View
4
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Témata bakalářských a diplomových prací@MechLab
Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechanikyFakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně
2015
Obsah prezentace
1. Stručné představení oboru Mechatronika
2. MechLab – představení laboratoře
3. Témata BP a DP 3.1. Práce v uplynulých letech.
3.2 Obecné poznámky a okruhy témat
3.3. Konkrétní témata prací
4. Organizační poznámky
ODKAZ NA TUTO PREZENTACI: (jeden z těchto)
http://goo.gl/Gmdirpwww.mechlab.cz/pro-studenty
http://mechlab.fme.vutbr.cz/pro-studenty/
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
2
1. Představení studijního oboru MECHATRONIKA
Co je to mechatronika? 1/2
Mechatronika integruje mechaniku (strojírenství), elektrotechniku a informatiku do jednoho výrobku. Typický mechatronický systém snímá signály z prostředí (sensory), zpracovává je (procesor) a generuje výstupní signál, který se např. transformuje v mechanický pohyb (elektromotor).
http://www.mcgs.ch/mechatronics_definition.html
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
4
Co je to mechatronika? 2/2
Stále více průmyslových výrobků (od domácích spotřebičů až po komponenty automobilů) má mechatronický charakter = původně čistě mechanická struktura je nahrazována elektromechanickým řešením s počítačovým řízením.
Někdy přitom získáme zcela novou kvalitu výsledného systému (enabling technologies). Příkladem může být např. systém ABS u osobního automobilu.
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
5
Studium Mechatroniky na FSI VUT v Brně
Mechatronika je tedy mezioborovým inženýrským studiem. Její výuka na VUT je zajišťována pedagogy z FSI (mechanika, informatika) a FEKT (elektrotechnika, elektronika). Studenti tak získají poměrně široké spektrum znalostí a dovedností, přičemž důležitou součástí výuky jsou cvičení a projekty v laboratořích.
SHRNUTÍ:– Mechatronika je moderní obor, který propojuje mechaniku,
elektro(tech)niku a počítačové řízení.
– Aplikace mechatroniky = mechatronické výrobky jsou všude kolem nás.
– Mechatroniku vyučují lidé z FSI a FEKT.
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
6
2. Představení MechLabu (Mechatronické laboratoře)
O MechLabu
MechLab je jednou z laboratoří ÚMTMB FSI VUT v Brně.
Posláním mechatronické laboratoře je vzdělávání,
vědecká a výzkumná činnost a
spolupráce s průmyslem.
MechLab vznikl a funguje na základě hlubokého přesvědčení, že práce s reálnými výukovými modely řízenými z PC je podstatně zajímavější cestou k získání zájmu o obor, motivace i znalostí a dovedností, než běžné teoretické studium doplněné simulacemi.
Aktivní účast studentů na výzkumných a/nebo průmyslových projektech je přirozeným doplňkem a pokračováním základní výuky.
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
8
O MechLabu
Mechatronická laboratoř (MechLab) se zaměřuje na všechny podstatné aspekty mechatroniky, tj. modelování a simulace, identifikace systémů, programování, zpracování signálu, návrh embedded systémů a další. Používáme přitom moderní hardware společně se softwarovými nástroji pro modelování, simulaci a programování (MATLAB/Simulink, dSPACE, NI LabVIEW, Xilinx).
Umíme řešit úlohy kinematiky a dynamiky, navrhnout a vyrobit DPS či kompletní průmyslový datalogger, naprogramovat mikrokontrolér nebo FPGA. Naší silnou stránkou je právě schopnost realizovat komplexní projekt jako celek. Specializujeme se na rychlý návrh řídicích systémů (Rapid Control Prototyping) a HIL (hardware-in-the-loop simulace).
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
9
O MechLabu: vybavení
V Mechlabu máme moderní přístrojové vybavení zaměřené na měření a zpracování signálu a řízení reálných soustav. Pro výuku a výzkum je k dispozici řada zajímavých modelů.
12+1 počítačů s I/O kartou MF 624
12+1 vývojových kitů EduKit s mikrokontrolérem dsPIC33
12+1 set stavebnice LEGO Mindstorms NXT
výukové modely helikoptéra, magnetická levitace, 12x soustava s DC motorem
modulární systém dSPACE
mnoho vybavení od firmy National Instruments (PXI, cRIO, single board RIO, USB hw,...
laboratorní zdroje, osciloskopy, multimetry,...
