Laboratoř regulačních systémů a prostředků Název prezentace řídicích systémů
Umístění laboratoře: E228
Správce laboratoře: Ing. Štěpán Ožana, Ph.D.
Zaměření laboratoře Nadpis
•
Návrh a realizace měřicích a řídicích algoritmů, regulátorů
•
Vizualizace řízení
•
Návrh a realizace vestavěných systémů
V této laboratoři probíhají tyto aktivity: Nadpis
z
Výuka v bakalářských a magisterských studijních programech laboratorních a počítačových cvičení následujících předmětů:
z
Základy kybernetiky
z
Regulační systémy
z
Navrhování a realizace regulátorů
z
z
z
Prostředky řídicích systémů Semestrální práce I-III Výzkum v rámci bakalářských a diplomových prací (realizace fyzikálních modelů, návrh řídicích algoritmů a jejich implementace)
Používané základní SW platformy pro návrh Nadpis regulátorů, vestavěných systémů a měřicích a ovládacích aplikací: z
Matlab&Simulink (+další potřebné toolboxy)
z
.NET (Visual Studio - C#)
Používané základní HW platformy pro Nadpis realizaci regulátorů, vestavěných systémů a měřicích a ovládacích aplikací:
z
z
PC/Industrial PC/Embedded PC
Mikrokontroléry Freescale HC12
z
IPC DAS I-8000
Možnosti použití jiných HW platforem pro Nadpis návrh a realizaci vestavěných systémů z
Systémy dSPACE
z
Systémy speedgoat
;
Laboratorní a počítačová cvičení: Nadpis
S nástupem multifunkčních karet a toolboxů pro měření a řízení v reálném čase se Matlab stal nepostradatelnou názornou pomůckou při praktických ukázkách regulace reálných fyzikálních modelů. • V předmětech Základy kybernetiky (ZA) a Regulační systémy (RS) je prováděna analýza/syntéza regulačních obvodů se zaměřením na metody klasické PID regulace • V předmětu Navrhování a realizace regulátorů (NRR) jsou pak probírány a realizovány algoritmy založené na moderní teorii řízení (optimální regulátory, robustní řízení, adaptivní a prediktivní algoritmy)
Synergický efekt ve výuce: Nadpis
• Soustředění výuky nosných automatizačních předmětů do jedné laboratoře => využití společného HW a SW vybavení (kromě výuky PLC) • Možnost propojení Matlab&Simulink s prostředím .NET, ve kterém jsou zároveň podporovány stejné typy multifunkčních karet • Nové nástroje pro fyzikální modelování =>možnost návrhu řídicích algoritmů pro modely, pro něž není k dispozici matematický popis nebo je velmi obtížný (Simscape, SimMechanics, SimHydraulics, SimElectronics) • Realizace algoritmů z prostředí Matlab&Simulink na různých HW platformách, přičemž základní blokové schéma zůstává stejné
Vybavení laboratoře: Nadpis
Měřicí a multifunkční karty: z
Humusoft, s.r.o. (MF614,MF624)
z
ICP DAS
z
National Instruments
Vybrané fyzikální modely řízených soustav Nadpis
z
Vrtulník
z
Kulička na ploše
z
Magnetická levitace
z
Výtah
z
Vzduchová levitace
z
z
Řízení otáček DC motorku Třídička barevných objektů
Toolboxy pro návrh a realizaci real-time Nadpis aplikací v prostředí Matlab&Simulink
z
Real Time Toolbox
z
z
xPC Target
Real Time Windows Target
Toolboxy pro návrh a realizaci real-time Nadpis aplikací v prostředí Matlab&Simulink z
Real Time Workshop
Společným nástrojem, pro návrh a realizaci real-time aplikací, je Real Time Workshop, který vytváří C-kód pro dané HW platformy.
Nástroje pro vizualizaci dynamických dějů na Nadpis fyzikálních modelech • Kromě standardních grafických výstupů je možno využít také 3D vizualizaci s pomocí nástroje Virtual Reality Toolbox (při použití Real Time Toolboxu). Nástroj xPC Target zase nabízí vzdálené interaktivní ovládání modelu ve webovém prohlížeči, což je ideální pomůckou při výuce větší skupiny studentů.
Vybrané další toolboxy pro návrh řídicích Nadpis algoritmů Nástroje Matlabu a Simulinku: z
Control System Toolbox
z
Robust Control Toolbox
Produkty třetích stran: (pro adaptivní a samonastavující se regulátory) z
Knihovna RexLib
z
Knihovna STC Toolbox
Metody návrhu řízení fyzikálních modelů: Nadpis
z
Model-based design
z
HIL
z
Rapid prototyping
Model Based Design (MBD) je metoda rychlého a efektivního návrhu dynamického systému, kdy středem návrhového procesu je model systému v prostředí Simulink, který je využíván od definice požadavků na finální zařízení, přes návrh dynamického systému, jeho implementaci na cílovou platformu a testování prototypu.
Ukázky návrhu, realizace a vizualizace řízení Nadpis vybraných fyzikálních modelů: z
Výuka:
Schéma regulačního obvodu pro vzduchovou levitaci v prostředí xPC target a ukázka ovládání úlohy přes webové rozhraní
Ukázky návrhu, realizace a vizualizace řízení Nadpis vybraných fyzikálních modelů: z
Diplomová práce: Návrh, řízení a vizualizace třídičky barevných objektů s využitím prostředí Matlab & Simulink
Ukázky návrhu, realizace a vizualizace řízení Nadpis vybraných fyzikálních modelů: z
Diplomová práce: Simulace a vizualizace ovládání osobního automobilu v prostředí Matlab&Simulink+Virtual Reality Toolbox
Ukázky návrhu, realizace a vizualizace řízení Nadpis vybraných fyzikálních modelů: • Semestrální práce: Ovládání robotické ruky L601-KT se šesti stupni volnosti
Ukázky návrhu řídicího algoritmu ve výuce Nadpis z
Navrhování a realizace regulátorů: Robustní regulace systému aktivního tlumení pérování automobilu metodou H-∞
″ ′ ′ mb z b = f a − k1 ( z b − z w ) − c s ⎛⎜ z b − z w ⎞⎟ ⎝ ⎠ ″ ′ ′ m w z w = − f a + k1 ( z b − z w ) − k 2 (z w − z r ) + c s ⎛⎜ z b − z w ⎞⎟ ⎝ ⎠
Ukázky návrhu, realizace a vizualizace řízení Nadpis vybraných fyzikálních modelů: z
Výuka Prostředků řídicích systémů: Regulace modelu magnetické levitace v protsředí C#
ThreadStart tick = new ThreadStart(casovani); Thread FirstThread = new Thread(tick); FirstThread.Start(); FirstThread.Name = "casovani"; FirstThread.Join(); casovani();
