Search

Hlavním cílem této bakalářské práce je vytvoření robustního řízení lineárního inverzního kyvadla. Po identifikaci systému je popsána tvorba regulátorů, z nichž je nejvhodnější vybrán pro konečné řízení kyvadla. Dalším bodem práce je vyvinutí swing up kontroléru starající se o uvedení kyvadla do nestabilní polohy a swing down kontroléru, jehož úkolem je co nejrychlejší stabilizace v stabilní pozici kyvadla. Následující části se věnují návrhu struktury řízení, bezpečnostním opatřením a zhodnocení provedeného testování., The main aim of this bachelor thesis is to create robust linear inverted pendulum control. After system identification comes the creation of regulators from which the most suitable is chosen for the final control of the pendulum. Another point of thesis is to develop a swing-up controller that takes care of swinging the pendulum into an unstable position and swing-down controller to stabilize the pendulum as quickly as possible in a stable pendulum position. The following sections of the thesis include the design of the control structure, safety measures and evaluation of the performed testing.

Obsahem diplomové práce je návrh a realizace konstrukčních úprav stávajícího modelu rotačního inverzního kyvadla, implementace řídícího algoritmu do mikrokontorléru dsPIC a navazující návrh elektroniky periferií. Cílem konstrukčního řešení je rozšířit funkcionalitu stávajícího prototypu a spolu s využitím mikrokontroléru zajistit jeho kompaktní řešení. Výchozím bodem je odvození mechanických rovnic systému jak analyticky tak pomocí multi-body modelu založeného na matematickém formalismu prostředí SimMechanics, které slouží k návrhu stavového regulátoru stabilizujícího kyvadlo v inverzní poloze. V návaznosti na vytvořený matematický model jsou experimentálně identifikovány parametry soustavy. Vyvinut byl rovněž swing-up kontrolér uvádějící kyvadlo do inverzní polohy. Regulátor je doplněn o diskrétní stavový estimátor rychlostí, přičemž jsou v rámci práce srovnávány různé koncepce jejich odhadu. Posledním bod práce je věnován návrhu nadřazeného stavového automatu přepínajícího mezi jednotlivými módy regulace obsahujícího rovněž algoritmy detekce chybových provozních stavů., The basic aim of this work is to improve existing model of rotational inverted pendulum by adding new mechanical features, implement the control algorithm to dsPIC microcontroller and develop related control electronics thus extending the functionality of current model while making it more compact. The work contains derivation of dynamic equations both by means of analytical methods and multi-body formalism of SimMechanics. These are used to design a state controller stabilizing the pendulum in inverse position. In addition, parameters of the system are being estimated experimentally. Swing-up controller is developed to drive the pendulum to unstable position. Various state estimators are added to controller to improve the control process while comparing their overall performance. The last point is devoted to development of superior state-automaton designed to switch between different regulating modes including fail-detection algorithms providing smooth operation of the model.

Diplomová práce se zabývá problematikou jednokolového robotu. Zabývá se především jeho konstrukcí a pohybem v obtížnějším terénu s možností sběru vzorků. Jako nejvhodnější konstrukce byla zvolena varianta robotu vyvažovaného dvojicí gyroskopů. Robot je schopen pohybu v prostoru se sklonem až 24° a je opatřen vlastní konstrukcí manipulátoru., The master thesis deals with the issue of a single-wheeled robot, especially its construction and movement in more difficult terrain with the possibility of collecting samples. A variant of the robot balanced by a pair of gyroscopes was chosen as the most suitable construction. The robot is able to move in a space with an inclination of up to 24° and is equipped with its own manipulator design.