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
10
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
11
O Mechlabu – projekty řešené s průmyslovými partnery
Další také na http://mechlab.fme.vutbr.cz/spoluprace-s-prumyslem/
Vývoj zařízení pro testování nádržových modulů náklonem, BOSCH, 2014
Vývoj zařízení pro měření vibrací ložisek a bezdrátový přenos dat, ZKL, 2014
Pokračování vývoje simulátoru s ručním ovládáním, úprava aplikace s VISA drivery (NI LabVIEW), ŠKODA Auto, Mladá Boleslav, 2014
Školení v oblasti identifikace systémů, zpracování signálů a tenzometrických měření, Knorr-Bremse AG, Mnichov, 2014
Vývoj testovacího zařízení pro DC a BLDC palivové pumpy na bázi hallových sensorů, Robert BOSCH, ČB, 2014
Vývoj HIL simulátoru s ručním ovládáním – ŠKODA Auto, Mladá Boleslav, 2013
HIL řídicí jednotky parkovacího asistenta – ŠKODA Auto, Mladá Boleslav, 2012
Vývoj testovacího zařízení pro DC pumpy, Robert Bosch, ČB, 2012
Vývoj testovacího zařízení pro vstřikovací trysky na bázi solenoidu pro DNOX, Robert Bosch, ČB, 2011
Monitorovací zařízení pro procesní kontrolu tepelného zpracování hliníkových odlitků - Alucast, 2011
3. Témata BP a DP
3.1. Obhájené DP a BP za posledních několik let
DP: Testování nádržových modulů náklonem
Předmětem DP je vývoj a testování řídicího systému pro Testovací stand pro nádržové moduly.
Práce je zaměřena na konkrétní zakázku firmy BOSCH České Budějovice.
Diplomant: Tomáš Spáčil
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
13
BP: Dálkové ovládání pro Car4 (projekt Car4)
Cílem je naprogramovat řídící jednotku dálkového ovládání v Matlabu, s pomocí Stateflow
Různé varianty ovládacích prvků, včetně IMU
Vytvoření menu a zobrazení informací ze senzorů na display
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
14
BP, DP: Optimalizace rozměrů mechanismu pro dosažení požadované trajektorie
Příklad:
na obrázcích jsou různé aplikace tzv. čtyřčlenného mechanismu.
Různým nastavením rozměrů lze dosáhnout různé trajektorie koncového členu.
Cílem práce je:
využít dodanou optimalizační metodu(genetický algoritmus, metody v Matlabu,...)
pro automatické hledání optimálních rozměrůmechanismu
pro definovanou požadovanou trajektorii.
Požadavky na studenta:
základní znalost kinematiky
zájem, motivace
schopnost naučit se pracovat s Matlabema Simulinkem
15
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
16
BP: Řízení otvírání okna osob. automobilu
Cílem práce je návrh řídicí jednotky pro elektrické otevírání dveří os. automobilupomocí nástrojů automatického generování C kódu ze Simulinku
reálné dveře jsou připraveny v laboratoři
výkonová elektronika je vyrobena
DP: Bezpečný řídicí SW pro balancující vozidlo Keywatko III. aka Hummer
Vznik 2011 (3x DP Zouhar, Štěpánek, Horák)
Řídicí jednotka PIC programována pomocí autom. generovaného kódu ze Simulinku.
