Metody dynamicznego modelowania i kontroli wahadła odwróconego z zastosowaniem pakietu Matlab-Simulink.

Przegląd niektórych metod stosowanych do analizy dynamiki i kontroli pozycjonowania pojedynczego wahadła odwróconego.

Wskazanie zakresu stosowania dynamiki opartej na zasadzie wahadła odwróconego. Przedstawienie podstawowego modelu dynamicznego wahadła w reprezentacji wykorzystywanej w teorii sterowania. Znalezienie (zależnie od umiejętności studenta) rozwiązań analitycznych pewnych stanów charakterystycznych, które posłużą do sprawdzenia rozwiązań numerycznych. Rozwiązanie numeryczne przeprowadzone zostanie przy użyciu pakietu Matlab-Simulink (w razie potrzeby w zakresie obsługi pakietu student otrzyma wprowadzenie do jego użytkowania). Układ sterowania w postaci reprezentacji za pomocą zmiennych stanu i transmitancji operatorowej poddany zostanie (znanymi w teorii) kontroli mającej na celu jego pozycjonowanie w zadanej pozycji (pionowej lub pod pewnym kątem). Wnioski z wykonanej pracy pozwolą na klasyfikację tego zagadnienia i podkreślenie jego znaczenia w teorii sterowania. W późniejszym okresie, student może kontynuować i rozszerzać tą pracę w trakcie kolejnych projektów tj. prac przejściowych i dyplomowej pracy magisterskiej.

Modelowanie numeryczne elementów hydraulicznych w języku programowania Java.

Numeryczna realizacja podstawowych elementów hydraulicznych i wykorzystanie ich do skonstruowania bardziej zaawansowanego modelu numerycznego prostych układów hydraulicznych. Nauka i praktyczne stosowanie języka programowania Java w obliczeniach numerycznych.

Zapoznanie się teorią układów hydraulicznych oraz z opisem dynamiki ruchu elementów wykonawczych, sposobu działania i modelowania numerycznego elementów hydraulicznych, a także układów tych elementów wykonujących określone zadanie. Wśród takich elementów można wymienić pompę, zawory jedno i wielodrożne, siłowniki hydrauliczne. W zależności od zaangażowania studenta i jego zdolności zakłada się sporządzenie prostego schematu kontroli jednowymiarowej w układzie przykładowym. W zakresie pracy studenta będzie przygotowanie procedur numerycznych oraz właściwa reprezentacja serii danych obliczeniowych celem zobrazowania charakterystycznych zachowań dynamicznych. Temat jest wysoce rozwojowy i zakłada się (choć nie koniecznie), że student podejmie się kontynuacji tematu w trakcie kolejnych projektów tj. prac przejściowych i dyplomowej pracy magisterskiej.

Metody numerycznej estymacji transformacji odwrotnej Laplace'a w języku programowania Java.

Wprowadzenie studenta do bardziej zaawansowanych i ciekawych metod numerycznych przewidzianych do wykonania w zakresie metod matematycznych mechatroniki. Podkreślenie znaczenia transformaty Laplace'a w teorii sterowania i przeniesienie zapisu matematycznego do procedur numerycznych.

Szerszy opis zastosowania i podkreślenie znaczenia odwrotnej transformaty Laplace'a w modelowaniu i reprezentacji jednowymiarowych układów sterowania na przykładzie pewnych układów mechatronicznych. Porównanie technik numerycznych i analitycznych obliczania i estymacji odwrotnej transformaty Laplace'a. Znajdowanie odpowiedzi czasowych na przykładzie schematu blokowego układu automatycznego danego przy pomocy transmitancji Laplace'a może stanowić dodatkowy fragment pracy i zależy od stopnia realizacji powyższych zadań i umiejętności studenta. Temat ten można rozwijać w trakcie realizacji kolejnych projektów w zakresie prac przejściowych i pracy dyplomowej magisterskiej.

