Nonlinear modelling and optimal control via Takagi-Sugeno fuzzy techniques: A quadrotor stabilization

Using the principles of Takagi-Sugeno fuzzy modelling allows the integration of flexible fuzzy approaches and rigorous mathematical tools of linear system theory into one common framework. The rule-based T-S fuzzy model splits a nonlinear system into several linear subsystems. Parallel Distributed Compensation (PDC) controller synthesis uses these T-S fuzzy model rules. The resulting fuzzy controller is nonlinear, based on fuzzy aggregation of state controllers of individual linear subsystems. The system is optimized by the linear quadratic control (LQC) method, its stability is analysed using the Lyapunov method. Stability conditions are guaranteed by a system of linear matrix inequalities (LMIs) formulated and solved for the closed loop system with the proposed PDC controller. The additional GA optimization procedure is introduced, and a new type of its fitness function is proposed to improve the closed-loop system performance.Web of Science71110

PID controller design based on global optimization technique with additional constraints

This paper deals with design of PID controller with the use of methods of global optimization implemented in Matlab environment and Optimization Toolbox. It is based on minimization of a chosen integral criterion with respect to additional requirements on control quality such as overshoot, phase margin and limits for manipulated value. The objective function also respects user-defined weigh coefficients for its particular terms for a different penalization of individual requirements that often clash each other such as for example overshoot and phase margin. The described solution is designated for continuous linear time-invariant static systems up to 4th order and thus efficient for the most of real control processes in practice.Web of Science67316816

Charging Station Module with Energy Measurement

Import 03/11/2016Tato práce se zabývá návrhem a realizací elektroměru zaměřeného primárně na použití v nabíjecím stojanu pro elektromobily. Teoretická část se věnuje nabídce nabíjecích stojanů, způsobům nabíjení elektromobilů a standardům používaným k jejich připojení. K samotné realizaci elektroměru byl použit měřicí obvod ADE7878, jelikož umožňuje měřit velké množství veličin, a řídicí mikrokontrolér STM32F407 kvůli zkušenostem s jeho využitím. Během práce byly nejprve použity vývojové moduly pro testování funkčnosti jednotlivých bloků systému a následně byl navržen a vyroben vlastní plošný spoj realizující hlavní část elektroměru. Firmware mikrokontroléru je založen na použití operačního systému FreeRTOS. Hlavním úkolem řídicího prvku je zajištění vyčítání dat z měřicího obvodu a jejich poskytování dalším zařízením přes rozhraní Ethernet.This work deals with the design and the realization of the energy meter focusing on use in the charging station for electric vehicles. The theoretical part is dedicated to description of different types of charging stations, electric vehicle charging methods and connection standards. The electric metering integrated circuit ADE7878, which allows measuring a large amount of parameters, and the microcontroller STM32F407 were used for the realization. The evaluation boards were used for functional testing of individual parts. After that, the custom printed circ6uit board for energy meter was designed and manufactured. Firmware of microcontroller is based on the operating system FreeRTOS. The main task of the control element is to ensure reading data from the metering integrated circuit and to provide them via Ethernet.450 - Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvívýborn

Modeling and control of nonlinear underactuated systems

Tato práce je zaměřena na návrh řízení nelineárních systémů. Předpokladem je nejen zajistit správnou funkčnost v okolí určitého pracovního bodu, ale především řešit přechod systému mezi dvěma stavy. Při přesouvání systému ve stavovém prostoru se často výrazně projevuje jeho nelineární chování. Návrh řízení je rozebírán jak ve variantě, kdy je požadováno pouhé splnění převodu mezi stavy, tak v podobě, u které se pomocí účelové funkce specifikují požadované vlastnosti daného přechodu a hledá se optimální řešení. V celém procesu návrhu řízení i při jeho ověřování se využívá v určité podobě model systému (model based design), tudíž modelování je nedílnou součástí této práce. Cílovou skupinou soustav, kterou se práce zabývá, jsou nelineární podaktuované systémy, byť většinu uvedených metod je možné použít obecně. Jako případová studie byl vybrán typický systém reprezentující tuto třídu – jednoramenné inverzní kyvadlo. Ověřování řízení pro realizaci jeho výšvihu probíhá nejen v simulaci, ale také na reálném laboratorním modelu. V závěrečné části práce probíhá návrh řízení pro víceramenná inverzní kyvadla, pomocí čehož se ověřuje univerzálnost celého návrhu a použitelnost metod pro extrémně složité systémy.This thesis focuses on the design of nonlinear system control. The idea is not only to ensure correct functionality around a certain operating point, but also to solve the transition of the system between two states. When moving the system in the state space, its nonlinear behavior is often significantly manifested. The control design is discussed both in a variant where the transition between states is only required and in a form where the desired properties of the transition are specified using an objective function and an optimal solution is searched for. A model of the system is used in some form throughout the control design and verification process (model based design), so modelling is an integral part of this thesis. The target group of systems addressed in this thesis are nonlinear underactuated systems, although most of the methods presented can be applied in general. A typical system representing this class, the single-arm inverted pendulum, was chosen as a case study. Verification of the control to realize its swing-up is carried out not only in simulation but also using a real laboratory model. In the final part of the thesis, the design of the control for multi-arm inverted pendulums is performed, through which the universality of the overall design and the applicability of the methods to extremely complex systems are verified.450 - Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvívyhově

Autonomous Control of the Mobile Robot

Import 05/08/2014Tato práce se zabývá návrhem a realizací mobilního robotu s primárním zaměřením na jeho autonomní řízení. Pro tento účel byla zvolena úloha průjezdu robotu bludištěm s požadavkem na jeho mapování a vyhledávání nejkratší cesty mezi dvěma místy v bludišti. Při tvorbě robotu byla nejprve vyrobena jeho mechanická část zahrnující především pohony a poté elektronická. Mezi hlavní body tvorby elektronické části patřil výběr vhodných senzorů a mikrokontroléru pro řízení robotu. V poslední části vývoje byl tvořen program obsahující algoritmy pro zajištění požadovaného autonomního řízení.This work is about design and realization of the mobile robot with primary focus on its autonomous control. For this purpose was chosen the task moving in the maze with requirement for mapping the maze and finding the shortest path from one to another position. The mechanical part, which contains especially the drives, was constructed as the first. The main issues related to electronic part were selecting of suitable sensors and microcontroller. The last phase of development was focused on creation of controlling program. The individual algorithms provide the autonomous control of the mobile robot.450 - Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvívýborn

Use Of REX Control System For The Ball On Spool Model

This paper deals with the design and implementation of linear quadratic controller (LQR) for modeling of Ball on Spool. The paper presents the entire process, starting from mathematical model through control design towards application of controller with the use of given hardware platform. Proposed solution by means of REX Control System provides a high level of user comfort regarding implementation of control loop, diagnostics and automatically generated visualization based on HTML5. It represents an ideal example of a complex nonlinear mechatronic system with a lot of possibilities to apply other types of controllers.Web of Science66421921

Robotic manipulator control software

Bakalářská práce se zabývá průmyslovými roboty. Seznamuje nás se základním rozdělením průmyslových robotů a efektorů. Zaměřuje se na popis a způsob programování průmyslového robotu Stäubli RX160. Součástí práce je realizace externích palců s využitím 3D tisku. Palce jsou plně kompatibilní s chapadlem "Festo DHPS-20-A". V příloze nalezneme VAL3 aplikaci a záznam funkce upraveného efektoru, který manipuluje s předměty.The bachelor thesis is about industrial robots. The thesis summarizes the types of industrial robots and effectors. It focuses on the description and programming of the industrial robot Stäubli RX160. Part of the thesis is to create external thumbs via 3D printing. The palms are fully compatible with the "Festo DHPS-20-A" effector. The appendix includes a VAL3 application and a record of a modified effector function that manipulates objects.Fakulta elektrotechniky a informatikyCílem práce byl návrh a realizace úpravy efektoru ramene robotického manipulátoru a tvorba řídicích algoritmů průmyslového robotického manipulátoru. Cíle práce byly splněny. Byla navržena a realizována úprava efektoru robotického manipulátoru včetně programové realizace příslušných pohybových sekvencí pro manipulaci se zvoleným typem. Vzhledem k zaměření práce jsou její výsledky velmi dobře využitelné v praxi

Adaptive ascent control of a collaborative object transportation system using two quadrotors

The paper focuses on the issue of collaborative control of a two quadrotor (Unmanned Aerial Vehicle QDR) system. In particular, two quadrotors perform the task of horizontally transporting a long payload along a predefined trajectory. A leader-follower method is used to synchronize the motion of both QDRs. Conventional PD controllers drive the motion of the leader QDR-L to follow a predefined trajectory. To control a follower QDR-F drive, in the case of indoor applications, a Position Feedback Controller approach (PFC) can be used. To control the QDR-F, the PFC system uses the position information of QDR-L and the required accurate tracking cameras. In our solution, outdoor applications are considered, and usage of the Global Positioning System (GPS) is needed. However, GPS errors can adversely affect the system's stability. The Force Feedback Controller approach (FFC) is therefore implemented to control the QDR-F motion. The FFC system assumes a rigid gripping of payload by both QDRs. The QDR-F collaborative motion is controlled using the feedback contact forces and torques acting on it due to the motion of the QDR-L. For FFC implementation, the principle of admittance control is used. The admittance controller simulates a virtual "mass-spring-damper" system and drives the motion of the QDR-F according to the contact forces. With the FFC control scheme, the follower QDR-F can be controlled without using the QDR-L positional feedback and the GPS. The contribution to the quality of payload transportation is the novelty of the article. In practice, one of the requirements may be to maintain the horizontal position of the payload. In this paper, an original solution is presented to minimize the horizontal position difference of both QDRs. A new procedure of the transfer admittance controller adaptation according to the mass of the transported payload is designed. The adaptive admittance FFC system is implemented in a Matlab-Simulink environment. The effectiveness of its trajectory tracking and horizontal stabilization functions for variations of the payload mass are demonstrated by numerical calculations.Web of Science228art. no. 292