Temat: Metody sterowania drganiami układów mechanicznych.
Wykonawcy: dr hab. inż. A. Koszewnik, dr hab. E. Pawłuszewicz
Cel badań:
– opracowanie odpowiednich algorytmów sterowania drganiami wybranych konstrukcji mechanicznych zawierających szybkie elementy automatyki (piezoelektryki, łożyska magnetyczne, ciecze magneto-reologiczne).
Zakres badań:
– opracowanie modelów konstrukcji z wbudowanymi elementami wykonawczymi i pomiarowymi,
– określenie optymalnej lub quasi-optymalnej lokalizacji położenia elementów przy przyjętych kryteriach,
– zastosowanie identyfikacji eksperymentalnej celem wyznaczenia modelu matematycznego w dziedzinie czasu lub częstotliwości,
– zaprojektowanie odpowiedniego prawa sterowania konstrukcją mechaniczną,
– zaimplementowanie zaprojektowanego prawa sterowania do sterownika, w tym prawo sterowania niecałkowitego rzędu czasu rzeczywistego,
– weryfikacja eksperymentalna opracowanych algorytmów sterowania oraz wyznaczonego modelu matematycznego.
Osiągnięcia:
– opracowanie modelu matematycznego podatnej przestrzennej konstrukcji prętowej (3D) z minimalną liczbą elementów pomiarowych i wykonawczych,
– zaprojektowanie i weryfikacja eksperymentalna optymalnego prawa sterowania drganiami w dwóch prostopadłych do siebie płaszczyznach,
– uzyskanie zwiększenia siły nośnej mikro-samolotu w warstwie przyściennej przy wykorzystaniu wbudowanych w skrzydło generatorów piezoelektrycznych.
Temat: Zastosowania piezoelektryków w układach dynamicznych
Wykonawcy: dr hab. inż. A. Koszewnik
Cel badań:
– opracowanie algorytmów pozyskiwania energii elektrycznej w układach dynamicznych, wykorzystujących elementy piezoelektryczne,
– opracowanie elastycznego ramienia manipulatora sterowanego za pomocą wbudowanych w konstrukcję piezoelektrycznych elementów wykonawczych,
Zakres badań:
– opracowanie modelu elementów (prętowych, płytowych) konstrukcji z wbudowanymi elementami piezoelektrycznymi (elementy siłowe i pomiarowe),
– określenie optymalnego położenia elementów piezoelektrycznych,
– zastosowanie identyfikacji celem wyznaczenia modelu matematycznego,
– zaprojektowanie odpowiedniego prawa sterowania drganiami konstrukcji lub układami odzyskiwania energii (ang. energy harvesting),
– implementacja praw sterowania, w tym praw sterowania niecałkowitego rzędu, do procesora sygnałowego (dSpace, FPGA).
Osiągnięcia:
– wyznaczenie aktywnego modelu matematycznego siedziska kierowcy autobusu miejskiego z uwzględnieniem tłumika w postaci piezostosu,
– zaprojektowanie maty piezoelektrycznej w celu pozyskiwania energii,
– wyznaczenie modelu matematycznego prętowej konstrukcji 3D z wbudowanymi piezoelementami (piezostosy jako elementy wykonawcze),
– wyznaczenie quasi-optymalnej lokalizacji piezowstęg na płycie w celu sterowania drganiami płyty w dwóch prostopadłych do siebie płaszczyznach sterowania.
