Diplomová práce řeší problematiku řízení dvojitého inverzního kyvadla na vozíku. Cílem bylo vytvoření simulačních modelů, na kterých je možné ověřit různé způsoby regulace. Ke stabilizaci se využívají klasické metody, jako jsou optimální řízení nebo prediktivní řízení. Pro manévr vyšvihnutí kyvadla z klidu do inverzní polohy byla zvolena netradiční technika strojového učení. Teoretická část je zaměřena na seznámení se s problémem dvojitého inverzního kyvadla a využitelných metod pro jeho řízení. Praktická část zachycuje vývoj reálného modelu a potřebných simulací. Výsledkem práce je funkční řízení reálné soustavy a další simulační programy.
Anotace v angličtině
This thesis is concerned with the issue of controlling a double inverted pendulum on a cart. The goal is to create simulation models, which verify various methods of regulation. For stabilization purpose, we use classical methods such as optimal control or model predictive control. A non-traditional machine learning technique was chosen to swing the pendulum from rest to the inverted position. The theoretical part focuses on getting familiar with the double inverted pendulum and usable control methods. The practical part shows the development of a real model and the necessary simulation models. The result of this thesis is a functional control of the real system and additional simulation programs.
double inverted pendulum on a cart, LQR, Model Predictive Control, swing-up, Reinforcement Learning, Differential Evolution, Real-Time Simulink
Rozsah průvodní práce
86 s.
Jazyk
CZ
Anotace
Diplomová práce řeší problematiku řízení dvojitého inverzního kyvadla na vozíku. Cílem bylo vytvoření simulačních modelů, na kterých je možné ověřit různé způsoby regulace. Ke stabilizaci se využívají klasické metody, jako jsou optimální řízení nebo prediktivní řízení. Pro manévr vyšvihnutí kyvadla z klidu do inverzní polohy byla zvolena netradiční technika strojového učení. Teoretická část je zaměřena na seznámení se s problémem dvojitého inverzního kyvadla a využitelných metod pro jeho řízení. Praktická část zachycuje vývoj reálného modelu a potřebných simulací. Výsledkem práce je funkční řízení reálné soustavy a další simulační programy.
Anotace v angličtině
This thesis is concerned with the issue of controlling a double inverted pendulum on a cart. The goal is to create simulation models, which verify various methods of regulation. For stabilization purpose, we use classical methods such as optimal control or model predictive control. A non-traditional machine learning technique was chosen to swing the pendulum from rest to the inverted position. The theoretical part focuses on getting familiar with the double inverted pendulum and usable control methods. The practical part shows the development of a real model and the necessary simulation models. The result of this thesis is a functional control of the real system and additional simulation programs.
double inverted pendulum on a cart, LQR, Model Predictive Control, swing-up, Reinforcement Learning, Differential Evolution, Real-Time Simulink
Zásady pro vypracování
Stručně popište charakteristické vlastnosti nestabilních systémů a porovnejte problematiku regulace stabilních a nestabilních systémů.
Popište základní charakteristiky obecného inverzního kyvadla a dvojitého inverzního kyvadla.
Na základě literární rešerše uveďte způsoby používané pro regulaci inverzního kyvadla a dvojitého inverzního kyvadla.
Navrhněte a realizujte reálné dvojité inverzní kyvadlo. Je možné využít systém Amira PS600 Inverted Pendulum, který je dostupný v Laboratoři reálných systémů FAI.
Vytvořte simulační model dvojitého inverzního kyvadla, který bude využitelný při návrhu regulátoru pro reálnou soustavu dvojitého inverzního kyvadla. Srovnejte vlastnosti simulačního modelu a reálné soustavy.
Navrhnete regulátor pro dvojité inverzní kyvadlo. Ověřte regulátor na simulačním modelu a na reálné soustavě. Srovnejte obdržené výsledky.
Zásady pro vypracování
Stručně popište charakteristické vlastnosti nestabilních systémů a porovnejte problematiku regulace stabilních a nestabilních systémů.
Popište základní charakteristiky obecného inverzního kyvadla a dvojitého inverzního kyvadla.
Na základě literární rešerše uveďte způsoby používané pro regulaci inverzního kyvadla a dvojitého inverzního kyvadla.
Navrhněte a realizujte reálné dvojité inverzní kyvadlo. Je možné využít systém Amira PS600 Inverted Pendulum, který je dostupný v Laboratoři reálných systémů FAI.
