Príspevok k modelovaniu a riadeniu robotických systémov s využitím metód umelej inteligencie

Podobné dokumenty
Študijný program (Študijný odbor) Školiteľ Forma štúdia Téma Požiadavky na prijatie Výzbroj a technika ozbrojených síl (8.4.3 Výzbroj a technika ozbro

Úlohy: Inteligentné modelovanie a riadenie model MR mobilný robot s diferenciálnym kolesovým podvozkom 1. Vytvorte simulačnú schému pre snímanie tréno

Matematické modelovanie, riadenie a simulacné overenie modelov mobilných robotov

1 Portál pre odborné publikovanie ISSN Heuristický adaptívny PSD regulátor založený na miere kmitavosti Šlezárová Alexandra Elektrotechnika

Experimentálna identifikácia nelineárneho dynamického systému pomocou

Aktuálne vedecké poznatky v odbore Telekomunikácie

Matematický model činnosti sekvenčného obvodu 7 MATEMATICKÝ MODEL ČINNOSTI SEKVENČNÉHO OBVODU Konečný automat predstavuje matematický model sekvenčnéh

Slide 1

1

Prehľad pedagogickej činnosti Ing. Martin Gulan, PhD. Prehľad pedagogickej činnosti na vysokej škole a prehľad dosiahnutých výsledkov v tejto činnosti

MO_pred1

Úvodná prednáška z RaL

1 Portál pre odborné publikovanie ISSN Fyzikálny model stroja na delenie materiálov pre výskum sieťových riadiacich systémov Murgaš Ján Elek

Microsoft Word - Argumentation_presentation.doc

Študijný program (Študijný odbor) Školiteľ Forma štúdia Téma Elektronické zbraňové systémy (8.4.3 Výzbroj a technika ozbrojených síl) doc. Ing. Martin

Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU

Operačná analýza 2

Základy automatického riadenia - Prednáška 2

Prezentace aplikace PowerPoint

Snímka 1

iot business hub whitepaper isdd_em_New.pdf

Microsoft Word - Zahradnikova_DP.doc

SMART_GOVERNANCE_Ftacnik

Testy z CSS_2015_16

Operačná analýza 2

Axióma výberu

Man.Ins.T.42 MSY-IT-EN-FR-ES.indd

gis5 prifuk

Zásady akreditačnej komisie na posudzovanie spôsobilosti fakúlt uskutočňovať habilitačné konanie a konanie na vymenovanie profesorov

O možnosti riešenia deformácie zemského povrchu z pohladu metódy konecných prvkov konference pro studenty matematiky

Brno - Fórum automatizace 2019 Nástroje pre vývoj systémov prediktivnej údržby Michal Blaho

Informačná a modelová podpora pre kvantifikáciu prvkov daňovej sústavy SR

Hospodarska_informatika_2015_2016a

6

Snímka 1

Microsoft Word - Zaver.pisomka_januar2010.doc

NÁVRH UČEBNÝCH OSNOV PRE 1

Matematika 2 - cast: Funkcia viac premenných

Podpora metód operačného výskumu pri navrhovaní systému liniek doc. RNDr. Štefan PEŠKO, CSc. Katedra matematických metód, Fa

Microsoft Word - blahova_clanok

Kedy sa predné koleso motorky zdvihne?

ADSS2_01

Príloha P8 doc. Ing. Cyril Belavý, CSc., Ústav automatizácie, merania a aplikovanej informatiky, Strojnícka fakulta STU v Bratislave Príloha k žiadost

PowerPoint Presentation

Microsoft Word - Transparencies03.doc

Pocítacové modelovanie - Šírenie vln v nehomogénnom prostredí - FDTD

12Prednaska

Ekon Supply of labour by John Pencavel

Slide 1

Operačná analýza 2

PowerPoint Presentation

Snímka 1

SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE Fakulta informatiky a informačných technológií STU Ústav počítačových systémov a sietí ZADANIE SEMESTRÁLNE

Prezentácia programu PowerPoint

PHPR-Predbezne_opatrenia

JSJA_zbornikFEI2_V2

ŽILNSKÁ ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Univerzitný vedecký park Univerzitný vedecký park Žilinskej univerzity v Žiline ITMS Podporujeme výsk

