VŠB – technická univerzita Ostrava

Fakulta strojní

Katedra automatizační techniky a řízení

Závěrečná zpráva grantového projektu Fondu rozvoje VŠ MŠMT G1/0640/99

Ostrava – leden 2000

Úvod

Závěrečná zpráva se týká grantového projektu Fondu rozvoje vysokých škol České republiky, který byl řešen na katedře Automatizační techniky a řízení, Fakulty strojní VŠB-TU Ostrava, v roce 1999 po dobu jednoho roku. Grantový projekt byl zařazen do kategorie G1 Tvůrčí činnost studentů a jeho cílem bylo zapojit studenty do vědecko-výzkumné činnosti s realizačními výstupy v oblasti automatizace a řízení. Současně je projekt konkrétním příspěvkem k zlepšení experimentální složky výuky magisterského studia oborů Automatické řízení a inženýrská informatika a Výrobní systémy s PRaM a bakalářského oboru Řízení a aplikovaná informatika.

Cíle řešení a způsob jejich splnění

V přihlášce grantového projektu byly vytýčeny následující cíle:

1. Doplnění vybavení experimentální laboratoře, která se používá pro výuku teorie řízení, o další moduly stavebnice elektronické Dominoputer pro sestavení modelových úloh.
2. Vznik modelových laboratorních pracovišť, které umožní experimentování s modelovými sestavami nebo reálnými technologickými systémy.
3. Návrh a vytvoření modelových fyzikálních regulačních úloh pro tvorbu, programování a ladění řídicích algoritmů.
4. Zapojení studentů do vědecko-výzkumné činnosti s konkrétními realizačními výstupy.

Tyto cíle jsou splněny následujícím způsobem:

1. Postup řešení projektu vycházel z nákupů doplňujících komponent pro vytvoření modelových úloh a softwarových doplňků, které byly instalovány do počítačů v učebně určené pro výuku teorie řízení. Vybavení učebny SW a HW bylo zajištěno z prostředků VŠB - TU Ostrava. Po zvládnutí jejich obsluhy a ovládání odbornými pracovníky katedry a uvedenými studenty, byly připraveny laboratorní úlohy.
   Pro modelování dynamických systémů požadovaných vlastností byla použita elektronická stavebnice DOMINOPUTER , která se skládá z jednotlivých vzájemně plně kompatibilních modulů, obsahujících základní elektronické prvky RLC, diody, tranzistory, integrované obvody, zesilovače. Modulový systém lze použít pro unifikaci a zpracování signálů ze snímačů, ovládacích signálů akčních veličin apod. Také lze pomocí modulů stavebnice DOMINOPUTER simulovat různé typy soustav. Přenos dat mezi laboratorními úlohami a PC je zprostředkován pomocí tří I/O 8-mi bitových bran (Pa, Pb a Pc). Vstupy i výstupy mohou být diskrétní i spojité.
   Dále se využila práce s měřící kartou AD512 a programovým systémem MATLAB/REAL TIME TOOLBOX. Rovněž měli studenti možnost pracovat s programovatelným logickým automatem TSX Micro, který byl použit pro řízení zvoleného technologického procesu.
2. V rámci řešení výše uvedeného grantového projektu byl sestaven program v prostředí Control Panel, který umožňuje experimentálně ověřovat vlastnosti vybraných typů systémů, které si studenti namodelují pomocí stavebnice DOMINOPUTER. Rovněž umožňuje ověřit kvalitu regulace s konvenčními regulátory (PID, PI, P) pro zvolené regulované soustavy. Uvedený program umožňuje čtyři způsoby experimentu: modelování logických funkcí, modelování soustav pomocí RC členů, modelování soustav pomocí operačních zesilovačů, řízení vytvořených soustav pomocí konvenčních regulátorů realizovaných v Control Panelu nebo řízení soustav namodelovaným PID regulátorem (viz Příloha I.).
3. Byl vytvořen program v prostředí MATLAB/SIMULINK/REAL TIME TOOLBOX pro ověření správnosti navržených algoritmů řízení pro laboratorní model teplovzdušného agregátu. Kromě konvenčních algoritmů řízení umožňuje použití algoritmů pracující v klouzavém režimu. Výhodou tohoto laboratorního modelu je možnost ověření robustnosti navržených algoritmů řízení (řízená veličina je teplota agregátu) vzhledem k působící poruše (proud vzduchu vháněný ventilátorem), viz Příloha II.
   Byla navržena a realizovaná modelová úloha pro řízení mechanického dynamického systému (model robota se třemi stupni volnosti). K řízení byl použit programovatelný logický automat TSX Micro, což umožňuje studentům seznámení s tvorbou a použitím logického řízení, jeho výhodami a nevýhodami (viz Příloha III).
4. Na jednotlivých modelech pracovali studenti v rámci svých ročníkových a diplomových projektů a práce na disertační práci, dosažené výsledky byly využity jako dílčí části jejich diplomových prací nebo části disertační práce. Dále vytvořené modelové úlohy budou využívány ve výuce předmětů Teorie automatického řízení I, Identifikace systémů, Prostředky automatického řízení, Optimalizace systémů magisterského a bakalářského studia fakulty strojní.

Závěr

Řešení grantu přispělo na Katedře automatizační techniky a řízení Fakulty strojní VŠB-TU Ostrava k inovaci a modernizaci výuky teoretických předmětů z oblasti automatizace. Vzniklé modelové laboratorní úlohy výrazně posílily experimentální složku výuky studentů oborů magisterského studia Automatické řízení a inženýrská informatika a Výrobní systémy s PRaM a oboru bakalářského studia Řízení a aplikovaná informatika. Studenti mají možnost pomocí vytvořených úloh jak porovnat teoretické znalosti o chování vybraných dynamických systémů s jejich skutečným chováním, tak i ověřit rozdíl mezi simulačním ověřením navržených algoritmů řízení a jejich ověřením přímo na konkrétních modelech.

V rámci řešení uvedeného grantového projektu vznikly tři diplomové práce, které byly rovněž úspěšně obhájeny. Dva studenti (David Rečka, René Urbiš) úspěšně ukončili studium bakalářského oboru Řízení a aplikovaná informatika fakulty strojní a jeden student (Libor Slavík) úspěšně ukončil magisterské studium oboru Automatické řízení a inženýrská informatika rovněž fakulty strojní.

Financování projektu z prostředků FRVŠ významně pomohlo k dalšímu zkvalitnění inženýrského studia absolventů Fakulty strojní, VŠB-TU Ostrava.