Aktuální vydání

celé číslo

05

2019

komunikace a software pro snímače a akční členy

tlakoměry

celé číslo

Distributed Parameter Systems Blockset for Matlab & Simulink

číslo 1/2005

Distributed Parameter Systems Blockset for Matlab & Simulink

Katedra automatizácie a merania na Strojníckej fakulte Slovenskej technickej univerzity v Bratislave sa zaoberá problémami systémov s rozloženými parametrami (SRP) už niekoľko desaťročí. Prvá výskumná správa v programe ČSAV bola vypracovaná pod vedením prof. J. Skákalu, zakladateľa katedry, ešte v roku 1966 na Ústave technickej kybernetiky Slovenskej akadémie vied na tému Matematický opis procesu reformovania benzínu pre účely optimálneho riadenia.

Obr. 1. Obr. 1. Blok Show

Od roku 1967 do roku 1990 katedra pracovala na úlohách základného výskumu v koordinácii s ÚTIA ČSAV Praha. V roku 1991 bola odovzdaná a následne obhájená doktorská dizertačná práca G. Hulkó Riadenie a navrhovanie systémov so sústredeným vstupom a rozloženým výstupom, kde boli zhrnuté mnohé výsledky dlhoročných výskumných aktivít. Pritom mnohí chápali túto vedeckú aktivitu ako exemplárny príklad výskumu typu blue sky, keďže takmer celá komunita inžinierov v oblasti riadenia pracovala „iba na časovej osi„ – a záujem o priestorovú zložku dynamiky bol minimálny.

V poslednom období sa táto situácia podstatne mení. V súčasnosti explozívny vývoj informačných technológií a numerických metód otvára cestu inžinierskym vedám do reálneho sveta časovo-priestorových os. Atraktívne priestorové (3D) animácie numerických dynamických analýz „skákajúce„ na obrazovkách predstavujú aktuálnu výzvu pre inžinierov – riešiť úlohy riadenia týchto dynamických sústav zadávaných obyčajne na zložitých 3D oboroch definície. Dnes sú v numerickej podobe spracované vlastne všetky inžinierske disciplíny v časovo-priestorových osách. Teraz sú na ťahu inžinieri z oblasti riadenia, aby formulovali a riešili úlohy riadenia sústav zadávaných na zložitých 3D oboroch definície – systémov s rozloženými parametrami. K tomu ponúka pomoc aj prezentovaný blockset, vyvinutý na našej katedre, ktorý je partnerským produktom spoločnosti MathWorks.

Obr. 2. Obr. 2. Blok Demos

Kolektív katedry sa niekoľko rokov zaoberal problémami modelovania v lekárskej kybernetike – hlavne procesov s rozloženými parametrami v pečeni a v pľúcach. Ukázalo sa, že rozložené systémy v týchto orgánoch sú vlastne systémy so sústredeným vstupom a rozloženým výstupom. Táto štruktúra rozložených systémov sa nachádza na mnohých miestach aj v inžinierskej praxi, resp. SRP je takmer vždy možné usporiadať do tejto štruktúry, preto modelovanie a riadenie týchto systémov sa opiera o pojem systému so sústredeným vstupom a rozloženým výstupom.

Blockset prezentovaný na webovej stránke www.dpscontrol.sk obsahuje blok Show (obr. 1), kde sa nachádzajú motivačné príklady riadenia SRP z oblasti výrobných a technologických procesov, mechatroniky a tvorby a ochrany životného prostredia: riadenie teplotného poľa polotovaru zložitého tvaru, riadenie nosníka „smart štruktúry„ zložitého tvaru, adaptívne riadenie sklárskej taviacej pece a riadenie procesu čistenia spodných vôd.

V bloku Demos (obr. 2) sú uvedené metodicky usporiadané príklady modelovania a riadenia SRP zadávané analytickými riešeniami parciálnych diferenciálnych rovníc, numerickými schémami, popr. pomocou rozložených charakteristík, získané meraniami na riadenom objekte.

Obr. 3. Obr. 3. Riadiaci obvod s rozloženými parametrami v prostredí DPS Blockset

Blok Tutorial obsahuje metodológiu modelovania a riadenia SRP. DPS Wizard v ôsmych krokoch udáva postup zostavovania systému riadenia s rozloženými parametrami, aby užívateľ bol pripravený v režime grafického programovania zostavovať riadiace obvody pre svoje problémy.

Záverom treba poznamenať, že webová stránka www.dpscontrol.sk, okrem elektronickej verzie monografie G. Hulkó a kol. Modeling, Control and Design of Distributed Parameter Systems with Demonstrations in MATLAB, ponúka aj možnosť diaľkového prístupu, teda interaktívnu podporu formulácie a riešenia úloh riadenia systémov s rozloženými parametrami cez internetovú službu Interactive Control.

Poďakovanie

Článok bol pripravený pri grantovej podpore VEGA k projektu Riadenie systémov zadávaných numerickými štruktúrami na zložitých oboroch definície s demonštráciami cez internet (grant 1/9278/02) a grantovej podpore APVT k projektu Modelovanie, riadenie a simulácia distribuovaných výrobných procesov (grant APVT-51-011602).

prof. Ing. Gabriel Hulkó, DrSc., doc. Ing. Cyril Belavý, PhD., Ing. Štefan Cibiri,
katedra automatizácie a merania, Strojnícka fakulta, Slovenská technická univerzita Bratislava
(gabriel.hulko@stuba.sk)