Vytvořte simulační model dvojitého inverzního kyvadla, který bude využitelný při návrhu regulátoru pro reálnou soustavu dvojitého inverzního kyvadla. Srovnejte vlastnosti simulačního modelu a reálné soustavy.
Navrhnete regulátor pro dvojité inverzní kyvadlo. Ověřte regulátor na simulačním modelu a na reálné soustavě. Srovnejte obdržené výsledky.
Seznam doporučené literatury
BOBÁL, Vladimír. Identifikace systémů. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2009, 128 s. ISBN 978-80-7318-888-7.
CHEN, Xianmin, Rongrong YU, Kang HUANG, Shengchao ZHEN, Hao SUN a Ke SHAO. Linear motor driven double inverted pendulum: A novel mechanical design as a testbed for control algorithms. Simulation Modelling Practice and Theory. 2018, 81, 31-50. DOI: 10.1016/j.simpat.2017.11.009. ISSN 1569190X. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1569190X17301703
FORMAL'SKIJ, Aleksandr Moisejevič. Stabilisation and motion control of unstable objects. Berlin: De Gruyter, [2015], xvi, 236. De Gruyter studies in mathematical physics. ISBN 978-3-11-037582-4.
LAW, Averill M. Simulation modeling and analysis. Fifth edition. New York: McGraw-Hill Education, 2015. McGraw-Hill international editions. ISBN 978-1-259-25438-3.
PS600 Laboratory Experiment Inverted Pendulum. Duisburg: Amira, 2000, 351 s.
ŘEZNÍČEK, Bohuslav. Regulace laboratorního modelu inverzního kyvadla. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2008, 66 s. Dostupné také z: http://hdl.handle.net/10563/5441.
XIN, Xin. Analysis of the Energy Based Swing-up Control for a Double Pendulum on a Cart. IFAC Proceedings Volumes [online]. 2008, 41(2), 4828-4833 [cit. 2018-10-10]. DOI: 10.3182/20080706-5-KR-1001.00811. ISSN 14746670. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1474667016397063
Seznam doporučené literatury
BOBÁL, Vladimír. Identifikace systémů. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2009, 128 s. ISBN 978-80-7318-888-7.
CHEN, Xianmin, Rongrong YU, Kang HUANG, Shengchao ZHEN, Hao SUN a Ke SHAO. Linear motor driven double inverted pendulum: A novel mechanical design as a testbed for control algorithms. Simulation Modelling Practice and Theory. 2018, 81, 31-50. DOI: 10.1016/j.simpat.2017.11.009. ISSN 1569190X. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1569190X17301703
FORMAL'SKIJ, Aleksandr Moisejevič. Stabilisation and motion control of unstable objects. Berlin: De Gruyter, [2015], xvi, 236. De Gruyter studies in mathematical physics. ISBN 978-3-11-037582-4.
LAW, Averill M. Simulation modeling and analysis. Fifth edition. New York: McGraw-Hill Education, 2015. McGraw-Hill international editions. ISBN 978-1-259-25438-3.
PS600 Laboratory Experiment Inverted Pendulum. Duisburg: Amira, 2000, 351 s.
ŘEZNÍČEK, Bohuslav. Regulace laboratorního modelu inverzního kyvadla. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2008, 66 s. Dostupné také z: http://hdl.handle.net/10563/5441.
XIN, Xin. Analysis of the Energy Based Swing-up Control for a Double Pendulum on a Cart. IFAC Proceedings Volumes [online]. 2008, 41(2), 4828-4833 [cit. 2018-10-10]. DOI: 10.3182/20080706-5-KR-1001.00811. ISSN 14746670. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1474667016397063
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Diplomant odprezentoval před komisí hlavní cíle a výsledky své bakalářské práce. Prezentace velmi dobře vystihovala hlavní body práce, jednotlivé snímky prezentace byly graficky i obsahově vyvážené. Následně byl student seznámen s posudky vedoucího a oponenta bakalářské práce. Diplomant postupně odpověděl na otázky oponenta práce.
Komise vznesla k obhajobě následující dotazy:
1) Doc. Úředníček: Setkal jste se i s jiným způsobem stabilizace?
2) Doc. Matušů: Jakým způsobem bylo použito strojové učení?
3) Prof. Ošmera: Uvažujete o publikaci výsledků Vaší práce?
Na kladené dotazy diplomant reagoval na výborné úrovni.