Obsahem diplomové práce je návrh a realizace konstrukčních úprav stávajícího modelu rotačního inverzního kyvadla, implementace řídícího algoritmu do mikrokontorléru dsPIC a navazující návrh elektroniky periferií. Cílem konstrukčního řešení je rozšířit funkcionalitu stávajícího prototypu a spolu s využitím mikrokontroléru zajistit jeho kompaktní řešení. Výchozím bodem je odvození mechanických rovnic systému jak analyticky tak pomocí multi-body modelu založeného na matematickém formalismu prostředí SimMechanics, které slouží k návrhu stavového regulátoru stabilizujícího kyvadlo v inverzní poloze. V návaznosti na vytvořený matematický model jsou experimentálně identifikovány parametry soustavy. Vyvinut byl rovněž swing-up kontrolér uvádějící kyvadlo do inverzní polohy. Regulátor je doplněn o diskrétní stavový estimátor rychlostí, přičemž jsou v rámci práce srovnávány různé koncepce jejich odhadu. Posledním bod práce je věnován návrhu nadřazeného stavového automatu přepínajícího mezi jednotlivými módy regulace obsahujícího rovněž algoritmy detekce chybových provozních stavů., The basic aim of this work is to improve existing model of rotational inverted pendulum by adding new mechanical features, implement the control algorithm to dsPIC microcontroller and develop related control electronics thus extending the functionality of current model while making it more compact. The work contains derivation of dynamic equations both by means of analytical methods and multi-body formalism of SimMechanics. These are used to design a state controller stabilizing the pendulum in inverse position. In addition, parameters of the system are being estimated experimentally. Swing-up controller is developed to drive the pendulum to unstable position. Various state estimators are added to controller to improve the control process while comparing their overall performance. The last point is devoted to development of superior state-automaton designed to switch between different regulating modes including fail-detection algorithms providing smooth operation of the model.

Hlavním cílem této bakalářské práce je vytvoření robustního řízení lineárního inverzního kyvadla. Po identifikaci systému je popsána tvorba regulátorů, z nichž je nejvhodnější vybrán pro konečné řízení kyvadla. Dalším bodem práce je vyvinutí swing up kontroléru starající se o uvedení kyvadla do nestabilní polohy a swing down kontroléru, jehož úkolem je co nejrychlejší stabilizace v stabilní pozici kyvadla. Následující části se věnují návrhu struktury řízení, bezpečnostním opatřením a zhodnocení provedeného testování., The main aim of this bachelor thesis is to create robust linear inverted pendulum control. After system identification comes the creation of regulators from which the most suitable is chosen for the final control of the pendulum. Another point of thesis is to develop a swing-up controller that takes care of swinging the pendulum into an unstable position and swing-down controller to stabilize the pendulum as quickly as possible in a stable pendulum position. The following sections of the thesis include the design of the control structure, safety measures and evaluation of the performed testing.

Diplomová práce se zabývá řízením rotačního inverzního kyvadla - Furuta pendulum. Práce popisuje řešení výkonové elektroniky, senzoriky a rozhraní umožňující řízení pomocí PC, dále zahrnuje identifikaci parametrů a vytvoření nelineárního simulačního modelu pomocí prostředí Matlab/Simulink a toolboxu SimMechanics. Pro odvození pohybových rovnic je užito Lagrangeových rovnic druhého druhu. Řízení je založeno na stavovém popisu mechanismu, přičemž využívá LQR algoritmu pro návrh stavového regulátoru a podle aktuální polohy kyvadla dochází k přepínání mezi swing-up regulátorem a stavovým řízením. Pro odstranění chyby v ustáleném stavu je s úspěchem využit integrátor na vstupu., The diploma thesis deals with control of rotary inverted pendulum - Furuta pendulum. Solution for power electronics, sensors and coupling with PC is described, identification of parameters and nonlinear simulation model in Matlab/Simulink and SimMechanics toolbox is presented. Second type Lagrange equation is used for determination of equations of motion. Controll system based on state-space model of mechanism and LQR algorithm for design of state-space controller is used and switching between swing-up cotroller a stabilizing state-space control is achieved according to actual angular position of pendulum's angle. Input integrator eliminating steady state error was used with success.

