Nové koncepty v teorii signálových tvarovačů s dopravním zpoždením

Projekt GACR 13–06962S podporován Grantovou agenturou České republiky GAČR

Projekt se zabývá návrhem původních metod pro analýzu a syntézu tvarovačů signálu s dopravním zpožděním. Tyto algoritmy využívané k tvarování řídicích veličin regulačních obvodu či přímo vstupu systému s cílem kompenzovat jejich kmitavé módy, jsou ze své povahy diferenčními rovnicemi ve spojitém čase. Aplikací aktuálních výsledků teorie diferenčních rovnic, bude provedena analýza spektrálních vlastností existujících typu tvarovačů. Dále bude aplikována teorie silné stability neutrálních systému pro analýzu potenciálních rizik ztráty stability vlivem zapojení tvarovačů ve zpětných vazbách. Hlavním výsledkem bude návrh zcela nové koncepce signálových tvarovačů založené na aplikaci distribuovaných dopravních zpoždění. V porovnání s klasickými tvarovači mají distribuované tvarovače potenciál vykazovat výrazně lepší vlastnosti s ohledem na robustnost, spektrální vlastnosti a stabilitu pri zapojení ve zpětné vazbě. Následně budou stanoveny postupy pro syntézu řízení systému s předřazenými tvarovači a budou provedeny simulační a laboratorní testy k ověření teoreticky získaných výsledku.

Řešitelský tým

  • prof. Ing. Tomáš Vyhlídal, PhD (odpovědný řešitel)
  • doc. Ing. Martin Hromčik, PhD, Katedra řídicí techniky, FEL ČVUT
  • Ing. Milan Anderle Katedra řídicí techniky, FEL ČVUT
  • Ing. Vladimír Kučera
  • Ing. Jaroslav Bušek
  • Ing. Dan Pilbauer

Časopisecké publikace

  • Vyhlidal T., Hromcik M., Kucera V. Anderle M., On feedback architectures with zero vibration signal shapers, Accepted IEEE Transaction on Automatic Control as regular paper
  • Vyhlidal T., Hromcik M., Parametrization of input shapers with delays of various distribution, In: AUTOMATICA 59, 2015, pp:256–263

V recenzním řízení

  • Hromcik, M., Vyhlidal, T., Inverse feedback shapers for coupled multibody systems, in review in IEEE Transactions on Control System Technology, 2015
  • Pilbauer, D., Michiels W., Vyhlidal T., Distributed delay input shaper design by optimizing smooth kernel functions, in review in Jornal of Franklin Institute, 2015, Report TW663 – KU Leuven

Konferenční publikace

  • Vyhlidal T., Kucera V., Hromcik M, Zero vibration shapers with distributed delays of various types, 52nd Conference on Decision and Control CDC 2013, Florence, Italy, December 10–13, 2013.
  • T. Vyhlidal, M. Hromcik, V. Kucera. Inverse signal shapers in effective feedback architecture. European Control Conference 2013, Zurich, June 1–3, 2013.
  • T. Vyhlidal, V. Kucera, M. Hromcik,Spectral features of ZVD shapers with lumped and distributed delays, In Proc. of IEEE Asian Control Conference, Istanbul, Turkey.
  • T. Vyhlidal, M. Hromcik, V. Kucera, Milan Anderle, Double oscillatory mode compensation by inverse signal shaper with distributed delays, submited to ECC 2014, Strasbourg, France.

Experimentální ověření dosažených výsledků

Aplikace tvarovače signálu s distribuovaným zpožděním ve zpětné vazbě (IEEE transaction on automatic control)

  • 0:00 – 0:29 – Odezva na změnu žádané polohy vozíku a působení poruchové veličiny (manuálním vychýlením vozíku) v regulační smyčce bez tvarovače signálu – patrné oscilace flexibilních struktur i) kyvadla, ii) přídavného vozíku
  • 0:30 – 0.55 – Potlačení oscilací kyvadla vložením inverzního tvarovače do zpětné vazby
  • 1:00 – 1:20 – Potlačení oscilací přídavného vozíku přeladěním inverzního tvarovače na příslušný kmitavý mód
  • 1:23 – 1:39 – Potlačení oscilací jak kyvadla tak i přídavného vozíku zaměřením inverzního tvarovače na oba příslušné kmitavé módy

Rozšíření aplikace tvarovačů pro laboratorní model ‘helikoptéry’ se zavěšeným břemenem – první výsledky

Stejně jako v předchozím případě, cílem je přemístit břemeno zavěšené na vozíku z jednoho místa na druhé tak aby se nevybudily kmity břemene. V tomto případě je ale vozík poháněn přídavným motorkem s vrtulí, který je umístěn na otočné základně, jejíž poloha je řízena servem. Jelikož má řízený systém více stupňů volnosti, je i samotné řízení složitější. Výsledky zatím nejsou ideální, ale i přesto je patrné výrazné zlepšení při aplikaci tvarovače signálu.

Porování tvarovačů s klasickým a distribuovaným zpožděním. (52nd IEEE Conference on Decision and Control)

Kompenzace kmitů flexibilní části soustavy inverzním tvarovačem ve zpětné vazbě (ECC Zurich 2013)

Kombinace aktivního tlumení vibrací a tvarovače signálu