Temat: Loty grupowe bezzałogowych aparatów latających
Wykonawcy: dr inż. L. Ambroziak, dr inż. C. Kownacki, mgr inż. Arkadiusz Bożko, dr hab. inż. A. Koszewnik, dr hab. E. Pawłuszewicz
Cel badań:
– opracowanie efektywnych metod sterowania i nawigacji lotem grupowym bezzałogowych aparatów latających,
– opracowanie układów realizujących zadania stabilizacji i nawigacji bezzałogowego aparatu powietrznego (BAL),
Zakres badań:
– modelowanie dynamiki bezzałogowych aparatów latających,
– modelowania lotu roju oraz lotu w formacji,
– analiza i synteza zaawansowanych metod sterowania lotem grupowym (np. metod sterowania odpornego opartych o Unfalsified Control Theory, metod sterowania z harmonogramowaniem wzmocnień regulatora, metody sterowania adaptacyjnego, zachowań stad ptaków Reynoldsa),
– analizy symulacyjne aerodynamiki lotu grupowego,
– wykorzystanie metod lokalizacji czasu rzeczywistego (ang. RTLS) do lotów grupowych,
– badania systemu wymiany danych pomiędzy bezzałogowymi obiektami latającymi,
– implementacja opracowanych algorytmów na rzeczywistych obiektach,
– weryfikacja eksperymentalna opracowanych metod sterowania w trakcie badań Hardware in the Loop oraz prób w locie (podczas badań poligonowych),
– wytypowanie konstrukcji platformy latającej: płatowiec lub śmigłowiec w różnych wariantach konstrukcyjnych,
– opracowanie modelu matematycznego wybranej konstrukcji platformy latającej,
– wykonanie stanowisk badawczych pozwalających na identyfikację dynamiczną zespołów napędowych BAL,
– projektowanie prawa sterowania oraz weryfikacja całego układu w środowisku symulacyjnym.
Osiągnięcia:
– opracowanie własnych metod sterowania lotem grupowym małych, bezzałogowych aparatów latających w układzie płatowca
– budowa platform doświadczalnych bezzałogowych statków powietrznych typu płatowiec, śmigłowiec wielowirnikowy oraz konstrukcji hybrydowej – pionowzlotu VTOL,
– identyfikacja zespołów napędowych BAL z użyciem stanowiska pomiarowego,
– badania inercjalnych jednostek pomiarowych (IMU) służących, jako baza sprzętowa wyznaczania orientacji i położenia statku powietrznego w powietrzu,
– filtracja sygnałów pomiarowych IMU oraz estymacja orientacji i położenia BAL,
– badania cyfrowego oraz analogowego toru radiowego z uwzględnieniem różnych pasm częstotliwości oraz mocy nadawczych na potrzeby transmisji danych telemetrycznych, sterujących oraz sygnału z modułu optoelektronicznego między bazą oraz BAL,
– uruchomienie oraz dobranie nastaw sterownika lotu BAL klasy mikro typu płatowiec,
– opracowanie metody sterowania rojem bezzałogowych statków powietrznych opartej na zasadach zachowań stad ptaków,
– opracowanie metody sterowania formacją nieholonomicznych bezzałogowych statków powietrznych opartej na asymetrycznej funkcji potencjałowej,
– oparkowanie metod adaptacji asymetrycznego pola potencjałowego do poprawy jakości sterowania śledzenia pozycji przez nieholonomiczne bezzałogowe statki powietrzne.
Temat: Diagnostyka wałów w pracujących maszynach wirnikowych
Wykonawcy: dr inż. Rafał Grądzki, mgr inż. B. Bartoszewicz
Cel badań:
– opracowanie czasowo-częstotliwościowych metod wykrywania uszkodzeń wałów w pracujących maszynach wirnikowych bazujących na kwadracie wzmocnienia amplitudowego oraz różnicy przesunięć fazowych sygnałów.
Zakres badań:
– wykonanie badań wału bez uszkodzenia oraz z wprowadzonym uszkodzeniem ,
– opracowanie modelu diagnostycznego w postaci kwadratu wzmocnienia amplitudowego sygnałów,
– opracowanie modelu diagnostycznego w postaci różnicy przesunięć fazowych sygnałów,
– wyznaczenie „portretu” stanu technicznego badanych wałów.
Osiągnięcia:
– opracowanie metod wykrywania pęknięć wałów oraz aktualnej oceny stanu technicznego wału.
Temat: Układy sterowania na niejednorodnych dziedzinach czasu
Wykonawcy: dr hab. E. Pawłuszewicz, dr inż. Mirosław Kondratiuk
Cel badań:
– badanie własności liniowych i nieliniowych układów sterowania zadanych na niejednorodnych dziedzinach czasu
– badanie możliwości praktycznego wykorzystania algorytmów sterowania z niejednorodnym czasem próbkowania,
– opracowanie warunków stabilności dla układów sterowania z niejednorodnym czasem próbkowania.