Modelowanie matematyczne i symulacje numeryczne układu belkowego z tłumikiem dynamicznym o zmiennych parametrach

Celem jest opracowanie modelu matematycznego i numerycznego oraz przeprowadzenie przykładowych symulacji numerycznych układu pojedynczej belki z dynamicznym tłumikiem drgań o zmiennych parametrach

Przegląd literatury. Przegląd metod matematycznego i numerycznego modelowania drgań układów belkowych. Opracowanie schematu sprężystego zawieszenia masy na wózku jeżdżącym wzdłuż belki dogodnym do przyszłej realizacji praktycznej na stanowisku doświadczalnym, z uwzględnieniem możliwości zmiany sztywności zawieszenia masy w czasie pracy układu. Opracowanie modelu matematycznego belki pojedynczej w różnych wariantach podparcia z wymuszeniem harmonicznym i z dynamicznym tłumikiem drgań o zmiennej sztywności i zmiennym położeniu wzdłuż belki. Budowa odpowiedniego modelu numerycznego w Simulinku lub napisanie programu do rozwiązań numerycznych opracowanego modelu matematycznego. Przeprowadzenie przykładowych symulacji drgań z uwzględnieniem wymuszeń kinematycznych.

Modelowanie matematyczne i symulacje numeryczne układu pozycjonowania silnika prądu stałego

Celem jest opracowanie modelu matematycznego, dobór nastaw regulatora PID oraz przeprowadzenie symulacji numerycznych układu pozycjonowania silnika prądu stałego

Przegląd stosowanych technik i układów pozycjonowania. Opracowanie modelu matematycznego silnika prądu stałego w układzie regulacji PID położenia wału z uwzględnieniem zakłóceń w postaci zewnętrznego obciążenia silnika. Przegląd metod doboru i dobór parametrów regulatora PID. Budowa odpowiedniego modelu numerycznego w Simulinku lub napisanie programu do rozwiązań numerycznych opracowanego modelu matematycznego. Przeprowadzenie przykładowych symulacji działania układu.

Modelowanie matematyczne temperatury w komorze pieca elektrycznego

Celem jest opracowanie modelu matematycznego temperatury w komorze pieca elektrycznego dla szerokiego zakresu temperatury.

Przegląd literatury. Przegląd metod modelowania matematycznego układów z wymianą ciepła. Analiza zjawisk fizycznych potencjalnie istotnych dla przebiegów czasowych temperatury w komorze pieca elektrycznego podczas nagrzewania i chłodzenia. Budowa modelu matematycznego temperatury w komorze pieca elektrycznego dla szerokiego zakresu temperatury z uwzględnieniem elementów nieliniowych. Budowa (przy pomocy prowadzącego) programu komputerowego przy użyciu Matlaba/Simulinka lub dowolnego języka programowania służącego do symulacji i estymacji parametrów modelu na podstawie danych pomiarowych uzyskanych w obiekcie rzeczywistym. Estymacja parametrów modelu, przeprowadzenie przykładowych symulacji numerycznych i porównanie ich z przebiegami rzeczywistymi temperatury.

Przenośny model układu potrójnego wahadła z silnikiem o stałym momencie

Zaprojektowanie modelu potrójnego wahadła fizycznego w wersji przenośnej, z wymuszeniem pierwszego ogniwa za pomocą silnika o stałym momencie.

Projekt konstrukcyjny wahadła z trzema ogniwami, z łożyskami ślizgowymi i możliwością pełnych obrotów. Projekt silnika o stałym momencie obrotowym

Przenośny model układu potrójnego wahadła z dwoma sprzężonymi silnikami i układem

pomiarowym.

Zaprojektowanie modelu potrójnego wahadła fizycznego w wersji przenośnej, z wymuszeniem pierwszego ogniwa za pomocą dwóch sprzężonych silników prądu stałego oraz z układem pomiarowym do rejestracji ruchu

Projekt konstrukcyjny wahadła z trzema ogniwami, z łożyskami ślizgowymi i możliwością pełnych obrotów. Projekt bezprzewodowego układu pomiarowego.

Badanie charakterystyk dynamicznych mięśni pneumatycznych

Badanie dynamicznych charakterystyk przykładowych mięśni napędzanych sprężonym

powietrzem.

Wybudowanie nowego lub poszerzenie możliwości istniejącego stanowiska do badania

charakterystyk mięsni tak aby możliwe stało się badanie charakterystyk dynamicznych

mięśni pneumatycznych, do których można wykorzystać zakupione lub stworzone przez

piszącego pracę, mięśnie typu McKibben, ewentualnie dopracowanie budowy i

przebadanie istniejącego mięśnia foliowego niskiego ciśnienia, rozwiązanie problemu

zasilania w.w. mięśni w sprężone powietrze oraz rejestracji danych, analiza wyników.

Budowa prototypu sztucznego ramienia napędzanego pneumatycznymi aktuatorami.

