Aplikace metody Model Based Design při řízení mechatronického systému

Jan Milata

Diplomová práce

Model Based Design of Control Of Mechatronic System

Anotace:

Cílem práce je vytvořit aplikaci „Hydraulic System Control – Model Based Design“ v podobě doplňku pro software MATLAB, jež usnadní návrh řízení mechatronického systému, především hydraulického pohonu. Podpora návrhu řízení ze strany aplikace spočívá v komfortním propojení nástrojů softwaru MATLAB pro syntézu PID a stavových regulátorů, identifikace systémů a nabídce simulace lineárních modelů a pokročilých matematicko-fyzikálních modelů. Uživatel má k dispozici nelineární matematicko-fyzikální model hydraulického mechanismu s konstantním zdrojem tlaku. Lineární model systému lze za pomoci aplikace vytvořit na základě změřených, experimentálně získaných dat nebo identifikací matematicko-fyzikálního modelu. Na jeho základě lze provést syntézu PID nebo stavového regulátoru. Syntézu je možno poté ověřit simulací řídicího obvodu jak s lineární modelem, tak s nelineárním matematicko-fyzikálním modelem. Funkčnost aplikace je demonstrována na fyzicky dostupném hydraulickém servopohonu firmy FESTO variantním návrhem řízení. Regulace polohy servopohonu simulovaná způsobem MIL a HIL je porovnána se změřenými průběhy. Simulace MIL a HIL jsou také využity pro ověření syntézy pro fyzicky nerealizované situace.

Abstract:

Goal of the thesis is creation of application “Hydraulic System Control – Model Based Design“ as addon for software MATLAB. Application simplify process of controller design by creating comfort user interface for tools of MATLAB for synthesis of PID and state space controllers, identification of systems and by offering tools for simulation of linear models and non-linear analytical model of hydraulic drive. User have access to analytical model of hydraulic drive with cylinder and constant system preassure and tools for linearization of the non-linear analytical model. User can desing PID or state space controller based on linear model. Parameters of controller can be verify by simulation of linear or non-linear model of system. Functionality of application is verificated by measurement of real hydraulic drive from company FESTO for differend setting of controller parameters. Piston position control is also simulated by MIL and HIL simulation for comparison with real measurement and for testing controller parameters for unreal situations.

Klíčová slova

analytický model, App Designer, experimentální identifikace, GUI, Hardware-in-the-Loop, HIL, hydraulický pohon, identifikace, MATLAB, MIL, Model Based Design, Model-in-the-Loop, PID regulátor, regulovaná soustava, stavový popis, stavový regulátor, syntéza, System Control Toolbox, System Identification Toolbox

Keywords

analytical model, App Designer, experimental identification, GUI, Hardware-in-the-Loop, HIL, hydraulic drive, identification, MATLAB, MIL, Model Based Design, Model-in-the-Loop, PID controller, plant, state space model, state space controller, synthesis, System Control Toolbox, System Identification Toolbox

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 16. 5. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 6. 2022
• Vedoucí: Petr Noskievič
• Oponent: František Veselý

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta strojní

Magisterský studijní program:
Mechatronika