Diplomová práce se zabývá možnostmi přesného měření rychlosti a zrychlení rotačního pohybu na základě signálu z inkrementálního snímače.
Řešení tohoto problému používaná v současné průmyslové praxi neposkytují požadovanou přesnost měření, což neumožňuje uspokojit stále vyšší požadavky na kvalitu regulace. V této práci je navržena a otestována komplexní metoda zpracování signálu z levných inkrementálních snímačů, kterými jsou průmyslové pohony standardně vybaveny.
Navržená metoda využívá předzpracování signálu na programovatelném hradlovém poli FPGA a výpočetní algoritmus běžící na výkonném průmyslovém počítači. Tyto technologie se v poslední době staly cenově dostupnými i pro běžné aplikace. Výpočet rychlosti a zrychlení je realizován na bázi Kalmanova filtru pro optimální odhad stavu vhodně definovaného modelu měřeného signálu.
Anotace v angličtině
The diploma thesis analyses possibilities of precise angular velocity and acceleration measurement using an incremental encoder.
Solutions of this problem available in today's industrial systems provide poor accurancy which is not sufficient for high demands on quality of regulation. The thesis provides design and test results of a complex measurement method for signal processing from a cheap incremental encoders which is a standard equipment of motor actuators.
Proposed method uses signal preprocessing on the Field Programable Gate Array (FPGA) and computational algorithm running on high performance industrial computer. These technologies are now available at reasonable price for intended applications. Computation of velocity and acceleration is based on the Kalman filter for optimal estimation of feasible measured signal model.
Diplomová práce se zabývá možnostmi přesného měření rychlosti a zrychlení rotačního pohybu na základě signálu z inkrementálního snímače.
Řešení tohoto problému používaná v současné průmyslové praxi neposkytují požadovanou přesnost měření, což neumožňuje uspokojit stále vyšší požadavky na kvalitu regulace. V této práci je navržena a otestována komplexní metoda zpracování signálu z levných inkrementálních snímačů, kterými jsou průmyslové pohony standardně vybaveny.
Navržená metoda využívá předzpracování signálu na programovatelném hradlovém poli FPGA a výpočetní algoritmus běžící na výkonném průmyslovém počítači. Tyto technologie se v poslední době staly cenově dostupnými i pro běžné aplikace. Výpočet rychlosti a zrychlení je realizován na bázi Kalmanova filtru pro optimální odhad stavu vhodně definovaného modelu měřeného signálu.
Anotace v angličtině
The diploma thesis analyses possibilities of precise angular velocity and acceleration measurement using an incremental encoder.
Solutions of this problem available in today's industrial systems provide poor accurancy which is not sufficient for high demands on quality of regulation. The thesis provides design and test results of a complex measurement method for signal processing from a cheap incremental encoders which is a standard equipment of motor actuators.
Proposed method uses signal preprocessing on the Field Programable Gate Array (FPGA) and computational algorithm running on high performance industrial computer. These technologies are now available at reasonable price for intended applications. Computation of velocity and acceleration is based on the Kalman filter for optimal estimation of feasible measured signal model.
Seznamte se s pokročilými metodami odhadu rychlosti a zrychlení rotačního pohybu na základě standardního signálu z inkrementálního rotačního snímače (IRC) a proveďte jejich podrobnou analýzu.
Navrhněte novou metodu zpracování signálu z IRC, která vede na optimální odhad úhlové rychlosti a zrychlení.
Navrhněte hardwarový modul pro základní zpracování signálu z IRC na bázi FPGA.
Navržené řešení ověřte simulačně v programovém prostředí MATLAB. Na základě výsledků simulace sestavte optimalizovaný algoritmus zpracování signálu z IRC pro účely měření rychlosti a zrychlení.
Navržený algoritmus implementujte v jazyce C a ověřte jeho funkčnost na typických rychlostních profilech.
Ověřte funkční vlastnosti celého řetězce zpracování signálu na reálném IRC a porovnejte s teoretickými předpověďmi.
Zásady pro vypracování
Seznamte se s pokročilými metodami odhadu rychlosti a zrychlení rotačního pohybu na základě standardního signálu z inkrementálního rotačního snímače (IRC) a proveďte jejich podrobnou analýzu.
Navrhněte novou metodu zpracování signálu z IRC, která vede na optimální odhad úhlové rychlosti a zrychlení.
Navrhněte hardwarový modul pro základní zpracování signálu z IRC na bázi FPGA.
Navržené řešení ověřte simulačně v programovém prostředí MATLAB. Na základě výsledků simulace sestavte optimalizovaný algoritmus zpracování signálu z IRC pro účely měření rychlosti a zrychlení.
Navržený algoritmus implementujte v jazyce C a ověřte jeho funkčnost na typických rychlostních profilech.
Ověřte funkční vlastnosti celého řetězce zpracování signálu na reálném IRC a porovnejte s teoretickými předpověďmi.
Seznam doporučené literatury
[1] A Microprocessor-Controlled High-Accuracy Wide-Range Speed Regulator for Motor Drives (Ohmae et al - IEEE 1982)\\
[2] Velocity Estimation from Irregular, Noisy Position Measurements (Glad, Ljung - IFAC 1984)\\
[3] Estimation of Angular Velocity and Acceleration from Shaft Encoder Measurements (Bélanger - IEEE 1992)\\
[4] A Wide-Range Velocity Measurement Method for Motion Control (Tsuji et al - IEEE 2009)\\
[5] Improved Digital Tachometer With Reduced Sensitivity to Sensor Nonideality (Kavanagh - IEEE 2000)\\
[6] Odhad derivací signálu s šumem Kalmanovým filtrem (Schlegel, Večerek - KKY ZČU 2002)
Seznam doporučené literatury
[1] A Microprocessor-Controlled High-Accuracy Wide-Range Speed Regulator for Motor Drives (Ohmae et al - IEEE 1982)\\
[2] Velocity Estimation from Irregular, Noisy Position Measurements (Glad, Ljung - IFAC 1984)\\
[3] Estimation of Angular Velocity and Acceleration from Shaft Encoder Measurements (Bélanger - IEEE 1992)\\
[4] A Wide-Range Velocity Measurement Method for Motion Control (Tsuji et al - IEEE 2009)\\
[5] Improved Digital Tachometer With Reduced Sensitivity to Sensor Nonideality (Kavanagh - IEEE 2000)\\
[6] Odhad derivací signálu s šumem Kalmanovým filtrem (Schlegel, Večerek - KKY ZČU 2002)