Bakalářská práce se zabývá modelováním, simulací a řízením výukového modelu magnetické levitace CE 152 od firmy Humusoft s.r.o, který je charakteristický svou nelinearitou a nestabilitou. V první části práce jsou popsány jednotlivé prvky reálného systému za pomocí matematických rovnic, které jsou základem pro vytvoření simulačního modelu, navrženým v programu MATLAB/Simulink. Součástí práce je i odhad parametrů reálného modelu na základě různých experimentů, které jsou následnou validací ověřeny. Hlavní část práce je věnovaná popisu a aplikaci řízení na simulačním a reálném modelu magnetické levitace. Řízení je uskutečněno PID regulátorem, stavovým regulátorem a feedforward regulátorem. Na závěr bakalářské práce je zhodnocení dosažených výsledků a porovnání jednotlivých typů řízení., The bachelor thesis deals with the modelling and control of the magnetic levitation CE 152 laboratory plant, which is specific in its nonlinearity and unstability. Firstly, all parts of the system are described by mathematical equations, which are the basis of the modelling of simulation model created in MATLAB/Simulink. Estimation of parameters is tackled by using the various of experiments and simulation’s model is validated with the real magnetic levitation system. Main body of the paper is focused on description and aplication of control on simulation’s and real model. It is realized by PID regulator, state regulator and feedforward regulator. In the last part of the thesis, the results are evaluated and compared among the all methods of control.

Obsahem bakalářské práce je modelování, identifikace a řízení rotačního inverzního kyvadla. Práce popisuje jednotlivé prvky reálného systému a jeho řízení. Součástí práce je také vytvoření simulačního modelu v prostředí Matlab/Simulink za pomoci matematických rovnic odvozených pomoci Lagrangeových rovnic druhého druhu. Parametry reálného systému jsou odhadnuty na základě redukovaných soustav a následně validovány. Řízení je založeno na stavovém popisu. V práci je popsána linearizace, návrh stavových regulátoru pomoci LQR metody a tvorba stavového pozorovatele. Poslední část práce se věnuje testování stavového pozorovatele a kompenzaci tření pomocí několika statických modelů tření a přidáním šumu do kompenzace., Aim of this bachelor thesis is modeling, identification and control of rotational inverted pendulum. The thesis describes parts of real system and its control. The work also contains creation of simulation model in Matlab/Simulink. Simulation model is respresented by mathematical equations created by second type Lagrange equations. Estimation of parameters is based on reduced systems and these parameters have been validated. Control of system is based on state-space model. The paper includes description of linearization, design of state-space control created by LQR method and creation of state-space observer. The last part of the study is focused on state observer experiments, friction compensation by few static friction models and by adding noise to compensation.

Obsahem diplomové práce je návrh a realizace konstrukčních úprav stávajícího modelu rotačního inverzního kyvadla, implementace řídícího algoritmu do mikrokontorléru dsPIC a navazující návrh elektroniky periferií. Cílem konstrukčního řešení je rozšířit funkcionalitu stávajícího prototypu a spolu s využitím mikrokontroléru zajistit jeho kompaktní řešení. Výchozím bodem je odvození mechanických rovnic systému jak analyticky tak pomocí multi-body modelu založeného na matematickém formalismu prostředí SimMechanics, které slouží k návrhu stavového regulátoru stabilizujícího kyvadlo v inverzní poloze. V návaznosti na vytvořený matematický model jsou experimentálně identifikovány parametry soustavy. Vyvinut byl rovněž swing-up kontrolér uvádějící kyvadlo do inverzní polohy. Regulátor je doplněn o diskrétní stavový estimátor rychlostí, přičemž jsou v rámci práce srovnávány různé koncepce jejich odhadu. Posledním bod práce je věnován návrhu nadřazeného stavového automatu přepínajícího mezi jednotlivými módy regulace obsahujícího rovněž algoritmy detekce chybových provozních stavů., The basic aim of this work is to improve existing model of rotational inverted pendulum by adding new mechanical features, implement the control algorithm to dsPIC microcontroller and develop related control electronics thus extending the functionality of current model while making it more compact. The work contains derivation of dynamic equations both by means of analytical methods and multi-body formalism of SimMechanics. These are used to design a state controller stabilizing the pendulum in inverse position. In addition, parameters of the system are being estimated experimentally. Swing-up controller is developed to drive the pendulum to unstable position. Various state estimators are added to controller to improve the control process while comparing their overall performance. The last point is devoted to development of superior state-automaton designed to switch between different regulating modes including fail-detection algorithms providing smooth operation of the model.

