Číslicové riadenie je dôležitým prvkom dnešných technológií a priemyselného prostredia. Táto práca prezentuje číslicové riadenie nestabilného systému guľôčky na plošine, počínajúc matematickým modelom a končiac riadením reálneho modelu. Existuje mnoho prístupov návrhu regulátorov, pričom postup použitý v tejto práci je založený na minimalizácii lineárneho kvadratického LQ kritéria pre 2DOF štruktúru regulátora s využitím spektrálnej faktorizácie, ktorého výsledkom je takmer optimálne nastavený a relatívne robustný regulátor schopný poskytnúť dobré sledovanie žiadanej hodnoty a potlačenie poruchy. Aby bola voľba žiadanej hodnoty zaujímavejšia a automatická, tak bolo na plošine zostrojené jednoduché 2D bludisko. Počítač automaticky a algoritmicky vyrieši toto bludisko, čím sa získa žiadaná dráha guľôčky. Pre zjednotenie celého riadiaceho procesu bolo tiež navrhnuté grafické užívateľské prostredie. Výsledky prezentované v tejto práci sú sľubné a dokazujú, že LQ regulátor je veľmi vhodný pre tento typ aplikácie.
Anotace v angličtině
The digital control is an important aspect of today's technologies and industrial environment. This thesis presents the digital control of an unstable Ball & Plate system starting from the mathematical model to real-model control. There are many different controller design approaches and the one used here is based on the minimization of linear quadratic LQ criterion for 2DOF controller structure using spectral factorization, which results in almost optimal and relatively robust controller able to provide good reference tracking and disturbance rejection. To make the reference signal selection interesting and automatic, a simple 2D maze was constructed on top of the plate. The computer automatically and algorithmically solves the maze, thus obtaining the desired trajectory of the ball. A graphical user interface was also designed to encapsulate the model control. Results shown in this thesis are promising and prove that the LQ controller is a very suitable for this model.
Klíčová slova
guľôčka na ploche, číslicové riadenie, CE 151, LQ metóda, spektrálna faktorizácia, riadenie v reálom čase, riešenie bludiska, watershed transformácia
Klíčová slova v angličtině
Ball & Plate, digital control, CE 151, LQ method, real-time control, spectral factorization, maze solving, watershed transform
Rozsah průvodní práce
62 s. (58 175 znaků)
Jazyk
SK
Anotace
Číslicové riadenie je dôležitým prvkom dnešných technológií a priemyselného prostredia. Táto práca prezentuje číslicové riadenie nestabilného systému guľôčky na plošine, počínajúc matematickým modelom a končiac riadením reálneho modelu. Existuje mnoho prístupov návrhu regulátorov, pričom postup použitý v tejto práci je založený na minimalizácii lineárneho kvadratického LQ kritéria pre 2DOF štruktúru regulátora s využitím spektrálnej faktorizácie, ktorého výsledkom je takmer optimálne nastavený a relatívne robustný regulátor schopný poskytnúť dobré sledovanie žiadanej hodnoty a potlačenie poruchy. Aby bola voľba žiadanej hodnoty zaujímavejšia a automatická, tak bolo na plošine zostrojené jednoduché 2D bludisko. Počítač automaticky a algoritmicky vyrieši toto bludisko, čím sa získa žiadaná dráha guľôčky. Pre zjednotenie celého riadiaceho procesu bolo tiež navrhnuté grafické užívateľské prostredie. Výsledky prezentované v tejto práci sú sľubné a dokazujú, že LQ regulátor je veľmi vhodný pre tento typ aplikácie.
Anotace v angličtině
The digital control is an important aspect of today's technologies and industrial environment. This thesis presents the digital control of an unstable Ball & Plate system starting from the mathematical model to real-model control. There are many different controller design approaches and the one used here is based on the minimization of linear quadratic LQ criterion for 2DOF controller structure using spectral factorization, which results in almost optimal and relatively robust controller able to provide good reference tracking and disturbance rejection. To make the reference signal selection interesting and automatic, a simple 2D maze was constructed on top of the plate. The computer automatically and algorithmically solves the maze, thus obtaining the desired trajectory of the ball. A graphical user interface was also designed to encapsulate the model control. Results shown in this thesis are promising and prove that the LQ controller is a very suitable for this model.
