AUTOREFERAT. ZAŁĄCZNIK 2. do Wniosku

Transkrypt

1 ZAŁĄCZNIK 2. do Wniosku AUTOREFERAT przedstawiający opis dorobku i osiągnięć naukowych, w szczególności określonych w art. 16 ust. 2 ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki Dr inż. Jarosław Konieczny jaroslaw.konieczny@agh.edu.pl Kraków, październik 2014 Katedra Automatyzacji Procesów Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Al. Mickiewicza 30, paw. B-2, Kraków

2 Spis treści 1. Imię i Nazwisko Posiadane dyplomy, stopnie naukowe Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu Wskazanie osiągnięcia naukowego Tytuł osiągnięcia naukowego Wykaz prac naukowych stanowiących jednotematyczny cykl publikacji Charakterystyka osiągnięcia naukowego Omówienie prac stanowiących jednotematyczny cykl publikacji Modelowanie sterowanych układów redukcji drgań Wskaźniki jakości stosowane do oceny sterowanych zawieszeń Synteza praw sterowania dla wybranych zawieszeń Wyniki badań laboratoryjnych wybranych struktur sterowanych zawieszeń Indywidualny wkład wnioskodawcy w rozwój dyscypliny oraz udział procentowy Podsumowanie Pozostałe osiągnięcia naukowo-badawcze Autorstwo i współautorstwo w publikacjach naukowych Uczestnictwo w konferencjach tematycznych Patenty Udział w realizacji naukowych projektów badawczych Udział w realizacji umów z ośrodkami przemysłowymi Staże zagraniczne Działalność dydaktyczna Działalność organizacyjna Redakcja i recenzowanie publikacji w czasopismach naukowych Indeksy cytowań Strona 2 z 40

3 1. Imię i Nazwisko Jarosław Konieczny 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej Uzyskany tytuł: Technik elektronik Technikum Energetyczne im. Tadeusza Kościuszki w Krakowie Specjalność: Elektronika ogólna Rok ukończenia: 1992 r. Uzyskany tytuł: Magister inżynier Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Automatyzacji Procesów Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn Specjalność: Automatyka i Metrologia Temat pracy dyplomowej magisterskiej: Sterowanie adaptacyjne w aktywnych układach redukcji drgań mechanicznych Promotor: Prof. dr hab. inż. Janusz Kowal, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Data obrony: r. Uzyskany stopień: Doktor nauk technicznych Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Dyscyplina naukowa: Automatyka i Robotyka Specjalność: Sterowanie w układach mechanicznych Temat pracy doktorskiej: Aktywne zawieszenie pojazdu z ograniczonym zużyciem energii Promotor: Prof. dr hab. inż. Janusz Kowal, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Recenzent: Prof. dr hab. inż. Zenon Hendzel, Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza Recenzent: Prof. dr hab. inż. Bogdan Sapiński, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Data obrony: r. Praca wyróżniona decyzją Rady Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademii Górniczo Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu Od 1 października 1998 r. do 2 października 2006 r. na stanowisku asystenta w Katedrze Automatyzacji Procesów na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie. Strona 3 z 40

