diplomová práce

Řízení pohybu rotačního inverzního kyvadla

Text práce 5.05 MB Příloha 9.09 MB

Autor práce: Ing. Ladislav Bednář

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: Ing. Libor Veselý, Ph.D.

Oponent: Ing. Lukáš Pohl, Ph.D.

Abstrakt:

    Cieľom predkladanej diplomovej práce je modelovanie a návrh prípravku inverzného kyvadla. Rozoberá matematický model rotačného kyvadla, modelovanie BLDC motorov a tiež 3D modelovanie prípravku. Na riadenie kyvadla bol vytvorený jednoduchý riadiaci algoritmus v podobe stavového regulátoru. Spomenuté sú aj spôsoby vyšvihnutia kyvadla do polohy zvislo nahor. Získaný matematický model je použitý na oživenie 3D modelu, za pomoci Simscape toolboxu.
    Práca sa zaoberá BLDC motormi a ich riadením v podobe vektorového riadenia. Algoritmus je implementovaný na platforme CompactRIO. Následne je vytvorený návrh hardware s mikrokontrolérom od spoločnosti STMicroelectronis, ktorý je plne schopný nahradiť CompactRIO platformu.

Klíčová slova:

inverzné rotačné kyvadlo, Furuta kyvadlo, matematický model, BLDC motor,
CompactRIO, STM, 3D model

Termín obhajoby

17.06.2020

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student obhájil diplomovou práci. Komise neměla žádné významné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy odpověděl na dotazy oponenta, v jejich rámci byla diskutována možnost použití filtru při měření proudu, případně synchronizace AD převodníku dle PWM. Student vysvětlil, proč nahrazoval desku CompactRIO vlastní deskou. V rámci diskuse byl též řešen návrh schématu mařiče energie a měniče motoru.

Jazyk práce

slovenština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika (EEKR-M1)

Studijní obor

Kybernetika, automatizace a měření (M1-KAM)

Složení komise

prof. Ing. Luděk Žalud, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D. (místopředseda)
Ing. František Burian, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Jílek, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Veselý, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Libor Veselý, Ph.D.

Diplomant Ladislav Bednář se věnoval řízení pohybu rotačního inverzního kyvadla. Zadání práce lze považovat za velmi náročné. Diplomant si optimálně rozvrhl svoji práci na celou dobu řešení dané problematiky, pracoval soustavně a svědomitě. Dle vlastního uvážení se zúčastňoval pravidelných konzultací, na které přicházel vždy připravený. V období uzavření univerzity probíhaly konzultace formou video hovorů. Z časových důvodů nedošlo k osazení a oživení měniče pro řízení BLDC motoru a sestavení celého reálného přípravku rotačního inverzního kyvadla. Práce proto může působit neuceleným dojmem.
Úspěšně byla provedena implementace algoritmu vektorového řízení BLDC motoru na platformě CompactRIO. Navržené algoritmy pro řízení inverzního kyvadla jsou funkční a byly testovány v simulacích.
Při vypracování diplomové práce diplomant, dle mého názoru, prokázal výborné inženýrské schopnosti. Navrhuji hodnocení A 92. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 92

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Ing. Lukáš Pohl, Ph.D.

Student Bc. Ladislav Bednář vypracoval diplomovou práci na téma Řízení pohybu rotačního inverzního kyvadla. Tato práce má velmi dobrou prezentační úroveň a svoji délkou odpovídá stanovenému rozsahu. Po grafické stránce je diplomová práce zdařilá, obrázky a grafy jsou čitelné a psaný text srozumitelný. Vzhledem k jazyku práce (Slovenština) nemohu zcela posoudit mluvnickou úroveň textu. Kapitoly jsou logicky členěny a sledují cíle stanovené v zadání práce.

V rámci řešení diplomové práce student nastudoval složitou problematiku modelování rotačního kyvadla. Dynamický model soustavy včetně odvozených zjednodušených rovnic je převzatý z jednoho zdroje. Studentem přidaná hodnota spočívá v implementaci modelu této soustavy v prostředí Matlab Simulink a to nejen ve formě nelineárních stavových rovnic, ale i fyzického modelu v Simscape toolboxu uvedeného na konci práce. Studentem vytvořené 3D modely reálného kyvadla jsou tak přímo řízeny v prostředí Matlab Simulink.

Další část práce se zabývá vývojem výkonové elektroniky a realizací řízení BLDC motoru. Problematika návrhu výkonové a řídicí elektroniky motoru je probrána do značné hloubky a to včetně termální analýzy ztrátového tepla výkonových součástek. Funkčnost navržených součástí bohužel není v práci nikde prezentována. V závěru je v krátkosti popsán 3D model kyvadla a jeho modelování pomocí Simscape toolboxu. Přestože jsou závěrečné části diplomové práce velmi dobře napsány, tak působí nedokončeným dojmem a po nich následující závěr práce se objeví poměrně nečekaně.

Diplomová práce Bc. Ladislava Bednáře splňuje všechny body zadání, ale k dokonalosti ji chybí prezentace celkového funkčního řešení. Množství odvedené práce je však nadprůměrné a rozchození celého modelu včetně návrhu hardwaru je za daných podmínek nad časové možnosti jednoho studenta. Celkově práci hodnotím stupněm B (85 bodů). Otázky k obhajobě:
  1. Které složce d-q souřadnicového systému odpovídá proud i_a náhradního schématu DC motoru?
  2. Co způsobuje zvlnění proudu d složky na obrázku 4.3?
  3. Byl Simulink model rotačního kyvadla porovnán s reálnou soustavou řízenou pomocí platformy CompactRIO?
  4. Byl řízený reálný motor skutečně BLDC motorem?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 85

Známka navržená oponentem: B

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová