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.
Annotation in English
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.
Keywords
guľôčka na ploche, číslicové riadenie, CE 151, LQ metóda, spektrálna faktorizácia, riadenie v reálom čase, riešenie bludiska, watershed transformácia
Keywords in English
Ball & Plate, digital control, CE 151, LQ method, real-time control, spectral factorization, maze solving, watershed transform
Length of the covering note
62 s. (58 175 znaků)
Language
SK
Annotation
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.
Annotation in English
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.
Keywords
guľôčka na ploche, číslicové riadenie, CE 151, LQ metóda, spektrálna faktorizácia, riadenie v reálom čase, riešenie bludiska, watershed transformácia
Keywords in English
Ball & Plate, digital control, CE 151, LQ method, real-time control, spectral factorization, maze solving, watershed transform
Research Plan
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.
Research Plan
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.
Recommended resources
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.
Recommended resources
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.