Diplomová práce se zabývá problematikou jednokolového robotu. Zabývá se především jeho konstrukcí a pohybem v obtížnějším terénu s možností sběru vzorků. Jako nejvhodnější konstrukce byla zvolena varianta robotu vyvažovaného dvojicí gyroskopů. Robot je schopen pohybu v prostoru se sklonem až 24° a je opatřen vlastní konstrukcí manipulátoru., The master thesis deals with the issue of a single-wheeled robot, especially its construction and movement in more difficult terrain with the possibility of collecting samples. A variant of the robot balanced by a pair of gyroscopes was chosen as the most suitable construction. The robot is able to move in a space with an inclination of up to 24° and is equipped with its own manipulator design.

Diplomová práce se zabývá problematikou jednokolového robotu. Zabývá se především jeho konstrukcí a pohybem v obtížnějším terénu s možností sběru vzorků. Jako nejvhodnější konstrukce byla zvolena varianta robotu vyvažovaného dvojicí gyroskopů. Robot je schopen pohybu v prostoru se sklonem až 24° a je opatřen vlastní konstrukcí manipulátoru., The master thesis deals with the issue of a single-wheeled robot, especially its construction and movement in more difficult terrain with the possibility of collecting samples. A variant of the robot balanced by a pair of gyroscopes was chosen as the most suitable construction. The robot is able to move in a space with an inclination of up to 24° and is equipped with its own manipulator design.

Diplomová práce se zabývá řízením rotačního inverzního kyvadla - Furuta pendulum. Práce popisuje řešení výkonové elektroniky, senzoriky a rozhraní umožňující řízení pomocí PC, dále zahrnuje identifikaci parametrů a vytvoření nelineárního simulačního modelu pomocí prostředí Matlab/Simulink a toolboxu SimMechanics. Pro odvození pohybových rovnic je užito Lagrangeových rovnic druhého druhu. Řízení je založeno na stavovém popisu mechanismu, přičemž využívá LQR algoritmu pro návrh stavového regulátoru a podle aktuální polohy kyvadla dochází k přepínání mezi swing-up regulátorem a stavovým řízením. Pro odstranění chyby v ustáleném stavu je s úspěchem využit integrátor na vstupu., The diploma thesis deals with control of rotary inverted pendulum - Furuta pendulum. Solution for power electronics, sensors and coupling with PC is described, identification of parameters and nonlinear simulation model in Matlab/Simulink and SimMechanics toolbox is presented. Second type Lagrange equation is used for determination of equations of motion. Controll system based on state-space model of mechanism and LQR algorithm for design of state-space controller is used and switching between swing-up cotroller a stabilizing state-space control is achieved according to actual angular position of pendulum's angle. Input integrator eliminating steady state error was used with success.