Ness Technologies, Inc. Česká republika

TECHNICKÁ UNIVERZITA VO ZVOLENE Centrálne pracovisko Študijný program: Ekonomika a manažment lesnícko-drevárskeho komplexu Študijný odbor: Stupeň štúd

Inteligentné rozhodovacie systémy Heuristické prehľadávanie SP Október, 2018 Katedra kybernetiky

prednaska

2.5. Dotyčnica krivky, dotykový kužeľ. Nech f je krivka a nech P V (f) (t.j. m P (f) 1). Ak m P (f) = r a l je taká priamka, že I P (f, l) > r, potom

Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU

NU_ _001_

Microsoft Word - mpicv11.doc

5. XI Zderivujte a zintegrujte nasledovné funkcie: Príklady k cvičeniam z Fyziky (PEDAS) M. Gintner 1.2 Načrtnite priebeh funkcií z príkladu

TÉZY K ŠTÁTNYM ZÁVEREČNÝM SKÚŠKAM Z PREDMETU MIKRO A MAKROEKONÓMIA Bc štúdium, študijný odbor: Ľudské zdroje a personálny manažment 1. Ekonómia ako sp

Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU

Paralelné algoritmy, cast c. 2

FYZIKA I Rámcove otázky 1998

Microsoft Word - Algoritmy a informatika-priesvitky02.doc

Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU

PLYNOVÉ CHROMATOGRAFY NA ZEMNÝ PLYN 1. Vymedzenie meradiel a spôsob ich metrologickej kontroly 1.1 Táto príloha upravuje procesný plynový chromatograf

lakJLDJl

8 Cvičenie 1.1 Dokážte, že pre ľubovoľné body X, Y, Z platí X + Y Z = Z + Y X. 1.2 Dokážte, že pre ľubovoľné body A, B, D, E, F, G afinného priestoru

Snímka 1

3765_M_technika_a_prevadzka_dopravy

Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU

fadsgasga

Microsoft Word - 00_Obsah_knihy_králiková

Doplňujúce údaje k vyzvaniu č. OPII-2018/7/5-NP Zoznam iných údajov Zoznam iných údajov UPOZORNENIE: Iné údaje poskytuje prijímateľ výlučne počas impl

Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU SOCIÁLNA PSYCHOLÓGIA A PSYCHOLÓGIA PRÁCE

Microsoft Word - TeoriaMaR-pomocka2.doc

Spracovanie multimediálnych signálov I Ján Staš

1. KOMPLEXNÉ ČÍSLA 1. Nájdite výsledok operácie v tvare x+yi, kde x, y R. a i (5 2i)(4 i) b. i(1 + i)(1 i)(1 + 2i)(1 2i) (1 7i) c. (2+3i) a+bi d

Slide 1

TESTOVANIE STABILITY PROCESU POKRAČOVANIA GRADIOMETRICKÝCH MERANÍ DRUŽICE GOCE NADOL

Microsoft Word - FRI”U M 2005 forma B k¾úè.doc

Príloha č. 1 Dodatok č. 3 Materská škola, Nová 2912/2, Lieskovec Plán kontinuálneho a ďalšieho vzdelávania zamestnancov na školský rok 2017 Spr

Platný od: OPIS ŠTUDIJNÉHO ODBORU EKONOMIKA A RIADENIE PODNIKOV

Modulárny pulzný generátor

NSK Karta PDF

Microsoft Word - Praktikum_07.doc

4. Pravidlo ret azenia. Často sa stretávame so skupinami premenných, ktoré zložitým spôsobom závisia od iných skupín premenných. Pravidlo ret azenia p

Schéma zapojenia vetracej jednotky CKL 2200 bez regulácie WOLF GMBH / POSTFACH 1380 / D MAINBURG / TEL / FAX

Microsoft Word - RolyRiadeniaZmien_V1.doc

Jazykom riadená vizuálna pozornosť - konekcionistický model Igor Farkaš Katedra aplikovanej informatiky / Centrum pre kognitívnu vedu Fakulta matemati

Prepis:

PRÍSPEVOK K HYBRIDNÝM MODELOM KYBER-FYZIKÁLNYCH SYSTÉMOV A ICH IMPLEMENTÁCIA DO DISTRIBUOVANÉHO SYSTÉMU RIADENIA TUKE FEI KKUI školiteľ: Ing. Dominik Vošček doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD. 14.3.2017

ČLENENIE OBHAJOBY PÍSOMNEJ PRÁCE K DIZERTAČNEJ SKÚŠKE 1. Charakteristika a implementácia kyber-fyzikálnych systémov 2. Príklady kyber-fyzikálnych systémov 3. Formalizmus hybridných systémov 4. Matematické reprezentácie hybridných systémov 4.P Príklad hybridného systému 5. Riadenie hybridných systémov 1. 5.P Príklad riadenia hybridného systému 6. Predstavenie implementácie DCS ITS v rámci riešenia úloh pre ALICE CERN 7. Simulačné nástroje 8. Ciele dizertačnej práce

CHARAKTERISTIKA A IMPLEMENTÁCIA KYBER- FYZIKÁLNYCH SYSTÉMOV 1.

1. ČO JE KYBER-FYZIKÁLNY SYSTÉM Kyber-fyzikálny systém (Cyber-Physical System - CPS) nové štandardy týkajúce sa zložitých vnorených ( embedded) systémov integrácia výpočtových a fyzických procesov, ktorých správanie sa je definované ako kyber časťou, tak aj fyzickou časťou systému výskumné výzvy a) architektúra CPS, c) robustnosť CPS, b) bezpečnosť CPS, d) verifikácia CPS, e) modelovanie a riadenie CPS ako hybridných systémov.

1. KONCEPCIA CPS Kyber časť výpočtové platformy + digitálne siete Fyzická časť Štruktúra CPS

1. IMPLEMENTÁCIA CPS Hlavné časti implementácie CPS: Modelovanie čo systém robí. Návrh ako systém robí to čo robí. Analýza prečo sa systém správa ako sa správa.

PRÍKLADY CPS 2. 1. Distribuovaný systém riadenia na KKUI 2. Viacúčelové pracovisko nedeštruktívnej diagnostiky 3. Modelová aplikácia hydraulického systému 4. Modelová aplikácia výťahu 5. Detector Control System ALICE CERN

2.1 DSR NA KKUI AKO PRÍKLAD CPS Distribuovaný systém riadenia na KKUI

2.2 VIACÚČELOVÉ PRACOVISKO NEDEŠTRUKTÍVNEJ DIAGNOSTIKY AKO PRÍKLAD CPS riešenie úloh v rámci UVP Technicom - Centrum pre nedeštruktívnu diagnostiku technologických procesov Systém jednoduchého inverzného kyvadla s lineárnym motorom (http://kyb.fei.tuke.sk/laboratoria/modely/multikyv.php) Implementácia do DSR

2.3 MODELOVÁ APLIKÁCIA HYDRAULICKÉHO SYSTÉMU AKO PRÍKLAD CPS prepis MA do hybridného po častiach afinného systému PWA Modelová aplikácia hydraulického systému (http://kyb.fei.tuke.sk/laboratoria/modely/hyd.php) Implementácia MA do DSR

2.4 MODELOVÁ APLIKÁCIA VÝŤAHU AKO PRÍKLAD CPS obsahuje časti so spojitou dynamikou (regulácia rýchlosti kabíny), ako aj časti s diskrétnou dynamikou (výťah stojí, je v pohybe...) Modelová aplikácia výťahu (http://kyb.fei.tuke.sk/laboratoria/modely/vytah.php) Implementácia MA do DSR

2.5 INFRAŠTRUKTÚRA DCS EXPERIMENTU ALICE CERN AKO PRÍKLAD CPS projekt základného výskumu Experiment ALICE na LHC v CERN Štúdium silno interagujúc ej hmoty v extrémnyc h podmienkac h Detector Control System experimentu ALICE CERN (http://kyb.fei.tuke.sk/laboratoria/modely/cern.php)

FORMALIZMUS HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV 3.

