Název laboratorní úlohy: Popis úlohy: Fotografie úlohy:

Transkript

1 Míč na rotujícím válci Tato úloha představuje složitý mechatronický nelineární systém, který se řídí pomocí experimentálně navrženého regulátor. Cílem je udržet míč ve vertikální poloze, čehož je dosaženo otáčením válce, jehož osa je spojena s hřídelí stejnosměrného motoru, jehož pohyb je ovládán regulátorem prostřednictvím výkonové jednotky. Mechanická konstrukce dále sestává z ultrazvukového senzoru, který zajišťuje zpětnou vazbu v regulačním obvodě.

2 Vrtulník Tato úloha představuje ukázku mechatronického systému se dvěma vstupy a dvěma výstupy, a cílem je regulovat pozici kokpitu v určené vertikální a horizontální poloze. Mechanická konstrukce dále sestává z těla kokpitu, které se otáčí ve vertikálním i horizontálním směru. Model je vybaven dvěma IRC snímači, které zajišťují zpětnou vazbu v regulačním obvodě. Akčním zásahem jsou PWM signály pro ovládání servomotorů hlavní a zadní vrtule.

3 Magnetická levitace Tato úloha představuje ukázku mechatronického systému s jedním vstupem a jedním výstupem, a cílem je regulovat pozici ocelové kuličky levitující v magnetickém poli. Mechanická konstrukce sestává z cívky a indukčního snímače, který zajišťuje zpětnou vazbu v regulačním obvodě. Akčním zásahem je hodnota proudu protékající cívkou, podle jehož hodnoty je ocelová kulička méně nebo více přitahována.

4 Kulička na ploše Soustava je tvořena rovinou nakláněnou ve dvou úhlech krokovými motory dle obrázku. Na ploše je umístěn míček s velmi malým momentem setrvačnosti. Scénu snímá CCD nebo webová kamera, generovaný obraz je digitalizován a zpracováván pomocí PC. Cílem je udržet míček na zadané pozici.

5 Tři nádrže Tato úloha demonstruje ukázku reálného nelineárního systému popsaného třemi nelineárními diferenciálními rovnicemi. Sestává ze tří vzájemně propojených válců. Do prvního z nich je přiváděna kapalina prostřednictvím čerpadla, které je ovládáno PWM signálem, což je v tomto případě akční zásah. Úkolem je regulovat výšku hladiny ve třetí nádrži. Zpětnou vazbu do regulačního obvodu zajišťuje laserový snímač umístěný nad třetí nádrží.

6 Řízení otáček ss motoru s brzdou Tato úloha představuje složitý mechatronický systém, který se řídí pomocí experimentálně navrženého regulátoru. Cílem je udržet otáčky stejnosměrného motoru. Model tvoří hnací stejnosměrný motor, spojený kovovou spojkou s jiným stejnosměrným motorem, sloužícím jako brzda. Akčním zásahem je zde PWM signál, prostřednictvím kterého se řídí otáčky.

7 Vzduchová levitace Tato úloha představuje složitý mechatronický nelineární systém, který se řídí pomocí experimentálně navrženého regulátoru. Cílem je udržet levitující míč v zadané vertikální poloze, čehož je dosaženo regulací otáček stejnosměrného motoru, na jehož hřídeli je upevněn ventilátor způsobující proud vzduchu. Mechanická konstrukce dále sestává z ultrazvukového senzoru, který zajišťuje zpětnou vazbu v regulačním obvodě.

8 Kulička na tyči Tato úloha představuje složitý mechatronický systém, který se řídí pomocí analyticky navrženého regulátor. Cílem je udržet kuličku v zadané horizontální poloze, čehož je dosaženo zvedáním ramene, po kterém se kulička pohybuje, pomocí servomotoru. Tento servomotor je ovládán prostřednictvím akční veličiny-pwm signálu. Mechanická konstrukce dále sestává z ultrazvukového senzoru, který zajišťuje zpětnou vazbu v regulačním obvodě.

9 Lineární inverzní kyvadlo Inverzní kyvadlo je klasickým problémem v teorii řízení. Bývá často používáno pro ilustraci různých typů řízení. Jedná se o systém, který je nestabilní a nelineární. Princip inverzního kyvadla se používá například u různých robotů, navádění řízených raket nebo také u známého vozítka Segway a mnoha jiných zařízení. Princip inverzního kyvadla lze demonstrovat na tyči připevněnou přes pohyblivý kloub na vozíku, který se pohybuje pouze dvěma směry, doleva a doprava. Cílem je pomocí pohybu vozíku udržovat tyč ve vzpřímené poloze. Udržet tyč ve vztyčené poloze je bez působení vnější síly nemožné. Pokud přemístíme tyč z její spodní stabilní polohy do horní nestabilní, začne bez působení vnější síly okamžitě padat. Úkolem tedy je vytvořit řízení, které by působením síly na vozík udržovalo tyč ve vzpřímené poloze. Také je nutné, aby bylo kyvadlo odolné proti působení vnější síly (rušení) na kyvadlo. Řídicí systém musí dostatečně rychle a přesně reagovat a přes akční mechanismus působit na vozík silou tak, aby byla tyč vždy ve vzpřímené poloze. Existuje více verzí a provedení systémů inverzního kyvadla. Je např. možné balancovat dvojitou tyč a místo lineárního pohybu použít pohyb rotační.

10 Rotační inverzní kyvadlo Tato úloha demonstruje nelineární soustavu, které je po linearizaci řízena navrženým stavovým regulátorem typu LQR. Hlavním úkolem je navrhnout a realizovat regulátor a prostřednictvím řídicího systému regulovat rotační invertní kyvadlo do vertikální polohy vůči zemi

11 Tepelná soustava Tato úloha demonstruje výukový model soustavy prvního řádu na reálné úloze prohřívání materiálu pomocí tepelného zdroje (žárovky) a jeho ochlazování (ventilátorem). Řídicí aplikace je vytvořena v prostředí Matlab a Simulink. Ventilátor Měděný plech s teplotním senzorem Žárovka Deska plošného spoje Žárovky Deska plošného spoje Ventilátoru Ovládací panel