4 W latach nauczyciel akademicki w Wyższej Szkole Biznesu i Przedsiębiorczości w Ostrowcu Świętokrzyskim na stanowisku asystent. W zakresie obowiązków prowadzenie zajęć dydaktycznych (wykłady - według autorskich programów oraz zajęcia laboratoryjne) z przedmiotów: Podstawy informatyki, Bazy danych, Arkusz kalkulacyjny, Automatyzacja prac biurowych, Projektowanie stron WWW, Sieci komputerowe oraz Lokalne sieci komputerowe. W latach własna działalność gospodarcza pod nazwą INFOKON Jarosław Konieczny. Przedmiotem działalności firmy było prowadzenie szkoleń informatycznych w zakresie oprogramowania i sprzętu, usługi informatyczne, projektowanie i wykonawstwo systemów automatyki. W latach nauczyciel w Prywatnym Medycznym Studium Zawodowym Techniki Farmaceutycznej w Krakowie. W zakresie obowiązków prowadzenie zajęć dydaktycznych z przedmiotu Informatyka i technika komputerowa w aptece według autorskiego programu. Od 2 października 2006 r. na stanowisku adiunkta w Katedrze Automatyzacji Procesów na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie. 4. Wskazanie osiągnięcia naukowego Osiągnięcie naukowe wynikające z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.): 4.1. Tytuł osiągnięcia naukowego Jako osiągniecie naukowe, stanowiące znaczący wkład w rozwój dyscypliny naukowej Automatyka i Robotyka określonym w art. 16. ust. 2 Ustawy, przedstawiam jednotematyczny cykl publikacji pod zbiorczym tytułem: Analiza i Synteza Układów Sterowania Drganiami z Uwzględnieniem Parametrów Energetycznych Wykaz prac naukowych stanowiących jednotematyczny cykl publikacji Cykl publikacji jednotematycznych tworzących wskazywane osiągnięcie naukowe obejmuje następujące artykuły opublikowane w czasopismach naukowych o zasięgu krajowym i zagranicznym 1 : [1] J. Konieczny, J. Kowal, J. Pluta, A. Podsiadło, Laboratory research of the controllable hydraulic damper, Engineering Transactions. 54 (2006) punkty MNiSW: (4 pkt), liczba cytowań WOS (0), PP (10) 1 Wartości IF zostały wyznaczone na podstawie 5-Year Impact Factor podawanego przez Thomson Reuters w Journal Citation Reports. Punkty MNiSW są wykazane na podstawie listy z roku publikacji. Liczbę cytowań podano według baz: Web of Science (WOS) i Publish or Perish (PP). Oświadczenia współautorów prac cyklu jednotematycznego, określające indywidualny wkład każdego z nich w jej powstanie - przedstawiono w załączniku 6 do wniosku. Strona 4 z 40

5 [2] J. Konieczny, Modelling of the Electrohydraulic Full Active Vehicle Suspension, Engineering Transactions. 56 (2008) punkty MNiSW: (4 pkt), liczba cytowań WOS (0), PP (9) [3] J. Konieczny, Laboratory tests of active suspension system, Journal of KONES. 18 (2011) punkty MNiSW: (9 pkt), liczba cytowań WOS (0), PP (2) [4] J. Konieczny, J. Kowal, W. Raczka, M. Sibielak, Bench Tests of Slow and Full Active Suspensions in Terms of Energy Consumption, Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control. 32 (2013) IF: 0,283, punkty MNiSW: (15 pkt), liczba cytowań WOS (1), PP (2) [5] M. Sibielak, J. Konieczny, J. Kowal, W. Raczka, D. Marszalik, Optimal Control of Slow- Active Vehicle Suspension - Results of Experimental Data, Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control. 32 (2013) IF: 0,283, punkty MNiSW: (15 pkt), liczba cytowań WOS (1), PP (3) [6] M. Sibielak, W. Raczka, J. Konieczny, J. Kowal, Optimal control based on a modified quadratic performance index for systems disturbed by sinusoidal signals, Mechanical Systems and Signal Processing. Artykuł złożony do publikacji. IF: 2.623, punkty MNiSW: (45 pkt), liczba cytowań WOS (0), PP (0) [7] J. Kowal, J. Pluta, J. Konieczny, A. Kot, Energy Recovering in Active Vibration Isolation System Results of Experimental Research, Journal of Vibration and Control. 14 (2008) IF: 1.736, punkty MNiSW: (20 pkt), liczba cytowań WOS (6), PP (12) [8] M. Sibielak, W. Raczka, J. Konieczny, Modified Clipped-LQR Method for Semi-Active Vibration Reduction Systems with Hysteresis, Solid State Phenomena. 177 (2011) punkty MNiSW: (20 pkt), liczba cytowań WOS (5), PP (8) [9] W. Raczka, M. Sibielak, J. Kowal, J. Konieczny, Application of an SMA Spring for Vibration Screen Control, Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control. 32 (2013) IF: 0,283, punkty MNiSW: (15 pkt), liczba cytowań WOS (1), PP (3) [10] J. Konieczny, J. Pluta, A. Podsiadło, Technical condition diagnosing of the cableway supports foundations, Acta Montanistica Slovaca. 13 (2008) IF: 0.133, punkty MNiSW: (2 pkt), liczba cytowań WOS (3), PP (4) Uwaga: Sumaryczny wskaźnik Impact Factor (IF) dla artykułów z czasopism [1-10] z wyłączeniem pozycji [6] wynosi Sumaryczna liczba cytowań według WOS wynosi (17), a według PP wynosi (53). Wskaźniki te podano wyłącznie dla prac obejmujących jednotematyczny cyklu publikacji. Strona 5 z 40

6 4.3. Charakterystyka osiągnięcia naukowego Wprowadzenie do układów sterowania drganiami Idea aktywnych metod redukcji drgań została sformułowana w latach trzydziestych dwudziestego wieku i zastosowana do zredukowania natężenia niepożądanych dźwięków. Ze względu na rozwój metod przetwarzania sygnałów w praktycznych aplikacjach układów redukcji drgań mechanicznych jest podejmowana dopiero od lat osiemdziesiątych dwudziestego wieku. W Polsce w 1993 roku odbyła się pierwsza konferencja naukowa Active Noise and Vibration Control Methods, MARDiH obejmująca swoim zakresem tematykę aktywnych metod redukcji drgań. Ciągły postęp technologiczny otwiera szersze możliwości w zakresie układów sterowania drganiami zwłaszcza w aspekcie wdrażania nowych mechatronicznych elementów wykonawczych. Głównym czynnikiem ograniczającym stosowanie w praktyce układów sterowania drganiami jest ich wysoki koszt wykonania i eksploatacji. Dlatego też podjąłem prace związane z identyfikacją źródeł wysokich kosztów eksploatacyjnych, przede wszystkim biorąc pod uwagę energochłonność tych układów. Podjąłem badania nad ograniczeniem zapotrzebowania na energię zewnętrzną na drodze modyfikacji struktury rozważanych układów oraz nad minimalizacją zużycia energii poprzez dobór i dostrojenie odpowiedniego prawa sterowania. O ciągłej potrzebie rozwijania technik sterowania drganiami piszą autorzy książki pt. Aeronautical Technologies for the Twenty- First Century. W monografii tej autorzy wiążą nadzieję z rychłym rozwojem aktywnych metod redukcji drgań dzięki rozwojowi takich technologii, jak nowe rozwiązania czujników i aktuatorów dla wysokich częstotliwości oraz rozwój teorii sterowania w kierunku praw sterowania dedykowanych dla aktywnych metod redukcji drgań. Sterowanie drganiami to obszar nauki obejmujący zbiór zagadnień związanych z układami drgającymi, w których w celu ich kontroli wprowadzono dodatkowy sterowany element wykonawczy. Sterowanie tym elementem realizuje się zgodnie z prawem sterowania, które może być wybrane tak, aby: redukować drgania w jak największym stopniu, wzmacniać je lub kontrolować na ściśle określonym poziomie. Do realizacji zadania sterowania drganiami niezbędne jest wprowadzenie do układu dodatkowego elementu wykonawczego nazywanego aktuatorem. W przedstawionym jednotematycznym cyklu publikacji większość moich prac dotyczy redukcji drgań pojazdów z zastosowaniem sterowanych zawieszeń. Pozostałe prace dotyczą kontroli drgań na odpowiednim poziomie oraz metod ich oceny. Duża część moich prac dotyczy modelowania zarówno elementów wykonawczych stosowanych w układach sterowania drganiami, jak i całych układów sterowanych zawieszeń. Zawieszenia historycznie dzielone są na pasywne i sterowane, a te z kolei mogą być semi-aktywne lub aktywne. Jeżeli do zawieszenia nie jest dostarczana energia z zewnątrz w celu zminimalizowania drgań to mówimy, że jest ono pasywne. Natomiast sterowane zawieszenia można sklasyfikować według dwóch kryteriów: ze względu na energię wejściową dostarczaną do nich oraz ze względu na pasmo częstotliwości działania elementu wykonawczego. Jeżeli dostarczamy energię z zewnątrz do zasilania układu generującego siłę w celu redukcji drgań, to mówimy o zawieszeniu aktywnym. W przypadku, gdy energia ta Strona 6 z 40

7 jest dostarczana w celu sterowania parametrami zawieszenia, np. współczynnikiem sztywności lub tłumienia wiskotycznego, to mamy do czynienia z zawieszeniem semiaktywnym. Klasyfikacja ze względu na pasmo częstotliwości mówi o relacjach pomiędzy częstotliwością zakłócenia a częstotliwością graniczną określającą pasmo działania elementu wykonawczego. Na przestrzeni ostatnich lat powstało wiele klasyfikacji zawieszeń sterowanych. Autor skłania się do wyodrębnienia pięciu rodzajów zawieszeń sterowanych uszeregowanych pod względem zapotrzebowania na energię zewnętrzną: 1. zawieszenia adaptacyjne, 2. zawieszenia semi-aktywne, 3. zawieszenia typu load leveling, 4. zawieszenia typu slow-active (struktura szeregowa), 5. zawieszenia typu full-active (struktura równoległa). Pierwsze dwa typy to zawieszenia, w których skuteczną redukcję drgań uzyskuje się dzięki sterowanej zmianie takich parametrów, jak tłumienie wiskotyczne lub sztywność sprężyny. W układach tych energia dostarczana do sterowanego zawieszenia służy wyłącznie zmianom parametrów układu drgającego. Różnica pomiędzy tymi zawieszeniami polega na zakresie częstotliwości działania elementu wykonawczego. Układy adaptacyjne ograniczają się wyłącznie do wolnych zmian (poniżej 5 Hz) i dostosowują się do nich przykładowo adaptują się do zmian rodzaju nawierzchni z szutrowej na asfaltową. Natomiast zawieszenia semi-aktywne redukują drgania w szerokim przedziale częstotliwości, a element wykonawczy charakteryzuje się pasmem działania nawet do 40 Hz. Zawieszenia load leveling, slow-active i full-active charakteryzują się tym, że energia zasilająca układ generujący siłę jest wykorzystywana do zmniejszenia amplitudy drgań. Skuteczność redukcji drgań w przypadku tych trzech zawieszeń jest większa niż w przypadku układów adaptacyjnych i semi-aktywnych. Pierwszym z układów, w których mamy do czynienia z dostarczaniem energii do aktuatora aktywnego zawieszenia w celu generowania sił o tym samym kierunku, co zakłócenie od drogi lecz przeciwnym zwrocie, jest układ load leveling. W układzie tym energia dostarczana do zasilania elementu wykonawczego zamieniana jest na pracę wykonywaną w celu kompensacji przechyłów lub ugięcia zawieszenia w stanie ustalonym. Kolejnymi układami, w których aktuatory generują siłę wykonującą pracę ukierunkowaną na redukcję drgań są zawieszenia slow-active i full-active. Podstawową różnicą między tymi strukturami jest umiejscowienie elementu wykonawczego (aktuatora). W strukturze full-active aktuator jest połączony ze sprężyną równolegle, a w slow-active szeregowo. Budowa tych struktur powoduje, że dla układu slow-active oczekiwane pasmo częstotliwości działania aktuatora jest ograniczone w stosunku do struktury full-active. Ze względu na potencjalnie większą skuteczność wibroizolacji, w moich pracach zajmowałem się głównie dwiema strukturami zawieszeń: full i slow-active. Zastosowanie aktywnych układów redukcji drgań w pojazdach kojarzy się bezpośrednio z dużym zapotrzebowaniem na energię zewnętrzną. Jest to najistotniejszy Strona 7 z 40