3. HYBRIDNÝ SYSTÉM Hybridný systém (HS) Spojitá dynamika Diferenciálne rovnice Diferenčné rovnice Diskrétna dynamika Petriho siete Konečno stavové automaty

3. HYBRIDNÝ CHARAKTER DYNAMICKÝCH SYSTÉMOV Prepínanie medzi viacerými spojitými dynamikami: skákajúca loptička Hybridné riadenie termostat

3. HYBRIDNÉ AUTOMAT Y MATEMATICKÝ FORMALIZMUS Hybridný automat: n-tica H = (Q, X, f, Init, Dom, E, G, R): Q - konečná množina stavov {q 1, q 1,..., q max } X R n stavový priestor f: Q R n R n - spojitý priebeh stavového vektora x(t) Init Q X množina počiatočných stavov Dom: Q 2 X - oblasť vývoja spojitého stavu systému x(t) E Q Q množina hrán q i, q j E : G (q i, q j ) hraničné podmienky prepnutia R: E R n R n - množina prechodov Stav hybridného automatu q, x(t) Q R n

3. HYBRIDNÉ AUTOMAT Y GRAFICKÁ REPREZENTÁCIA Grafická reprezentácia hybridného automatu

3. ŠPECIFIKÁ HS HYBRIDNÁ ČASOVÁ DOMÉNA Hybridná časová doména: množina časových okamihov, počas ktorých je definované riešenie hybridného systému, konečná alebo nekonečná postupnosť intervalov. Dĺžka diskrétnej časti HS T = N Dĺžka spojitej časti HS N T = τ i τ i i=0

3. ŠPECIFIKÁ HS HYBRIDNÁ ČASOVÁ TRAJEKTÓRIA Hybridná trajektória Φ T, q, x t je riešením HS ak platí: 1. počiatočné podmienky hybridného systému q 0, x 0 Init, 2. pre vývoj diskrétnej dynamiky platí: (q(τ i+1 ), x(τ i +1 )) R(q i (τ i ), x i (τ i )), 3. pre vývoj spojitej dynamiky platí pre i: a) q : I i Q je konštantná funkcia, pokiaľ t I i, t.j. q(t) = q(τ i ), t I i b) x(t) : I i X je riešením diferenciálnej rovnice x(t) = f(q(t), x(t)) na intervale I i s počiatočnými podmienkami x(τ i ) c) pre t τ i, τ i ) platí, že x(t) Dom(q).

MATEMATICKÉ REPREZENTÁCIE HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV 4.

4. DRUHY HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV Najvýznamnejšie reprezentácie HS: 1. Diskrétne hybridné automaty ( DHA) 2. Po častiach afinné systémy ( PWA) 3. Zmiešané logicko-dynamické systémy (MLD) 4. Prepínané systémy (switched systems) 5. Lineárne komplementárne systémy (LC) 6. Rozšírené lineárne komplementárne systémy ( ELC) 7. Max-min-plus-scaling systémy (MMPS)

4.1 DISKRÉTNE HYBRIDNÉ AUTOMAT Y

4.2 PO ČASTIACH AFINNÉ SYSTÉMY Po častiach afinný systém (PWA) so spojitou dynamikou so spojitým časom t alebo s diskrétnym časom k Konvexný polyhéder:

4.3 PREPÍNACIE SYSTÉMY 4.4 ZMIEŠANÉ LOGICKO-DYNAMICKÉ SYSTÉMY 4.3 Spojitá a diskrétna dynamika prepínacieho systému: Prepínací systém ako hybridný automat pri splnení podmienok: 4.4 Matematický formalizmus zmiešaných logicko-dynamických systémov:

PRÍKLAD HYBRIDNEJ REPREZENTÁCIE SYSTÉMU 4.P

4.P HYBRIDNÝ HYDRAULICKÝ SYSTÉM MODELOVANIE (1) Fyzikálne veličiny systému: h 1 (t) h 2 (t) q in (t) výška hladiny pr vej nádoby - výška hladiny druhej nádoby prítok Parametre systému: h - výška prvej nádoby R 1 - polomer prvej nádoby F 1 (t) prierez prvej nádoby F 2 - prierez druhej nádoby k 1, k 2 - odporové konštanty VOŠČEK, D. & JADLOVSKÁ, A. Modelling and control of a cyber-physical system represented by hydraulic coupled tanks. In: Applied Machine Intelligence and Informatics (SAMI), 2017 IEEE 15th International Symposium on. IEEE, 2017.