Sensory: 2x gyro, acc, potenciometry
Cíle další práce: zvýšení bezpečnosti pomocí zdvojení sensorů
algoritmy pro „diagnostiku chyb“ (elektroniky, sensorů)
Zdroje: kniha Isermann: Fault-Diagnosis Systems
práce M. Josza (student)
články Isermann a další
BP: Parkovací asistent (projekt Car4)
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
18
Cílem je sestavit algoritmus parkování s využitím již hotové řídící jednotky k ultrazvukovým senzorům
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
19
3x DP – Hummer team (Zouhar, Štěpánek, Horák)
kompletní tvorba vlastního vozítka typu SEGWAY návrh a tvorba konstrukce
návrh a realizace elektroniky
odhad parametrů
návrh řízení pomocí dSPACE
ve finále řízení pomocí dcPIC
Cíl: nemuset „chodit“ na přednášky
4 členný tým Leader: Bc. František Zouhar
Členové: Bc. Jan Štěpánek, Bc. Petr Horák
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
20
Projekt car4 (2010, 3x DP Vejlupek, Jasanský, Lamberský)
Palubní elektronika Řídicí jednotka ACU44 postavená na dsPIC
Výkonová elektronika – H-bridge 60V 105A
Dálkové ovládání
Základní firmware Komunikace mezi řídicími jednotkami
Dálkové ovládání
Řízení motorů a serv
Dynamické modely pro řízení trakce vozidla
Aplikace filtrů pro online odhad parametrů vozidla
Rozšíření robotu Car4 o palubní počítač a snímačeKinect a Hokuyo (J. Najman)
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
21
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
22
DP Bradáč: Návrh řízení škrticí klapky osobního automobilu pomocí FPGA, cRIO a NI LabView
Pojmy: FPGA
cRIO
NI LabView
Cíle: naučit se pracovat s NI LabView a cRIO
implementovat několik dodaných variant algoritmu pro řízení škrticí klapky
testovat na reálné klapce
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
23
BP: Testovací plošina se třemi stupni volnosti(2013, Spáčil)
cílem práce je návrh paralelní plošiny se třemi stupni volnosti
použity budou lineární aktuátory Transmotec se zdvihem 300mm (DLA-12-5-A-300-POT-IP65)
předpokládá se použití plošiny při testování funkcionality nádržového modulu (Robert Bosch, CB)
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
24
Testovací jednotka proporcionálních ventilů (Sova)
cílem práce je navrhnout jednotku (např. na bázi uC PIC nebo Atmel) pro testování elektrohydraulických ventilů
práce je vypsána firmou ŽĎAS, a.s.
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
25
Elektricky nastavovaný pojišťovací ventil pro HFA kapaliny
cílem práce je navrhnout servopohon pro pojišťovací ventil hydraulického okruhu tunelového vakového lisu
práce je vypsána firmou ŽĎAS, a.s.
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
26ISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
Ondřej Klusáček (M 2009): Modelling, identification and control of rotary pendulum
Nonlinear model created and parameters identified
Use of LMD18245 H-Bridge for power electronics to
provide momentum based control
LQR stabilizing state-space controller designed
Swing-up controller and switching algorithm designed
and tested
Zero steady-state error obtained with use of
additional input
integrator
video
Počet DP a BP realizovaný v Mechlabu
BP DP
2007 10 4
2008 0 1
2009 7 2
2010 4 3
2011 6 5
2012 7 2
2013 8 3
2014 5 4
2015 XXX XXX
2016 ? ?
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
27
3.2. Obecné poznámky k výběru témat a okruhy prací
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
29
Několik poznámek k výběru tématu bak. práce
Papír (a simulační model) snese vše.
Práce s reálnou soustavou je zajímavější a „poučnější“. Zelený je strom reálných soustav (šedá je teorie a simulace).
Při práci s reálnou soustavou lze čekat větší obtíže, ale také větší zábavu!
Práce v MechLabu je časově náročná.
Aplikace na reálné soustavě jsou příležitostí ověřit možnosti modelování a skutečnou kvalitu řízení!
Funkční reálné zařízení je výstupem, o který se zajímá průmyslová praxe.
Není třeba mít speciální dovednosti a znalosti ani IQ>150…
… zeptejte se starších kolegů, kolik času v labině strávili (a co jim to přineslo).
V MechLabu pracujeme v týmu. Od kolegů se můžete hodně naučit. nepravidelné interní semináře na různé téma
hlavní komunikační médium je WIKI a file server
pravidelné schůzky týmů
Okruhy témat
kinematika a dynamika – aplikace pro konkrétní problémy, práce v SimMechanics,...
práce na projektu car4 (viz dále)
výukové laboratorní modely – výroba, řízení, identifikace a modelování, vylepšování algoritmů,...
identifikace systému z naměřených dat – aplikace, práce s reálnými systémy a v Simulinku, programování,...
HIL simulace – aplikace, vývoj modelů, vývoj elektroniky
Využití LabVIEW pro měření a řízení
další ...