– badanie własności układów z zaburzeniami na skalach czasowych
Zakres badań:
– badanie podstawowych własności liniowych i nieliniowych układów sterowania, takich jak: sterowalność, obserwowalność, realizowalność, a w zakresie nieliniowych układów sterowania – realizowalność, problem równoważności i redukowalności układów
– badanie warunków stabilności i stabilizowalności układów z zaburzeniami
– opracowanie algorytmów sterowania, w tym algorytmów pracujących w czasie rzeczywistym, wykorzystującego próbkowanie niejednorodne,
– praktyczna implementacja wybranego algorytmu w układzie mikroprocesorowym,
Osiągnięcia:
– wykazanie, że klasyczne warunki rzędu Kalmana dla sterowalności oraz dla obserwowalności można uogólnić na dowolny model czasu,
– podanie (w oparciu o faktoryzację ciągu Markowa) warunków istnienia realizacji liniowej układu sterowania,
– rozwiązanie problemu obserwowalności oraz problemu realizowalności nieliniowych układów sterowania określonych na dowolnych modelach czasu.
podanie warunków redukowalności wierszowej wielomianowego układu sterowania, podanie warunków transformowalności nieliniowych układów dyskretnych,
– opracowanie wybranych adaptacyjnych algorytmów przełączeń czasowych w układzie sterowania przy próbkowaniu niejednorodnym,
– implementacja wybranego algorytmu sterowania z niejednorodnym czasem próbkowania w układzie mikroprocesorowym.
Temat: Układy sterowania niecałkowitego rzędu
Wykonawcy: dr hab. E. Pawłuszewicz, dr hab. inż. A. Koszewnik, , mgr inż. P. Burzyński
Cel badań:
– badanie własności układów sterowania niecałkowitego rzędu
Zakres badań:
– badanie podstawowych własności liniowych i nieliniowych układów sterowania niecałkowitego rzędu, takich jak: sterowalność, obserwowalność, stabilność i stabilizowalność,
– implementacja operatorów niecałkowitego rzędu w warunkach laboratoryjnych
– badanie własności i implementacja praktyczna operatorów niecałkowitego rzędu zadanych na niejednorodnych dziedzinach czasu
Osiągnięcia:
– podanie warunków sterowalności i obserwowalności liniowych dyskretnych układów sterowania zadanych za pomocą różnych typów operatorów niecałkowitego rzędu,
– podanie warunków stabilności liniowych oraz nieliniowych dyskretnych układów sterowania niecałkowitego rzędu,
– podanie warunków obserwowalności i sterowalności nieliniowych dyskretnych układów sterowania zadanych za pomocą różnych typów operatorów niecałkowitego rzędu.
Temat: Badania diagnostyczne łopatek turbiny gazowej
Wykonawcy: dr inż. M. Bogdan
Cel badań:
– nieniszcząca ocena stanu technicznego łopatek powlekanych turbin gazowych chłodzonych i niechłodzonych.
