Model stíhacího letadla

Dominantou učebny MTI-TK4 v budově A je laboratorní úloha „Letadlo“. Tato úloha je zavěšena pod stropem.

Jedná se o modelu stíhacího letadla z polystyrénu a jeho závěsu. Tento model letadla je zavěšen na tyči, která je přes otočný kloub a horizontální nosník upevněn v otáčivém uložení na stropě. V kloubovém spojení je umístěn snímač úhlu natočení. V otočném uložení jsou uhlíkové kartáče a kroužky, přes které se přenáší jednak výkonový signál do motorů a jednak signál ze snímače úhlu natočení.

Po přivedení napětí na motor se model rozpohybuje a působením odstředivé síly je vychýlen od svislé osy rotace. Dlouhým závěsem a váhou makety letadla s motorem je dána dynamika, kterou je právě tato regulovaná soustava zajímavá. I když by to vypadalo, že maketa letadla zde plní jen funkci dekorační, není tomu tak. Tělo modelu klade při pohybu vzduchem odpor a tím přispívá k nelineárnímu průběhu vyosení na výkonu motoru. Dále už z principu, že se jedná o model letadla, jeho vodorovné a svislé plochy směrově stabilizují pohyb. Co však na první pohled patrné není, ačkoli se jedná o část úlohy vcelku základní, je její srdce – tedy centrum řízení a odměřování signálu. Toto je uloženo v instalační krabici pod deskou stolu v laboratoři. Obsahuje výkonný spínaný zdroj z počítače, který slouží jako zdroj napětí. Zdroj také napájí převodník analogového napětí 0–10V na PWM signál s mikrokontrolerem PIC. Toto zapojení obsahuje i výkonový člen, který napětí ze zdroje spíná do motoru v závislosti na vstupním analogovém signálu. Závěs obsahuje snímač natočení letadla od svislé osy. Jde o bezkontaktní snímač na principu Hallova jevu. Pro svoji práci vyžaduje napájení 5 V a jeho výstupním signálem je napětí v rozsahu 0–5 V.

Nutnou podmínkou k odměřování je také jeho plná kompatibilita s prostředím programu Matlab a jeho měřicí kartou. Jedná se o unifikovaný signál 0–10 V, který karta podporuje. Je tomu tak hlavně z důvodu již existujícího ovládání motoru pomocí této měřicí karty a programu Matlab.

Model tedy z hlediska automatizace je regulovaná soustava, kde regulovanou veličinou je úhel natočení závěsné tyče letadla a akční veličinou je výkonový signál přivedený do motorů letadla. Výkonový signál vedený do letadla je ovládán standardizovaným napěťovým signálem o velikosti 0–10V.

Studenti na tomto modelu provádí základní měření a zpracování dat, provádějí identifikační měření, které vede na implementaci různých forem řízení počínaje klasickou PI regulací, stavovou regulací a dalšími sofistikovanými metodami. S úlohou se studenti mohou setkat v předmětech jak bakalářského studia (ZSR), tak i navazujícího magisterského (ARI – automatické řízení, STR – stavová regulace, IDS – Identifikace dynamických systémů, ADR – Adaptivní řízení), pak i v projektech a bakalářských a diplomových pracích.