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
30
experimentální vozidlo se všemi řízenými a poháněnými koly
vysoká jízdní dynamika (zrychlení, rychlost)
Projekt Car4 – stručné představení 1/2
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
31
Nezávislý
pohon i
natáčení
každého kola Několik dostupných
senzorů pro
orientaci v prostoru
Řídící jednotky
náprav + palubní
PC
Inerciální
jednotka
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
32
Projekt Car4 – stručné představení 2/2
Vybavení vozidla sensorikou – CÍL = samostatná jízda stereovizní kamery,
Xtion(Kinect),
IMU,
ultrazvukové parkovací sensory z Octavie,
laserový skener
Na projektu momentálně pracují 3 studenti 5.r.
Možnost zapojit se do aktivníhoa inspirativního týmu!
3.3. Konkrétní témata prací
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
34
BP, DP: Řízení (hotového) laboratorního modelu
řízení pomocí PID (bez modelu)
modelování
model
odhad parametrů na základě experimentu
řízení pomocí modelu
různé metody
možné úpravy modelu
elektronika
mechanika
sensorika
aplikace některé z pokročilých metod řízení
Individuální práce
Reálné zařízení
Různý rozsah a obtížnost BP/DP
BP Srovnání nástrojů MATLAB a SCILAB
SCILAB je freewarovou variantou programu MATLAB
Cílem práce je srovnat oba nástroje v oblastech:– základní numerická matematika
– řešení obyčejných diferenciálních rovnic
– optimalizační algoritmy
– GUI
Srovnání se provede formou realizace několika demonstračních úloh.
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
35
BP Srovnání nástrojů MATLAB a Python
Python je vysokoúrovňový skriptovací programovací jazyk s množství volně dostupných knihoven
Cílem práce je srovnat oba nástroje v oblastech:– základní numerická matematika
– řešení obyčejných diferenciálních rovnic
– optimalizační algoritmy
– GUI
– Simulace soustav, „mechatronické problémy“
Srovnání se provede formou realizace několika demonstračních úloh.
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
36
BP/DP Programování mikrokontroléru dsPIC pomocí nástrojů SCILAB/Equalis
SCILAB je freewarovou variantou programu MATLAB
U.S. firma Equalis nabízí kompletní vývojový řetězec pro programování mikrokontrolérů Microchip dsPIC z prostředí SCILAB/Xcos.
Cílem práce bude– prověřit vlastnosti tohoto řešení
– formou realizace jednoho nebo několika jednoduchých ukázkovových projektů (řízení DC motoru, řízení výukového modelu,...)
http://www.equalis.comwww.mechlab.cz
ISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology37
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
38
DP, BP: Experimentální vozidlo car4 – pokračování v projektu
4 řízená kola, 4 hnaná kola
řídicí elektronika na bázi dsPIC(programování ze Simulinku)
několik realizovaných BP a DP prací
Další cíle využití laserového skeneru
využití sensoru Kinect
ultrazvukové snímače vzdálenosti
kamery
kinematika (např. „parkovací asistent“)
...
Pozn.:
práce v týmu Práce v týmu
Reálné atraktivní zařízení
Několik různě obtížných témat
Car4 – Energy management (již obsazeno!)
Vytvoření systému pro sledování a řízení spotřeby el. energie na experimentálním vozidle Car4
Predikce výdrže Měření aktuálního napětí baterie
Využití matematického modelu baterie
Odhad na základě aktuálně připojených modulů (senzory, PC, …)
Odhad na základě měření aktuální průměrné spotřeby
Bezpečnostní systém zabraňující poškození baterií
Výstupní data Malý stavový displej
posílání informací do mikrokontroléru/PC
Omezení výkonu vozidla Různé jízdní režimy (sport, economy, …)
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
39
Car4 – Aplikace ultrazvukových senzorů (již obsazeno!)
Instalace snímačů na vhodná místa na karoserii vozidla Car4 Vytvoření jednoduše odnímatelného modulu/modulů
Připojení na hlavní mikrokontrolér vozidla Zpracování dat ze senzorů
Vyhodnocování polohy překážek
Komunikace s PC – vizualizace dat na monitoru (realtime)
*)Instalace zobrazovacího zařízení pro palubní PC Výběr vhodného řešení
o malá spotřeba, přiměřené rozměry
Řešení uchycení přímo na vozidle
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
40
Car4 – Vizuální odometrie (již obsazeno!)
Rešerše v oblasti vizuální odometrie
Dvě kamery (stereovision) vs. jedna kamera (monocular vision)
Aplikace algoritmů vizuální odometrie na experimentálním vozidle Car4 Ověření chování vybraného řešení v různých prostředích
(uvnitř, venku, vliv osvětlení, …)
*) aplikace jednoduchého algoritmu pro autonomní pohyb Sledování chodníku/barevně vyznačené cesty
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
41
Car4 – jízda podle značek – snímač Xtion (Kinect) (již obsazeno!)
Zpracování výstupů ze snímače Xtion (Kinect)1. Pouze RGB kamera
o Zpracování obrazu a detekce značek (podle uložených vzorů)
o Odhad polohy značky vůči snímači
– Známé/změřené optické vlastnosti kamery
– Odhad polohy značky vůči snímači(podle její velikosti a polohy)
2. RGB Kamera + hloubkový senzor
o Překrytí barevného a hloubkového obrazu
o Zpracování obrazu, detekce značek
o Odhad polohy značky vůči snímači(podle překryté hloubkové mapy)
Jednoduchý autonomní pohyb vozidla Car4 podle značek (jeď/stůj, vpravo/vlevo, zrychlit/zpomalit)
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
42
Fúze dat z inerciálního snímače
Fúze dat z IMU jednotky (MPU-9150) Akcelerometr + Gyroskop + Magnetometr (kompas)
Kalibrace snímačů – automatizace postupu
Otestování vlivu prostředí na měření (elmag. rušení,…)
Rešerše v oblasti algoritmů pro fúzi dat
o Eliminace chyb měření snímačů (šum, drift, …)
o Výběr jednoho (či více) řešení
Otestování vybraného řešení v praxi Odometrie
Vozidlo, rameno manipulátoru, chodidlo
Zpracování na mikrokontroleru dsPIC Ukládání dat, posílání do PC
(postprocessing, vizualizace dat)
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
43
BP, DP: Orientace v prostoru pomocí stereovize(projekt Car4)
Cílem je získání hloubkové mapy a detekce objektů/překážek
Využití Computer Vision Toolboxu v Matlabu
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
44
BP/DP: HIL testování ŘJ 2DOF plošiny
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
45
Práce se bude zabývat Hardware-in-the-loop testováním řídící jednotky, určené pro mechanismus se dvěma stupni volnosti
Náplň práce: Seznámení se s dSPACE
Zapojení stávajícího HW k simulačnímu zařízení dSPACE a realizace simulačního prostředí (Simulink)
VRML vizualizace
FMEA
Identifikace poruchových stavů
Náplň bude upravena dle typu práce (BP/DP)
MechBall M3B
Cílem práce je vytvořit funkční prototyp nestabilního robota se sférickou základnou a třemi stupni volnosti.
Součástí práce je návrh výkonových částí, konstrukčních částí, zpracování signálu, řídící algoritmus, zpracování obrazu + sledování vzoru, implementace a mnoho dalšího.
Konkrétní zadání budou definována individuálně podle počtu zájemců.
jednodušší brácha
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
46
BP: Návrh a výroba výukové modelu do vitríny ÚMTMB v 7.p.
Cíle práce: Vybrat komponenty a zajistit výrobu vybraného
modelu (pravděpodobně inverzní kyvadlo nebo rotační inv. kyvadlo).
Dle dodaných materiálů (hotové BP a DP, hotové modely v laboratoři) oživit při připojení na PC s kartou MF624.
Pomocí autom. gen. kódu ze Simulinkunaprogramovat dsPIC.
Vytvořit ovládací rozhraní pro spouštění modelu ve vitríně (? tlačítka, ?dotyk. displej,...?).
BP, DP: Odhad parametrů modelů v Simulinku s využitím naměřených dat
Simulink má k dispozici nástroj Simulink Parameter Estimation. Tento nástroj má řadu nedostatků.
Cílem práce je vytvořit nový vlastní nástroj pro odhad parametrů.
Práce bude spočívat v: Programování v Matlabu
Měření dat na reálných soustavách
Odhad parametrů a zhodnocení výsledků.
Požadavky na studenta: zájem, motivace
schopnost naučit se pracovat s Matlabema Simulinkem
BP: Využití metod umělé inteligence při hledání parametrů(již obsazeno!)
Cílem je doplnit metody inteligentního prohledávání do parameter estimation toolbox na kterém se pracuje v Mechlabu. Vytvořit funkce založené na metodách, jako jsou například: genetický
algoritmus, hejnový algoritmus, mravenčí a další
Optimalizovat tyto metody
Otestovat na naměřených datech
Porovnat jednotlivé algoritmy
Požadavky na studenta: zájem, motivace
ochota naučit se pracovat s Matlabem a Simulinkem
Záliba v matice přínosem
Řízení s pomocí inverzního modelu soustavy
Identifikace parametrů vybraného laboratorního modelu Rotační inverzní kyvadlo, kulička na tyči, magnetická levitace, model
vrtulníku, …
Vytvoření inverzního modelu statiky/dynamiky
Ovládání modelu pomocí I/O karty MF624 z Matlabu/Simulinku
Porovnání různých variant řízení Klasické (u většiny modelů existuje) – stavové, PID
Klasické + inverzní model
Požadavky Zájem,motivace
Matlab/Simulink
Kladný přístup k matematice
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
50
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
51
DP: Bezsensorové polohové řízení solenoidu
solenoid je v řadě oblastí používaný jako aktuátor
v některých případech je požadováno přesné řízení polohy (nikoli pouze zapnuto-vypnuto)
algoritmus bezsensorového řízení získává informaci o poloze na základě měření indukčnosti cívky (která se mění s vysunutím jádra)
experimentální část práce bude prováděna na zařízení dSPACE
Zdroje: článek Renn: Sensorless Plunger Position Control for a Switching Solenoid,
2004
disertace Eyabi 2003
DP: Simulátor jízdní dynamiky vozidla
dynamický model vozidla model pneumatiky
dynamika podvozku
možnost běhu simulačního modelu na dSPACE
vrml vizualizace podpora v Simulinku
řízení pomocí joysticku podpora v Simulinku
Vhodné pro zájemce o modelování v Simulinku.
Možná vazba na projekt Experimentální vozidlo.
Náročnější téma.
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
53
BP, DP: HIL simulace DC motoru
Hardware-in-the-loop simulace je aktuálním průmyslovým standardem (vývoj elektroniky pro automobily)
Obsah práce: studium problematiky HIL
studium práce s dSPACE
použití existujícího simulačního modelu motoru
použití vývojového kitu dsPIC jako řídicí jednotky
testování
práce je prováděna ve spolupráci s firmou Bosch Č.B. (motivace: modelování palivové pumpy)
Požadavky na studenta: naučit se Simulink a související problematiku
BP, DP: Řídicí jednotka pro nelineární aktuátor
škrticí klapka přívodu vzduchu do motoru = silně nelineární systém
řízení = PID + nelineární kompenzace pružiny a tření
Cílem práce je: zopakovat experimenty prováděné v r. 2008-2011
navrhnout algoritmus pro automatický odhad tření a charakteru pružiny
implementovat řízení do PICu (programování ze Simulinku).
Zdroje mnoho článků
hotové řídicí modely v Simulinku pro dSPACE
BP: Návrh a realizace miniaturní tepelné komory
Vytvoření modelu tepelné komory s peltierovými prvky
Simulace teplených dějů v Simulinku
Regulace teploty dle profilu či zadané teploty
Návrh a realizace obvodů s řídící a výkonovou elektronikou
Ovládání pomocí dotykového displaye
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
55
DP: Vývoj Low power modulu
Seznámit se s platformou ADuCM360 (ARM Cortex™-M3)
Měření teploty pomocí RTD senzorů, PT100, PT1000
Navrhnout HW schopný kompenzace odporu vedení
Vytvořit FW pro daný mikrokontrolér
Spojit pomocí FTDI s PC a vytvořit obslužný SW
Minimalizovat spotřebu
http://www.analog.com/media/en/reference-design-documentation/reference-designs/CN0221.pdf
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
56
DP: automatická expoziční jednotka pro výrobu DPS
Zařízení pro expozici digitální předlohy s motivy plošných spojů
Za použití DLP projektoru je možné obejít vytváření fyzického filmu či masky, která se používá při klasické expoziční metodě.
Projektor promítá obraz na fotocitlivou vrstvu DPS, UV záření z projekční lampy naruší tuto vrstvu v požadovaných místech, které jsou později vyleptány
Je nutné vytvořit program pro zobrazení předlohy
Ovládat polohu DPS
Ovládat ostření projektoru
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
57
BP: On-line vizualizace mag.pole
Vizualizace vektoru mag.pole/změny mag.pole v „reálném čase“
Tvorba DPS s potřebnou elektronikou (senzor,uC,...)