Bakalářská práce se zabývá modelováním, simulací a řízením výukového modelu magnetické levitace CE 152 od firmy Humusoft s.r.o, který je charakteristický svou nelinearitou a nestabilitou. V první části práce jsou popsány jednotlivé prvky reálného systému za pomocí matematických rovnic, které jsou základem pro vytvoření simulačního modelu, navrženým v programu MATLAB/Simulink. Součástí práce je i odhad parametrů reálného modelu na základě různých experimentů, které jsou následnou validací ověřeny. Hlavní část práce je věnovaná popisu a aplikaci řízení na simulačním a reálném modelu magnetické levitace. Řízení je uskutečněno PID regulátorem, stavovým regulátorem a feedforward regulátorem. Na závěr bakalářské práce je zhodnocení dosažených výsledků a porovnání jednotlivých typů řízení., The bachelor thesis deals with the modelling and control of the magnetic levitation CE 152 laboratory plant, which is specific in its nonlinearity and unstability. Firstly, all parts of the system are described by mathematical equations, which are the basis of the modelling of simulation model created in MATLAB/Simulink. Estimation of parameters is tackled by using the various of experiments and simulation’s model is validated with the real magnetic levitation system. Main body of the paper is focused on description and aplication of control on simulation’s and real model. It is realized by PID regulator, state regulator and feedforward regulator. In the last part of the thesis, the results are evaluated and compared among the all methods of control.

Diplomová práce se zabývá řízením rotačního inverzního kyvadla - Furuta pendulum. Práce popisuje řešení výkonové elektroniky, senzoriky a rozhraní umožňující řízení pomocí PC, dále zahrnuje identifikaci parametrů a vytvoření nelineárního simulačního modelu pomocí prostředí Matlab/Simulink a toolboxu SimMechanics. Pro odvození pohybových rovnic je užito Lagrangeových rovnic druhého druhu. Řízení je založeno na stavovém popisu mechanismu, přičemž využívá LQR algoritmu pro návrh stavového regulátoru a podle aktuální polohy kyvadla dochází k přepínání mezi swing-up regulátorem a stavovým řízením. Pro odstranění chyby v ustáleném stavu je s úspěchem využit integrátor na vstupu., The diploma thesis deals with control of rotary inverted pendulum - Furuta pendulum. Solution for power electronics, sensors and coupling with PC is described, identification of parameters and nonlinear simulation model in Matlab/Simulink and SimMechanics toolbox is presented. Second type Lagrange equation is used for determination of equations of motion. Controll system based on state-space model of mechanism and LQR algorithm for design of state-space controller is used and switching between swing-up cotroller a stabilizing state-space control is achieved according to actual angular position of pendulum's angle. Input integrator eliminating steady state error was used with success.

Bakalářská práce se zabývá modelováním, simulací a řízením výukového modelu magnetické levitace CE 152 od firmy Humusoft s.r.o, který je charakteristický svou nelinearitou a nestabilitou. V první části práce jsou popsány jednotlivé prvky reálného systému za pomocí matematických rovnic, které jsou základem pro vytvoření simulačního modelu, navrženým v programu MATLAB/Simulink. Součástí práce je i odhad parametrů reálného modelu na základě různých experimentů, které jsou následnou validací ověřeny. Hlavní část práce je věnovaná popisu a aplikaci řízení na simulačním a reálném modelu magnetické levitace. Řízení je uskutečněno PID regulátorem, stavovým regulátorem a feedforward regulátorem. Na závěr bakalářské práce je zhodnocení dosažených výsledků a porovnání jednotlivých typů řízení., The bachelor thesis deals with the modelling and control of the magnetic levitation CE 152 laboratory plant, which is specific in its nonlinearity and unstability. Firstly, all parts of the system are described by mathematical equations, which are the basis of the modelling of simulation model created in MATLAB/Simulink. Estimation of parameters is tackled by using the various of experiments and simulation’s model is validated with the real magnetic levitation system. Main body of the paper is focused on description and aplication of control on simulation’s and real model. It is realized by PID regulator, state regulator and feedforward regulator. In the last part of the thesis, the results are evaluated and compared among the all methods of control.