Zakres badań:
– (warunki laboratoryjne) określenie wpływu oddziaływania podwyższonych temperatur na stan żaroodpornych powłok, strefy przejściowej (warstwa podpowierzchniowa) oraz materiału rdzenia łopatek,
– (warunki rzeczywiste) określenie wpływu oddziaływania podwyższonych temperatur i wybranych czynników eksploatacyjnych na stan żaroodpornych powłok, warstwy podpowierzchniowej oraz materiału rdzenia łopatek eksploatowanych,
– analiza mikrostruktury oraz zachodzących zmian w strukturze materiału rdzenia łopatek, warstwie podpowierzchniowej i powłoce powiązana z opisem wpływu procesów towarzyszących tym zmianom,
– badanie właściwości modyfikacji mikrostruktury najbardziej zewnętrznej warstwy-warstewki powłoki (powiązanie zmian/przemian strukturalnych ze zmianą kolorystyki powierzchni),
– akwizycja obrazu powierzchni łopatek za pomocą urządzeń rejestrujących w różnych zakresach fali elektromagnetycznej (promieniowanie podczerwone, zakres widziany), analiza przydatności i porównywanie różnego charakteru danych obrazowych do celów diagnostyki łopatek turbiny,
– zastosowaniu zawansowanych technik i metod przetwarzania i analizy różnych danych obrazowych do określenie stopnia degradacji łopatek turbin gazowych. W tym również ocena przydatności opracowywanych, własnych algorytmów analizy barwnej obrazów powierzchni łopatek turbiny gazowej,
– powiązanie zmian barwnych z parametrami charakteryzującymi powierzchnię (zewnętrzną warstwę izolacyjno-ochronną). Określenie wpływu chropowatości (geometrii powierzchni) oraz wartość parametrów topograficznych powierzchni łopatek na jakość i charakter pozyskiwanej informacji o zmianach kolorystycznych powierzchni znajdujących się w różnym stanie,
– ocena i predykcja zagrożeń oraz ryzyka i bezpieczeństwa eksploatacji łopatek turbin gazowych.
Osiągnięcia:
– opracowanie nomogramu umożliwiającego wyznaczenie progu do oceny stanu łopatek na podstawie barwy ich powierzchni,
– opracowanie metod skanowania powierzchni pod kątem określenia wielkości lokalnych pól przegrzania dla łopatek eksploatowanych w różnym stanie technicznym,
– opracowanie modeli sieci wspomagających proces decyzyjny,
– wyznaczenie zależności i związków pomiędzy parametrami obrazów powierzchni łopatek turbiny gazowej a parametrami ich mikrostruktury,
– sformułowanie podstaw metody opartej na cyfrowym przetwarzaniu obrazów powierzchni łopatek turbiny gazowej w paśmie widzialnym do obiektywnego określenia zmian stanu łopatek,
– opracowany algorytm automatycznej detekcji i pozycjonowania wymontowanych z turbiny łopatek,
– charakterystyka uszkodzeń powłoki ochronnej,
– dobór odpowiedniego modelu barwnego (reprezentacji danych obrazowych) oraz metody segmentacji danych obrazowych.
Temat: Rozpoznawanie otoczenia
Wykonawcy: dr inż. L. Ambroziak, mgr inż. A. Bożko, mgr inż. M. Żukowski
Cel badań:
– opracowanie algorytmu umożliwiającego orientację obiektu mobilnego w nieznanym otoczeniu (środowisku) na podstawie informacji wizyjnej oraz tej pochodzącej z innych czujników,
– Wykorzystywanie danych obrazowych 2D i 3D do zadań związanych z biometrią oraz lokalizacją i nawigacją niewielkich obiektów latających.
Zakres badań:
– eliminacja zakłóceń, szumów, detekcja i wyostrzanie krawędzi, dobór modelu barwnego,
– redukcja danych obrazowych (dobór metody segmentacji obrazu), rozpoznanie kształtu obiektu oraz ekstrakcja cech charakteryzujących ten kształt,
– określenie odpowiedniej (łatwo interpretowanej) reprezentacji danych (głównie analiza i przetwarzanie „chmury” punktów),
– przetwarzanie w czasie rzeczywistym informacji o otoczeniu (tworzenie i optymalizacja wyspecjalizowanych algorytmów przetwarzania i analizy obrazów oraz danych pochodzących z innych czujników w tym z kamery głębokości – chmury punktów).
– analiza sceny pod kątem wykrywania przeszkód statycznych oraz występującego ruchu (detekcja przeszkód) oraz określenie ich parametrów,
– programowanie, testowanie oraz optymalizacja opracowanych algorytmów na jednostkach mobilnych,
– fuzja danych obrazowych 3D (chmur punktów) i 2D rejestrowanych w różnych zakresach fali elektromagnetycznej;
– biometria oparta na: układzie naczyń krwionośnych, śledzeniu ruchu szkieletowego oraz cechach twarzy;
– detekcja i rozpoznawanie lądowiska oraz lokalizacja obiektu latającego względem niego.
