diplomová práce

Návrh a řízení modelu laboratorního dvojitého kyvadla

Text práce 3.68 MB Příloha 2.81 MB

Autor práce: Ing. Tomáš Kirchner

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: Ing. Michal Bastl, Ph.D.

Oponent: Ing. Martin Brablc, Ph.D.

Abstrakt:

Práce se zabývá úpravou existujícího modelu dvojitého inverzního kyvadla na vozíku, aplikací nového LQG řízení a realizací funkce swing-up. Pohyb vozíku je řízen stejnosměrným motorem a mechanismem ozubeného řemenu. Řídicí algoritmy byly nejprve simulovány v programu Simulink a následně přeneseny na reálnou soustavu s využitím karty MF624.

Klíčová slova:

Dvojité inverzní kyvadlo na vozíku, ozubený řemen, pohybové rovnice, identifikace parametrů, Kálmánův filtr, stabilizace, LQG, swing-up

Termín obhajoby

22.07.2020

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student v prezentaci představil svou diplomovou práci. Po přečtení posudku vedoucího práce a posudku oponenta práce student odpověděl na tři otázky položené oponentem. Tyto otázky zodpověděl bez problémů. Dále odpovídal na otázky položené jednotlivými členy komise, směřující např. na simulační model a způsob modelovaného tření. Dále pak na porovnání výsledků práce s pracemi jiných autorů. Celé vystoupení včetně odpovědí na položené otázky hodnotila komise jako výborné.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Mechatronika (M-MET)

Složení komise

RNDr. Vladimír Opluštil (předseda)
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Ing. Tomáš Březina, CSc. (člen)
Ing. Dalibor Červinka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jiří Krejsa, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Peter Kriššák, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radoslav Cipín, Ph.D. (člen)
Ing. Josef Ferda (člen)
mjr. Ing. Václav Křivánek, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Michal Bastl, Ph.D.

Pan Kirchner se zabýval stabilizací dvojitého inverzního kyvadla. Práci považuji za náročnou. V DP student navázal na předchozí výsledky, ale upravil mechanickou konstrukci kyvadla. Tato změna vyžadovala znovu naladit stavové řízení s Kalmanovým filtrem, což předpokládá důkladnou identifikaci systému. V poslední fázi se autor věnoval swing-up funkci, tedy vyšvihnutí do inverzní polohy. Tato část dobře funguje v simulacích, ale na reálném modelu není úplně spolehlivá. Postup byl však výrazně ovlivněn situací okolo epidemie covid-19. S přístupem studenta jsem jako vedoucí spokojen. Pan Kirchner věnoval práci opravdu velké množství času a prokázal výborné inženýrské schopnosti. Textová část páce je zpracována pečlivě.

Práci hodnotím jako výbornou/A
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Martin Brablc, Ph.D.

Student Tomáš Kirchner řešil v rámci své diplomové práce klasickou úlohu stabilizace dvojitého inverzního kyvadla se zaměřením na přechod ze stabilní do labilní polohy. Text práce je rozdělen na pět obsahových kapitol. Po stručném úvodu a formulaci problému je stěžejní velmi dobře zpracovaná třetí kapitola, která se věnuje detailní teoretické analýze dvojitého inverzního kyvadla a dalších algoritmů a metod pro řízení a pozorování, použitých v dalších částech práce.

Dále ve čtvrté kapitole autor popisuje praktickou část své práce, popisuje a vysvětluje provedené konstrukční úpravy na dvojitém kyvadle, simuluje a odhaduje parametry modelu na základě naměřených dat a následně v simulaci a experimentálně realizuje stabilizaci a swing-up dvojitého kyvadla.

K teoretické a simulační části nemám žádné výhrady, je zpracovaná velmi dobře. Jak ale autor sám uvádí, z výsledků provedených experimentů je zřejmé, že na reálném kyvadle se nepodařilo realizovat úlohu swing-up s dostatečnou robustností, kterou slibovaly výsledky simulací. Swing-up se podaří pouze v ojedinělých případech.

Je potřeba dodat, že se jedná o velmi obtížnou úlohu, která je velmi citlivá na jakékoliv odchylky modelu a dosáhnout robustního swing-upu na reálné soustavě je tak mnohem obtížnější než v simulaci. Vzhledem k omezeným zdrojům i technickým možnostem autora v době proti-pandemických opatření je takový výsledek přijatelný. V tomto kontextu bych autorovi doporučil podrobit navržený swing-up algoritmus podrobnějšímu testování v simulaci, například jeho nasazením na nedokonalý model, protože v simulaci s dokonalým simulačním modelem není možné testovat jeho robustnost.

Po uspokojivém zodpovězení otázek práci doporučuji k obhajobě s hodnocením A – výborně.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Otázky k obhajobě:
  1. Pokuste se vysvětlit důvod mále robustnosti navržené swing-up metody. Jaké jsou hlavní odchylky mezi vaším modelem dvojitého kyvadla a reálnou soustavou?
  2. Na obrázku 2.1 znázorňujete 2 rovnovážné polohy kyvadla, existují ještě další možnosti? Lze jich podobnou metodou swing-up také dosáhnout a následně je stabilizovat?
  3. Zdůvodněte volbu prvků matice Q v rovnici 4.10. Proč je váha všech rychlostí nulová?

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová