Research description

Department of Intelligent Technologies

Head of Department:

Prof. Jan Holnicki-Szulc, Ph.D., Dr. Habil., Eng.
Subjects:

Zlec. 116 Projektowanie inteligentnych ustrojów konstrukcyjnych

Zlec. 117 Wybrane zagadnienia dynamiki maszyn i konstrukcji w diagnostyce i transporcie.

Zlec. 118 Zastosowanie nowoczesnych narzędzi informatycznych w robotyce i transporcie miejskim.

Zlec. 119 Analiza i kształtowanie klimatu akustycznego w przestrzeniach ograniczonych.

Project type:Badania statutowe
Period:2012 2012

ZLECENIE NR 116 Projektowanie inteligentnych ustrojów konstrukcyjnych.

  1. CEL BADAŃ:

    Celem badań jest zastosowanie technologii inteligentnych w systemach bezpieczeństwa, przy czym w obszarze badawczym wyróżniono następujące zakresy zadań:

    a. Systemy monitorowania obciążeń dynamicznych i stanu technicznego ustrojów,

    b. Systemy adaptacyjnej absorpcji impaktu,

    c. Wibroakustyka adaptacyjna.

  2. OPIS REALIZOWANYCH PRAC:

    ad. a. Badania w tym temacie uzasadnione są dużym zapotrzebowaniem na systemy monitorowania stanu technicznego starzejącej się infrastruktury drogowej (np. kolejowe mosty stalowe) i miejskiej (np. hale widowiskowe i sportowe, rurociągi), a także pojazdów transportowych (np. samoloty i statki).

    ad. b. Badania w tym temacie uzasadnione są dużym zapotrzebowaniem na systemy adaptacyjnej absorpcji obciążeń udarowych, przede wszystkim, jako układy antykolizyjne oraz łagodzące skutki impaktowych obciążeń użytkowych.

    ad. c. Badania w tym temacie uzasadnione są dużym zapotrzebowaniem na systemy tłumienia hałasu, np. w kabinach pojazdów (np. samochodów, samolotów, a w szczególności śmigłowców). Tam, gdzie zawodzą systemy pasywne (konieczność wytłumienia pasm o zróżnicowanej i zmiennej częstotliwości) nadzieja badaczy skupia się na koncepcjach zastosowania materiałów funkcjonalnych do adaptacyjnego tłumienia drgań.

  3. OPIS NAJWAŻNIEJSZYCH OSIĄGNIĘĆ:

    ad. a. Opracowane zostały nowe, bazujące na rozwiązaniu problemu odwrotnego, metody SHM (Structural Health Monitoring) identyfikacji obciążeń dynamicznych konstrukcji, bezmodelowej identyfikacji defektów oraz izolowania lokalnie zdefiniowanych podustrojów poddawanych powyższym analizom w cyklu publikacji dr. Łukasza Jankowskiego i w jego ukończonej rozprawie habilitacyjnej (monografia w recenzji). Wynikiem tych badań są dwie obronione (w Chinach) rozprawy doktorskie i trzecia w trakcie otwierania przewodu w IPPT, których promotorem/copromotorem jest Ł. Jankowski.

    ad. b. Obroniona została (z wyróżnieniem) praca doktorska C. Graczykowkiego poświęcona adaptacyjnym ustrojom pneumatycznym. Pozyskany został projekt NCN-OPUS  „AIA”- Adaptive Impact Absorption”, dzięki nowo opracowanej technologii wytwarzania adaptacyjnych absorberów.   Projekt NCBiR LIDER (dr. Pawłowski oraz dr. Graczykowski) zdobyty został dzięki nowo-opracowanej koncepcji wykorzystania systemów bi-stabilnych do absorpcji energii udaru.

    ad. c. Opracowano pakiet narzędzi numerycznych do modelowania zjawisk akustycznych w ośrodkach porowatych oraz do adaptacyjnej wibroakustyki.

  4. WYKORZYSTANIE UZYSKANYCH WYNIKÓW:

    ad. a. publikacje, demonstrator monitorowania obciążeń Mostu Średnicowego instalowany w Centrum Kopernika w Warszawie, demonstrator adaptacyjnego podwozia pneumatycznego do bezpilotowa, plany demonstracji multi-fizycznych problemów akustyki podwodnej.

ZLECENIE NR 117 Wybrane zagadnienia dynamiki maszyn i konstrukcji w diagnostyce i transporcie.

  1. CEL BADAŃ:

    Zlecenie obejmuje trzy zagadnienia:

    A. Badanie zjawisk dynamicznych w układach poddanych obciążeniom ruchomym i niekonserwatywnym.
    Budowa i weryfikacja modeli matematycznych i numerycznych w diagnostyce układów dynamicznych w transporcie ma na celu minimalizację drgań wywołanych obciążeniem ruchomym, bezrasowym i masowym.

    B. Diagnostyka i optymalizacja dynamiczna energetycznych układów wirujących.

    C. Aktywne sterowanie drgań układów napędu maszyn i urządzeń.

  2. OPIS REALIZOWANYCH PRAC:

    ad. A. Rozpoczęto prace dotyczące numerycznego badania wpływu drgań pochodzących od pojazdów na otoczenie, w szczególności na obiekty wrażliwe jak np. zabytki lub niestabilne konstrukcje ziemne. Zakończono prace nad programem komputerowym do symulacji przejazdu pojazdów szynowych dużych prędkości.

    ad. B. Wspólnie z partnerami z Zakładu Metod Komputerowych IPPT PAN dokonywano eksperymentów numerycznych za pomocą wcześniej zbudowanego algorytmu optymalizacyjnego do szerokiej klasy wałów maszyn wirnikowych z punktu widzenia ich zabezpieczenia przed powszechnie występującym i niebezpiecznym zjawiskiem dynamicznego, wywoływanego nadmiernymi drganiami ocierania, czyli tzw. ”rubbingu”, wirników o obudowy oraz czopów łożysk ślizgowych o panwie przy uwzględnieniu losowego charakteru wartości wybranych parametrów tych układów.  Przy wykorzystaniu  stosowanego  podejścia  już w procesie  konstruowania urządzenia można przewidzieć niebezpieczeństwo powstawania tego zjawiska przy bardzo trudnych do ustalenia na tym etapie parametrach projektowanego obiektu, takich jak sztywności i współczynniki tłumienia podpór łożyskowych czy wartości resztkowych niewywag elementów wirujących.

    ad. C. W roku 2012 kontynuowano weryfikację doświadczalną  modeli komputerowych procesu pół-aktywnego sterowania drgań skrętnych układu napędu maszyny roboczej silnikiem elektrycznym w ustalonych i nieustalonych warunkach działania. Elementami realizującymi sterowanie drganiami są obrotowe i liniowe tłumiki z cieczą magneto-reologiczną o zależnych od odpowiedzi dynamicznej badanego obiektu własnościach dyssypacyjnych. Weryfikacje przeprowadzano za pomocą dwóch stanowisk doświadczalnych w postaci laboratoryjnego i rzeczywistego układu napędu maszyny roboczej. W tym roku opracowywano i analizowane są różne algorytmy sterowania półaktywnego w celu określenia optymalnego w zadanych warunkach działania urządzenia, tj. sterowania typu 'bang-bang' oraz opartego na równaniu Riccattiego.

  3. OPIS NAJWAŻNIEJSZYCH OSIĄGNIĘĆ:

    ad. A. Nowe algorytmy obliczeniowe dotyczące symulacji ruchomych obciążeń zostały opisane w artykułach. Ukończono i wydano monografię na temat numerycznych metod obliczeniowych konstrukcji pod obciążeniem ruchomym. Zamieszczono przykładowe testowe programy komputerowe.
    Potwierdzono hipotezę o znacznej rozbieżności wyników uzyskanych przy modelowaniu układów bezmasowych i masowych. Pokazane zjawiska są w praktyce obserwowane w transporcie kolejowym i drogowym i robotyce.  
    Zbudowano stanowisko badawcze do symulacji drgań pod wpływem przejeżdżającego obciążenia inercyjnego. Wykonano wstępne próby działania.

    ad. B. W roku bieżącym koncentrowano się na uzyskaniu możliwie największej wiarygodności technicznej i efektywności obliczeniowych wypracowanych algorytmów obliczeniowych. Wynikiem realizacji tego tematu zadania A jest opublikowanie dwóch artykułów w: Mechanical Sysytems and Signal Processing (MSSP) i w CAMES oraz jednej pracy przeznaczonej do publikacji w roku 2013.

    ad. C.W roku 2012 uzyskano sprawność w rzeczywistym sterowaniu optymalnym na zasadzie pętli otwartej i rozpoczęto próby sterowania w układzie pętli zamkniętej. Wyniki tych prac zamieszczono w finalizowanej rozprawie doktorskiej mgr A. Pręgowskiej oraz w trzech artykułach naukowych, przeznaczonych do opublikowania w roku 2013.

  4. WYKORZYSTANIE UZYSKANYCH WYNIKÓW:

    Wyniki mogą być wykorzystane w transporcie kolejowym i drogowym, przemyśle maszynowym, górnictwie, oraz w robotyce.

ZLECENIE NR 118 Zastosowania nowoczesnych narzędzi informatycznych w robotyce i transporcie miejskim.

  1. CEL BADAŃ:

    a. Celem pracy było opracowanie oprogramowania dla robota mobilnego RoMeg umożliwiającego prowadzenie dalszych prac związanych z nawigacją i autonomią robota. Oprogramowanie opiera się na meta-systemie ROS (Robot Operating System (www.ros.org), który w ostatnich latach zyskuje dużą popularność w środowiskach naukowych zajmujących się robotyką mobilną.

    b. Analiza i kształtowanie pola akustycznego w przestrzeniach ograniczonych.

  2. OPIS REALIZOWANYCH PRAC:

    Prace w ppkt. 1a) składały się z kilku etapów:

    Etap I: Uruchomienie systemu operacyjnego ROS – komunikacja niskopoziomowa z robotem, określenie możliwości sterowania robota i rodzajów otrzymywanych danych, opracowanie obiektowego modelu aplikacji.

    Etap II: Opracowanie modułów programowych realizujących ruch robota po zadanej trajektorii – prace związane z kinematyką robota, implementacja regulatora PID i rozmytego, prace związane z poprawą odometrii robota.

    Etap III: Opracowanie systemu nawigacji wewnątrz budynku – obsługa dalmierza laserowego SICK, implementacja modułów odpowiedzialnych za budowę mapy.

    Wykonane prace pokazały, że wybór platformy ROS był dobrą decyzją i może mieć duży wpływ na przyspieszenie prac w kolejnych latach. Równolegle prowadzona była praca nad analizą obrazu z kamery RGB i mapy głębi z Kinecta. Tworzone było oprogramowanie analizujące dane z tych dwóch źródeł i wykorzystujące bibliotekę graficzną OpenCV do rozwiązania problemu rozpoznawania drzwi. Ten moduł ma wspomóc robota w orientacji w przestrzeni oraz w podejmowaniu właściwych akcji.

  3. OPIS NAJWAŻNIEJSZYCH OSIĄGNIĘĆ:

    Przeanalizowano (ppkt 1b) od strony teoretycznej strukturę wektorowego pola natężenia dźwięku w przestrzeni ograniczonej. Badania wykazały, że wektor części aktywnej natężenia dźwięku posiada niezerową wirowość, co świadczy o tym, że w każdej przestrzeni ograniczonej występuje rotacyjny przepływu energii akustycznej. Wyniki przeprowadzonych badań teoretycznych oraz symulacji numerycznych przedstawiono w referacie wydrukowanym w materiałach konferencji 59th Open Seminar on Acoustics (Boszkowo, 10–14.09.2012) oraz w artykule „Analytical and numerical study of acoustic intensity field in irregularly shaped room”, który został przyjęty do druku w czasopiśmie APPLIED ACOUSTICS.
    Wyznaczono funkcję Greena oraz odpowiedź impulsową dla pomieszczenia o ścianach charakteryzujących się małym współczynnikiem pochłaniania dźwięku. W analizie teoretycznej wykorzystano metodę modów własnych oraz metodę uzmienniania stałych. Uzyskane rezultaty teoretyczne pozwalają wyznaczać krzywe zaniku energii akustycznej w pomieszczeniach przy wykorzystaniu metody Schroedera, co umożliwia estymację czasu wczesnego zaniku dźwięku i czasu pogłosu. Wyniki badań przedstawiono w artykule „Acoustic behaviour of lightly damped rooms”, który został złożony do druku w czasopiśmie ACTA ACUSTICA UNITED WITH ACUSTICA.

ZLECENIE NR 119 Analiza i kształtowanie pola akustycznego w przestrzeniach ograniczonych.

  1. CEL BADAŃ:

    Badania mają na celu stworzenie zaawansowanych modeli teoretycznych do symulacji pola akustycznego w pomieszczeniach wieloprzestrzennych i ich implementacja numeryczna.

  2. OPIS REALIZOWANYCH PRAC:

    Badania w tym temacie uzasadnione są coraz bardziej rygorystycznymi wymaganiami dotyczących akustycznej jakości środowiska w obszarach ograniczonych. Osiągnięcie oczekiwanych standardów klimatu akustycznego wewnątrz budynków wymaga bowiem opracowania precyzyjnych narzędzi w postaci pakietów oprogramowania komputerowego do symulacji i kontroli parametrów akustycznych środowiska.

  3. OPIS NAJWAŻNIEJSZYCH OSIĄGNIĘĆ:

    Przeanalizowano od strony teoretycznej strukturę wektorowego pola natężenia dźwięku w przestrzeni ograniczonej. Wyniki przeprowadzonych badań teoretycznych oraz symulacji numerycznych przedstawiono w referacie wydrukowanym w materiałach konferencji 59th Open Seminar on Acoustics (Boszkowo, 10–14.09.2012) oraz w artykule „Analytical and numerical study of acoustic intensity field in irregularly shaped room”, który został przyjęty do druku w czasopiśmie Applied Acoustics. Wyznaczono funkcję Greena oraz odpowiedź impulsową dla pomieszczenia o ścianach charakteryzujących się małym współczynnikiem pochłaniania dźwięku. W analizie teoretycznej wykorzystano metodę modów własnych oraz metodę uzmienniania stałych. Wyniki badań przedstawiono w artykule „Acoustic behaviour of lightly damped rooms”, który został złożony do druku w czasopiśmie Acta Acustica united with Acustica.

  4. WYKORZYSTANIE UZYSKANYCH WYNIKÓW:

    Opracowany model teoretyczny pozwala na głębokie zrozumienie zjawisk fizycznych zachodzących w pomieszczeniach, w szczególności dotyczących przepływu energii akustycznej oraz powstawania wirów w polu aktywnego natężenia dźwięku. Wyniki badań teoretycznych oraz rezultaty symulacji numerycznych mogą znaleźć zastosowanie przy określaniu parametrów akustycznych wnętrz o nieregularnym kształcie oraz pomieszczeń sprzężonych akustycznie.