Budowa prototypu sztucznego ramienia napędzanego mięśniami pneumatycznymi, analiza

jego ruchu.

Wybór typu i wykonanie pneumatycznych aktuatorów do napędu, analiza modeli biomechanicznych ramienia oraz anatomii człowieka i na tej podstawie budowa bio-zgodnego ramienia, rozwiązanie problemu zasilania aktuatorów w sprężone powietrze oraz optymalnego sterowania zaworami, przez które będzie ono doprowadzane (w tym poprawna współpraca układów mięsni antagonistycznych). Stworzenie modelu matematycznego stworzonego mechanizmu.

Badanie zakresu ruchu kończyn

Wyznaczenie zakresu ruchu kończyn górnych i dolnych, niedostatku pasywnego i akcji

ścięgnistej w stawach, zapoznanie się z budową i działaniem goniometrów oraz

optycznych układów śledzących (kamera wraz z oprogramowaniem umożliwiającym

analizę ruchu).

Stworzenie stanowiska do badania zakresu ruchów kończyn, przebadanie reprezentatywnej

grupy osób zdrowych jak i z dysfunkcjami układu ruchowego z i bez stosowania obciążeń

w celu wyznaczenia maksymalnych zakresów ruchu kończyn, wyznaczenie niedostatku

pasywnego, akcji ścięgnistej mięśni, wyznaczenie prostego modelu matematycznego

(geometrycznego) opisującego poznane zjawiska.

Porównywanie i analiza szmerów oddechowych.

Stworzenie bazy zawierającej wzór oddechu osoby zdrowej i cierpiącej na rożne schorzenia (zapalenie płuc, oskrzeli, astma itp.) wraz z analizą charakterystyk.

Zapoznanie się z budową i funkcjonowaniem stetoskopu tradycyjnego jak i elektronicznego z możliwością nagrywania, przebadanie pewnej populacji, analiza zarejestrowanych dźwięków przy pomocy komputera z odpowiednim oprogramowaniem, stworzenie bazy przeanalizowanych szmerów, próba stworzenia oprogramowania rozpoznającego charakterystyczne szmery, analiza akustyki stetoskopu i jego budowy.

Sterowanie fazowe asynchronicznego indukcyjnego silnika jednofazowego

Zaprojektowanie i zbudowanie prostego układu sterowania i regulacji obrotami silnika indukcyjnego jednofazowego na zasadzie sterowania fazowego.

Projekt stanowiska i analiza teoretyczna projektowanego układu. Budowa i uruchomienie zaprojektowanego stanowiska. Sprawdzenie poprawności działania układu. Opracowanie wyników.

Redakcja pracy dyplomowej.

Model sekwencyjnego sterowania procesem podawania detali

Zaprojektowanie i zbudowanie prostego układu sterowania procesem podawania detali z wykorzystaniem sterowania sekwencyjnego

Projekt stanowiska i analiza teoretyczna projektowanego układu. Budowa i uruchomienie zaprojektowanego stanowiska. Sprawdzenie poprawności działania układu. Opracowanie wyników. Redakcja pracy dyplomowej.

Sterowanie ruchem siłowników ładowarki palet.

Zaprojektowanie i zbudowanie prostego układu sterowania ruchem tłoków ładowarki palet przy wykorzystaniu siłowników hydraulicznych lub napędów śrubowych.

Projekt stanowiska i analiza teoretyczna projektowanego układu. Budowa i uruchomienie zaprojektowanego stanowiska. Sprawdzenie poprawności działania układu. Opracowanie wyników. Redakcja pracy dyplomowej.

Sterowniki PLC - typy, budowa i zastosowania

Przygotowanie kompletnego stanu wiedzy związanego z powstaniem i rozwojem sterowników programowalnych wykorzystując dostępne źródła polskie i zagraniczne.

Zebranie informacji dotyczących konstrukcji sterowników programowalnych. Zebranie informacji związanych z zastosowaniem sterowników programowalnych w przemyśle. Zebranie informacji dotyczących najważniejszych producentów sterowników PLC. Zebranie informacji dotyczących narzędzi do programowania sterowników. Przygotowanie prezentacji multimedialnej (Power Point).

Budowa układu kontrolno-pomiarowego stanowiska laboratoryjnego do analizy dynamiki ruchu pojedynczego wahadła z wymuszeniem

Przygotowanie kompletnego stanowiska do przeprowadzenia pomiarów dla układu pojedynczego wahadła z wymuszeniem zewnętrznym.