Obsahem bakalářské práce je modelování, identifikace a řízení rotačního inverzního kyvadla. Práce popisuje jednotlivé prvky reálného systému a jeho řízení. Součástí práce je také vytvoření simulačního modelu v prostředí Matlab/Simulink za pomoci matematických rovnic odvozených pomoci Lagrangeových rovnic druhého druhu. Parametry reálného systému jsou odhadnuty na základě redukovaných soustav a následně validovány. Řízení je založeno na stavovém popisu. V práci je popsána linearizace, návrh stavových regulátoru pomoci LQR metody a tvorba stavového pozorovatele. Poslední část práce se věnuje testování stavového pozorovatele a kompenzaci tření pomocí několika statických modelů tření a přidáním šumu do kompenzace., Aim of this bachelor thesis is modeling, identification and control of rotational inverted pendulum. The thesis describes parts of real system and its control. The work also contains creation of simulation model in Matlab/Simulink. Simulation model is respresented by mathematical equations created by second type Lagrange equations. Estimation of parameters is based on reduced systems and these parameters have been validated. Control of system is based on state-space model. The paper includes description of linearization, design of state-space control created by LQR method and creation of state-space observer. The last part of the study is focused on state observer experiments, friction compensation by few static friction models and by adding noise to compensation.

Hlavním cílem této bakalářské práce je vytvoření robustního řízení lineárního inverzního kyvadla. Po identifikaci systému je popsána tvorba regulátorů, z nichž je nejvhodnější vybrán pro konečné řízení kyvadla. Dalším bodem práce je vyvinutí swing up kontroléru starající se o uvedení kyvadla do nestabilní polohy a swing down kontroléru, jehož úkolem je co nejrychlejší stabilizace v stabilní pozici kyvadla. Následující části se věnují návrhu struktury řízení, bezpečnostním opatřením a zhodnocení provedeného testování., The main aim of this bachelor thesis is to create robust linear inverted pendulum control. After system identification comes the creation of regulators from which the most suitable is chosen for the final control of the pendulum. Another point of thesis is to develop a swing-up controller that takes care of swinging the pendulum into an unstable position and swing-down controller to stabilize the pendulum as quickly as possible in a stable pendulum position. The following sections of the thesis include the design of the control structure, safety measures and evaluation of the performed testing.

Obsahem diplomové práce je návrh a realizace konstrukčních úprav stávajícího modelu rotačního inverzního kyvadla, implementace řídícího algoritmu do mikrokontorléru dsPIC a navazující návrh elektroniky periferií. Cílem konstrukčního řešení je rozšířit funkcionalitu stávajícího prototypu a spolu s využitím mikrokontroléru zajistit jeho kompaktní řešení. Výchozím bodem je odvození mechanických rovnic systému jak analyticky tak pomocí multi-body modelu založeného na matematickém formalismu prostředí SimMechanics, které slouží k návrhu stavového regulátoru stabilizujícího kyvadlo v inverzní poloze. V návaznosti na vytvořený matematický model jsou experimentálně identifikovány parametry soustavy. Vyvinut byl rovněž swing-up kontrolér uvádějící kyvadlo do inverzní polohy. Regulátor je doplněn o diskrétní stavový estimátor rychlostí, přičemž jsou v rámci práce srovnávány různé koncepce jejich odhadu. Posledním bod práce je věnován návrhu nadřazeného stavového automatu přepínajícího mezi jednotlivými módy regulace obsahujícího rovněž algoritmy detekce chybových provozních stavů., The basic aim of this work is to improve existing model of rotational inverted pendulum by adding new mechanical features, implement the control algorithm to dsPIC microcontroller and develop related control electronics thus extending the functionality of current model while making it more compact. The work contains derivation of dynamic equations both by means of analytical methods and multi-body formalism of SimMechanics. These are used to design a state controller stabilizing the pendulum in inverse position. In addition, parameters of the system are being estimated experimentally. Swing-up controller is developed to drive the pendulum to unstable position. Various state estimators are added to controller to improve the control process while comparing their overall performance. The last point is devoted to development of superior state-automaton designed to switch between different regulating modes including fail-detection algorithms providing smooth operation of the model.