Klíčová slova
guľôčka na ploche, číslicové riadenie, CE 151, LQ metóda, spektrálna faktorizácia, riadenie v reálom čase, riešenie bludiska, watershed transformácia
Klíčová slova v angličtině
Ball & Plate, digital control, CE 151, LQ method, real-time control, spectral factorization, maze solving, watershed transform
Zásady pro vypracování
Vypracujte literární rešerši na dané téma.
Seznamte se s laboratorním modelem Kulička na ploše CE 151.
Proveďte experimentální identifikaci laboratorního modelu a na jejím základě navrhněte vhodné řídicí algoritmy.
Navržené algoritmy ověřte v simulačních podmínkách v programovém prostředí MATLAB/SIMULINK.
S přihlédnutím na simulační ověřování proveďte řízení laboratorního modelu v reálném čase.
Proveďte diskusi výsledků simulačního ověřování i řízení v reálné časem čase.
Zásady pro vypracování
Vypracujte literární rešerši na dané téma.
Seznamte se s laboratorním modelem Kulička na ploše CE 151.
Proveďte experimentální identifikaci laboratorního modelu a na jejím základě navrhněte vhodné řídicí algoritmy.
Navržené algoritmy ověřte v simulačních podmínkách v programovém prostředí MATLAB/SIMULINK.
S přihlédnutím na simulační ověřování proveďte řízení laboratorního modelu v reálném čase.
Proveďte diskusi výsledků simulačního ověřování i řízení v reálné časem čase.
Seznam doporučené literatury
HUMUSOFT. CE 151 Ball \& Plate Apparatus User\symbol{39}s Manual. Praha, 2006.
BOBÁL, V. Identifikace systémů. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Akademické centrum, 2009, ISBN 978-80-7318-888-3.
BOBÁL, V. Adaptivní a prediktivní řízení. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Akademické centrum, 2008, ISBN 978-80-7318-662-3.
BOBÁL, V., P. CHALUPA, P. DOSTÁL a M. KUBALČÍK. Digital Control of Unstable and Integrating Time-delay Processes. International Journal of Circuits, Systems and Signal Processing. 2014, (8), 9. ISSN 1998-4464.
LANDAU, Ioan D. Digital control systems design, identification and implementation. 1st ed. London: Springer, 2007. ISBN 978-184-6280-566.
Seznam doporučené literatury
HUMUSOFT. CE 151 Ball \& Plate Apparatus User\symbol{39}s Manual. Praha, 2006.
BOBÁL, V. Identifikace systémů. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Akademické centrum, 2009, ISBN 978-80-7318-888-3.
BOBÁL, V. Adaptivní a prediktivní řízení. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Akademické centrum, 2008, ISBN 978-80-7318-662-3.
BOBÁL, V., P. CHALUPA, P. DOSTÁL a M. KUBALČÍK. Digital Control of Unstable and Integrating Time-delay Processes. International Journal of Circuits, Systems and Signal Processing. 2014, (8), 9. ISSN 1998-4464.
LANDAU, Ioan D. Digital control systems design, identification and implementation. 1st ed. London: Springer, 2007. ISBN 978-184-6280-566.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Diplomant prezentoval před komisí hlavní cíle a výsledky své diplomové práce.
Prezentace působila výborným dojmem, student vystihl hlavní body práce.
Následně byl student seznámen s posudky vedoucího a oponenta diplomové práce.
Komise vznesla k obhajobě následující dotazy:
1) Prof. Farana: Jak náročné by bylo řešit problém s uvažováním vzájemné závislosti výstupů?
2) Prof. Vlček: Neuvažoval jste o jiné ploše než rovina?
3) Prof. Vítečková: Porovnával jste svoje řízení s řízením dodaným s modelem?
Diplomant na dotazy reagoval pohotově, bez zaváhání.