4.P HYBRIDNÝ HYDRAULICKÝ SYSTÉM MODELOVANIE (2) Dynamika systému: Sústava rovníc pre diskrétny stav bez interakcie Sústava rovníc pre diskrétny stav s interakciou

4.P HYBRIDNÁ ČASOVÁ DOMÉNA A TRAJEKTÓRIA Hybridná časová doména a trajektória hybridného hydraulického systému:

4.P DRUHY HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV (1) Diskrétne hybridné automaty ( DHA): 1. Prepínacie afinné systémy q 1 q 2 2. Generátor udalostí 3. Konečno-stavové automaty q 1 (bez interakcie) q 2 (s interakciou) 4. Prepínač módu

4.P DRUHY HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV (2) Po častiach afinné (PWA) systémy:

RIADENIE HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV 5. 1. Supervízne hybridné riadenie + aplikačný príklad 2. Optimálne riadenie hybridných systémov 3. Prediktívne riadenie hybridných systémov

5.1 SUPERVÍZNE HYBRIDNÉ RIADENIE Nemožnosť návrhu jedného zákona riadenia: 1. referenčná trajektória dynamického systému sa skladá z niekoľkých častí výrazne odlišných typov 2. prítomnosť ohraničení akčných členov (saturácia) alebo snímačov 3. model systému obsahuje neurčitosti

5.1 SUPERVÍZNE HYBRIDNÉ RIADENIE APLIKAČNÝ PRÍKLAD Supervízne hybridné riadenie systému jednoduchého inverzného kyvadla s lineárnym synchrónnym motorom: Časový priebeh vybraných stavových veličín a akčného zásahu Bloková schéma riadenia JADLOVSKÁ, Anna; JADLOVSKÁ, Slávka; VOŠČEK, Dominik. Cyber-Physical System Implementation into the Distributed Control System. IFAC-PapersOnLine, 2016, 49.25: 31-36.

5.2 OPTIMÁLNE RIADENIE HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV Optimalizačná úloha nájdenia postupnosti riadiacich signálov: pri minimalizácii funkcionálu:

5.3 PREDIKTÍVNE RIADENIE DYNAMICKÝCH SYSTÉMOV Optimalizačný problém minimalizácie funkcionálu: Postupnosť krokov MPC: 1. v kroku k zisti stav systému x(k), 2. vyrieš optimalizačný problém, 3. na vstup do systému aplikuj prvý prvok riešenia z kroku 2: 4. ignoruj všetky ďalšie pr vky riešenia z kroku 2, 5. vráť sa na začiatok a opakuj s k = k+1.

5.3 PREDIKTÍVNE RIADENIE HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV Optimalizačný problém rovnaký ako pri MPC algoritme s rozdielom vo vektore: Explicitné prediktívne riadenie (empc)

RIADENIE HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV - PRÍKLAD 5.P

5.P RIADIACE ŠTRUKTÚRY - PRÍKLAD Riadiaca schéma optimálneho riadenia Riadiaca schéma empc

5.P OPTIMÁLNE RIADENIE HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV - PRÍKLAD

5.P PREDIKTÍVNE RIADENIE HYBRIDNÝCH SYSTÉMOV - PRÍKLAD

PREDSTAVENIE ITS V RÁMCI RIEŠENIA ÚLOH PRE ALICE CERN 6.

6. MODELOVANIE A RIADENIE DCS V RÁMCI EXPERIMENTU ALICE CERN Projekt: Experiment ALICE na LHC v CERNe: Štúdium silno interagujúcej hmoty v externých podmienkach Výskumné úlohy: a) vývoj modulov pre riadiacu infraštruktúru Inner Tracking System (ITS) v rámci DCS b) návrh komunikačnej infraštruktúr y DCS Schematické znázornenie infraštruktúry riadiaceho systému detektora

6. MODELOVANIE A RIADENIE DCS V RÁMCI EXPERIMENTU ALICE CERN Hierarchická schéma návrhu riadenia ITS: Logická schéma návrhu riadenia DCS ITS pomocou konečno stavových automatov v nástroji WinCC OA:

6. MODELOVANIE A RIADENIE DCS V RÁMCI EXPERIMENTU ALICE CERN Príklad konečno stavového automatu DCS v CERNe

SIMULAČNÉ NÁSTROJE 7.

7. SIMULAČNÉ NÁSTROJE HYSDEL Multiparametric Toolbox Hybrid Identification Toolbox PWA System Identification Toolbox Hybrid Toolbox Stateflow Toolbox

7. SIMULAČNÝ NÁSTROJ WINCC OA Konfigurácia pomocou štandardných panelov Pripojenie k DB Ovládače Repor ty Vizualizácia rôznych typov dát Archivácia a trendy