Vytvoření programu pro uC (genrování ze Simulinku)
Přenos dat do PC (SPI,USB,... )
Vizualizace dat v PC (Matlab)
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
58
BP: Záznam jízdních dat na paměťovou kartu
Návrh DPS modulu pro microSD paměťovou kartu
Propojení se stávající řídicí jednotkou na Hummeru
Doplnění programu o funkci zapisující jízdní data
Možnost i přidání wi-fi modulu a bezdrátového logování dat
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
59
BP: Vzorové úlohy pro CPLD
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
60
Vypracování vzorových úloh pro CPLD(Logické, sekvenční obvody)
Příklad výstupu = ŘÍZENÍ KROKOVÉHO MOTORKU
Je nutné nastudovat jazyk VHDL
Navrhnout jednoduchou propojovací a přizpůsobovací elektroniku
Předpokládá se využití obvodu CPLD CoolRUNNER II Xilinx
BP/DP: Inverzní kyvadlo
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
61
Vyrobit/oživit funkční model inverzního kyvadla Je možné použít stávající model
Zlepšit mechanickou konstrukci (úplně změnit)
Brát ohled na dostatečnou robustnost
Stavové řízení + swing up
Možnost rozšíření na dvojité kyvadlo DP
Návrh a výroba mechanického uspořádání, pohonu a senzoriky
Možnost řízení z PC MF-624
Převedení na embedded systém dsPIC
DP: Automatizace hvězdářského dalekohledu
Precizní manipulace stávajícího dalekohledu
Přesná mechanika a snímání polohy
Případné řízení dalekohledu na základě poziční kamery
(téma je určeno konkrétnímu zájemci)
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
62
BP: Náhrada krokového motoru BDC motorem
Návrh a realizace jednotky pro řízení DC motoru
Jednotka bude mít implementován algoritmus pro stanovení základních parametrů motoru
Ovládání jednotky pomocí signálu STEP DIR ENABLE, které jsou používané pro krokové motory
Jednotka + vhodný motor bude sloužit jako náhrada krokového motoru u 3D tiskárny
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
63
BP: Výukový model vozidla pro EDUkit
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
64
Vytvořit kolový podvozek pro Brain Board s PIC18
Rozšíření výukového modelu EDUkit
Vybrat pohony a senzoriku (DC motorky, ultrazvukový senzor, ACC+GYRO )
Návrh elektroniky a mechanické konstrukce
Dbát na nízkou cenu a jednoduchost konstrukce
Vytvořit ukázkový software
Programování v C
BP: Bezdrátový Low-power modul WiFly - obsazeno
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
65
Seznámit se a zprovoznit bezdrátový modul WiFly RN-131g tak, aby posílal žádané data (měření teploty) http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?product=RN131
Případnou aplikací (jednoduchou) pro příjem dat na PC nejlépe naprogramovat v LabVIEW.
Moduly budou měřit a bezdrátově posílat teplotu, která se bude v aplikaci na PC zobrazovat.
BP: Využítí jazyka Python při programování uC
www.mechlab.czISMMB, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology
66
Existuje několik projektů snažící se spojit síly jazyka Python a mikrokontrolerů (snad i pro 8-bit). Např: http://pyastra.sourceforge.net/ ; https://code.google.com/p/python-on-a-chip/ ;
http://blog.flyingpic24.com/2012/05/15/32-bit-pic-programming-in-python/
Vyzkoušet dostupné nástroje a reálně použít jazyk Python k jednoduché úloze na uC PIC (např. rozblikání LEDky) – následně vybrat nejvhodnější
Porovnat „náročnost“ kódu (vytížení uC, uživatelskou) psaného v C, generovaného ze Simulinku a psaného v Pythonu, vykonavajícího na uC stejnou funkci
Vytvořit jednoduchou demonstrační úlohu na laboratorním výukovém modelu řízeného uc PIC napsanou v Pythonu
Kontakt: doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.grepl@fme.vutbr.cz
www.mechlab.czInstitute of Solid Mechanics, Mechatronics and Biomechanics
Faculty of Mechanical EngineeringBrno University of Technology
Recommended