Zaprojektowanie układu kontrolno pomiarowego do zbudowanego wcześniej stanowiska. Dobór i zakup odpowiedniej aparatury pomiarowej. Modernizacja stanowiska. Przeprowadzenie wstępnych pomiarów.

Sterowanie ruchem modelu windy towarowej z wykorzystaniem sterowników PLC.

Praktyczne zastosowanie sterownika PLC wraz z oprogramowaniem do sterowania układem elektro-mechanicznym. Stworzenie algorytmu programu sterującego ruchem windy na zbudowanym stanowisku. Laboratoryjnym. Zaprogramowanie sterownika PLC. Modernizacja zbudowanego stanowiska. Przeprowadzenie symulacji sterowania układem. Propozycja ćwiczenia laboratoryjnego dla studentów.

Analiza numeryczna i wizualizacja dynamiki układu wahadła sprężystego z wymuszeniem zewnętrznym z zastosowaniem oprogramowania LabView.

Zastosowanie środowiska LabView do analizy dynamiki układu elektro-mechanicznego.

Opracowanie algorytmu programu LabView do symulacji dynamiki układu na podstawie ogólnego równania ruchu. Przeprowadzenie i interpretacja pomiarów dla określonych parametrów układu. Opracowanie interfejsu graficznego do wizualizacji procesu. Przygotowanie propozycji ćwiczenia laboratoryjnego dla studentów.

Sensory analogowe i cyfrowe wykorzystywane w praktyce w aplikacjach mechatronicznych.

Przegląd wiedzy z zakresu sensorów (czujników). Praktyczna demonstracja zasad
ich działania, zalet, wad, zastosowania.

Przegląd sensorów z opisem ich zasady działania, zalet, wad, zastosowania (w oparciu o podręczniki oraz najnowsze publikacje z tej dziedziny).Wykonanie stanowiska demonstrującego działanie wybranych sensorów. Szersze omówienie jednego wybranego urządzenia mechatronicznego.

Pomiary przemieszczenia liniowego i kątowego z wykorzystaniem kamery cyfrowej i cyfrowego przetwarzania obrazu.

Przegląd metod pomiaru wielkości geometrycznych wykorzystujących systemy wizyjne i cyfrowe przetwarzanie obrazu oraz opracowanie własnego systemu.

Przegląd metod pomiaru z wykorzystaniem systemów wizyjnych stosowanych dawniej jak i dziś. Opisem ich zasady działania, zalet, wad, zastosowania (w oparciu o podręczniki oraz najnowsze publikacje z tej dziedziny). Opracowanie własnej metody lub szersze omówienie jednej wybranej. Sporządzenie aplikacji opierającej się na wybranej metodzie oraz szczegółowej omówienie zasad jej działania

Program komputerowy do analizy chodu człowieka na podstawie danych uzyskanych z rejestracji filmowej.

Stworzenie programu komputerowego z wykorzystaniem pakietu MATLAB-SIMULINK do analizy parametrów chodu człowieka na podstawie danych uzyskanych z rejestracji filmowej. Program powinien importować dane pomiarowe w formatach ASCII i Excela, automatycznie dokonywać niezbędnych obliczeń oraz dawać możliwość wizualizacji wyników (w postaci wykresów i prostych animacji).

Przegląd literatury na temat chodu człowieka pod kątem jego cech charakterystycznych,

oraz metod wykonywania pomiarów. Zapoznanie się z możliwościami i specyfiką działania pakietu Matlab-Simulink. Stworzenie schematu ideowego programu komputerowego do analizy chodu. Napisanie programu i weryfikacja jego działania na testowych danych pomiarowych. Redakcja pracy wraz z instrukcją korzystania z programu.

Badanie metodą elementów skończonych wpływu kąta szyjkowo-trzonowego na rozkład i wielkość naprężeń w szyjce kości udowej.

Zbadanie zmienności naprężeń w kości udowej w funkcji kąta szyjkowo-trzonowego.Ustalenie optymalnych i granicznych wartości kąta szyjkowo-trzonowego.

Przegląd literatury na temat budowy kończyny dolnej, stawu biodrowego i jego modelowania. Stworzenie modelu geometrycznego końca bliższego kości udowej. Stworzenie modelu obciążeń kości udowej. Przeprowadzenie obliczeń wytrzymałościowych szyjki kości udowej przy użyciu programu Ansys. Wnioski z przeprowadzonych badań. Redakcja pracy.

---