VŠB – technická univerzita Ostrava
Fakulta strojní
Katedra automatizační techniky a
řízení
Syntéza řízení reálných objektů s využitím
experimentálních modulů
|
Závěrečná zpráva grantového
projektu Fondu rozvoje VŠ MŠMT G1/0640/99
Odpovědný řešitel: |
Ing. Renata Wagnerová |
Řešitelé: |
Ing. Jaromír Škuta, |
|
Ing. Tomáš Halásek, |
|
Ing. Libor Slavík, |
|
Bc. David Rečka, |
|
Bc. René Urbiš. |
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:
- Doplnění vybavení experimentální laboratoře, která se používá pro výuku
teorie řízení, o další moduly stavebnice elektronické Dominoputer pro sestavení
modelových úloh.
- Vznik modelových laboratorních pracovišť, které umožní experimentování
s modelovými sestavami nebo reálnými technologickými systémy.
- Návrh a vytvoření modelových fyzikálních regulačních úloh pro tvorbu,
programování a ladění řídicích algoritmů.
- Zapojení studentů do vědecko-výzkumné činnosti s konkrétními realizačními
výstupy.
Tyto cíle jsou splněny následujícím způsobem:
- 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.
- 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.).
- 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).
- 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.