Osiągnięcia:
– przeprowadzono symulacje i testy algorytmów: wykrywania i określenia zakresu ruchu (transformata Hougha) oraz szacowania odległości od przeszkód znajdujących się przed kamerą (przepływ optyczny wyznaczany metodami: Horna Schuncka oraz Lucasa-Kanade),
– wykorzystano dwurdzeniowy procesor Blakfin BF561 do implementacji wybranych algorytmów,
– udoskonalono dwie metody przenoszenia kodu z Matlab’a do procesora Blakfin,
– programowa akwizycja, filtracja kodowanego strumienia danych obrazowych w programie Matlab,
– opracowano algorytm telemetryczny (kamera RGB) w oparciu o wizyjną lokalizację obiektu o znanych wymiarach.
Temat: Elektromagnetyczne i kinetyczne wyrzutnie startowe dla bezzałogowych aparatów latających
Wykonawcy: dr inż. M. Kondratiuk
Cel badań:
– opracowanie koncepcji i konstrukcji zautomatyzowanej wyrzutni magnetycznej oraz kinetycznej dla bezzałogowych aparatów latających (BAL).
Zakres badań:
– analiza różnych koncepcji konstrukcyjnych wyrzutni stosowanych przy wspomaganiu startu BAL,
– projektowanie, modelowanie dynamiki i optymalizacja konstrukcji wyrzutni, magnetycznej oraz kinetycznej
– weryfikacja poszczególnych kroków projektowych poprzez pomiary laboratoryjne parametrów wyznaczonych numerycznie (weryfikacja i walidacja),
– konstrukcja prototypu i wykonanie wyrzutni magnetycznej dla BAL,
– testy laboratoryjne i poligonowe skonstruowanego urządzenia.
Osiągnięcia:
– potwierdzenie możliwości zrealizowania konstrukcji wyrzutni dla statków powietrznych o masie do 25 kg,
– rozwiązanie licznych problemów obliczeniowych i konstrukcyjnych związanych z realizacją prototypów wyrzutni szynowej oraz wyrzutni cewkowej,
– uzyskanie patentu na Kinetyczną wyrzutnię startową dla bezzałogowych statków powietrznych klasy średniej.
Temat: Diagnozowanie wycieków z rurociągów przesyłowych cieczy i sieci wodociągowych
Wykonawcy: dr inż. P. Ostapkowicz
Cel badań:
– opracowanie metod i algorytmów diagnozowania wycieków z rurociągów przesyłowych cieczy, bazujących na pomiarach zmiennych procesowych (przepływu, ciśnienia), z uwzględnieniem różnych przypadków operacyjnych,
– opracowanie metod diagnozowania wycieków z sieci wodociągowych, bazujących na pomiarach zmiennych procesowych (przepływu, ciśnienia), z uwzględnieniem różnych przypadków operacyjnych i sterowania ciśnieniem w sieci,
– wykorzystanie niestandardowych rozwiązań, których istotę stanowi pozyskiwanie nowych informacji diagnostycznych.
Zakres badań:
– opracowanie modułowego systemu diagnostycznego przecieków,
– przeprowadzenie eksperymentów z wykorzystaniem instalacji badawczych: stanowiska z modelowym rurociągiem (o łącznej prawie 400-metrowej długości rur o średnicy DN40) i stanowiska z modelową siecią wodociągową (z przewodami magistralnymi DN25, DN20 i rozdzielczymi DN16, o łącznej długości 160-ciu metrów),
– analiza wyników, z uwzględnieniem stopnia podobieństwa obiektów modelowych do obiektów rzeczywistych.
Osiągnięcia:
– opracowanie nowej metody diagnozowania wycieków z rurociągów opartej na zastosowaniu nowych urządzeń pomiarowych – korektorów,
– opracowanie algorytmów do wykrywania i lokalizowania nieszczelności z rurociągów przesyłowych cieczy, w tym zakresie zmiany punktu pracy i wystąpienia mnogich (podwójnych) nieszczelności,
– opracowanie modeli laboratoryjnej sieci wodociągowej,
– opracowanie konstrukcji układów do zadawania symulowanych poborów i wycieków na obiektach typu rurociągi i sieci wodociągowe.