIN, Š. - LONŠČÁK, R.: Modelling and PID Control Design of Nonlinear Educational Model Ball & Plate. Editors: Fikar, M., Kvasnica, M., In: Proceedings of the 17th International Conference on Process Control ’09, Štrbské Pleso, High Tatras, Slovakia, 2009, pp. 475–483, ISBN 978-80-227-3081-5.
  JADLOVSKÁ, A. – DOLINSKÝ, K. - LONŠČÁK, R.: Application of DesignedProgram Modules in C# Language for Simulation of Models of Dynamic Systems, Editors: Fikar, M., Kvasnica, M., In: Proceedings of the 17th International Technical Conference on Process Control ’09, Štrbské Pleso, 2009, High Tatras, Slovakia, pp. 534–547, ISBN 978-80-227-3081-5
  SARNOVSKÝ, J.-HLADKÝ, V .- JADLOVSKÁ, A. - POPOVIČ, Ľ.: Modelovanie, riadenie a simulácia výukového modelu Gulička na ploche, In: Odborný seminár Nové trendy v kybernetike, automatizácii a informatike, CD-ROM, Gabčíkovo, Slovenská republika, 7.-9.9. 2009, ISBN 978-80-227-3107-2