8 parametr ograniczający szerokie stosowanie sterowanych zawieszeń w pojazdach, dlatego w swoich badaniach zwróciłem szczególną uwagę na zagadnienia energetyczne. W literaturze rozważanych jest wiele strategii sterowania aktywnym zawieszeniem, a większość rozwiązań skupia się na efektywności izolacji od drgań. W przypadku klasycznych pasywnych zawieszeń pojazdów kołowych rozważa się także kierowalność pojazdem, trzymanie się drogi oraz ochronę nawierzchni. Jednak niewiele jest prac poruszających tę tematykę dla zawieszeń sterowanych oraz tematykę zapotrzebowania na energię aktywnych układów redukcji, szczególnie w kontekście efektywności wibroizolacji. Większość badań dotyczących zapotrzebowania na energię zewnętrzną dla aktywnych układów zawieszeń pojazdów ogranicza się do badań symulacyjnych. W sterowanych układach zawieszeń przeznaczonych dla przemysłu motoryzacyjnego zasadniczym zadaniem sterowania jest zmniejszenie odziaływań dynamicznych wywołanych nierównościami drogi. Odziaływania te traktowane są w układzie sterowania drganiami jako zakłócenie. W zależności od przyjętego modelu obiektu zakłócenie jest definiowane jako przemieszczenie lub siła odziaływująca na obiekt sterowania, którym jest aktywne zawieszenie. Jest ono rozpatrywane jako zakłócenia losowe o rozkładzie normalnym i funkcji gęstości widmowej mocy zależnej od klasy drogi. Z tego powodu istotne jest uwzględnienie zmieniającego się charakteru zakłóceń na etapie syntezy prawa sterowania. Dodatkowym problemem jest różna lokalizacja oddziaływania zakłócenia i siły sterującej generowanej przez element aktywny. Układy takie w literaturze określane są jako non-collocated systems. Zakłócenia dla sterowanych zawieszeń pojazdów są na ogół trudno mierzalne, a stosowane w praktyce aktywne elementy wykonawcze posiadają ograniczoną dynamikę i często opisywane są nieliniowymi równaniami różniczkowymi. Techniki syntezy praw sterowania drganiami stosowane są także w przypadku generatorów drgań. Zaproponowane w jednotematycznym cyklu publikacji metody analizy i oceny układów drgających stosuje się również w układach diagnostyki np. konstrukcji budowlanych. Indywidualny wkład autora W jednotematycznym cyklu publikacji opracowałem nowe i oryginalne podejście (niepublikowane dotychczas w literaturze światowej) do analizy i syntezy układów sterowania drganiami, a w szczególności zawieszeń pojazdów. Podejście to oprócz efektywności redukcji drgań uwzględnia zapotrzebowanie na zewnętrzną energię zasilającą element aktywny, które do tej pory nie było brane pod uwagę w układach aktywnych zawieszeń. Przedstawione metody analizy i syntezy praw sterowania zaimplementowałem w sterownikach czasu rzeczywistego dla obiektów laboratoryjnych i przebadałem na drodze eksperymentalnej, co potwierdziło ich efektywność w praktycznych zadaniach sterowania drganiami. Znaczący wkład przedstawionego osiągnięcia naukowego w rozwój nauki z zakresu analizy sygnałów, teorii sterowania i mechaniki polega na zdefiniowaniu zestawu autorskich wskaźników służących do oceny układów sterowania drganiami. Wskaźniki te umożliwiają Strona 8 z 40

9 ocenę nieliniowych układów sterowania drganiami zarówno pod względem przenoszenia drgań, jak i zapotrzebowania na energię zewnętrzną niezbędną do zasilania aktywnego elementu wykonawczego. Stanowią one podstawę do formułowania praw sterowania. Ze względu na swoją istotę, układy sterowania drganiami podlegają specyficznym przeciwstawnym kryteriom oceny. Z jednej strony w celu maksymalizacji redukcji lub wzmocnienia drgań w całym zakresie rozpatrywanych częstotliwości potrzebna jest jak największa energia zastosowana do zasilania elementu wykonawczego. Z drugiej strony duże zapotrzebowanie na zewnętrzną energię stanowi istotny czynnik, ograniczający w praktyce powszechne zastosowanie układów sterowania drganiami. Dla pojazdów kołowych kolejne wskaźniki będące w sprzeczności z wyżej wymienionymi to: kierowalność pojazdem, trzymanie się drogi i ochrona nawierzchni. Osiągnięcie kompromisu pomiędzy tymi przeciwstawnymi wskaźnikami jest podstawowym zadaniem realizowanym przez aktywny układ zawieszenia. W pracach złożonych jako jednotematyczny cykl publikacji przedstawiłem między innymi analizę i badania dwóch odmiennych struktur sterowanego zawieszenia pojazdu: slow-active i full-active. Wykazałem, że ze względu na efektywność redukcji drgań wybór struktury mechanicznej zawieszenia (przy założeniu, że obiekt jest sterowalny) ma drugorzędne znaczenie. Jednakże z przeprowadzonych przeze mnie badań wynika, że struktury te różnią się zapotrzebowaniem na energię z zewnętrznego źródła zasilania. Elementy wykonawcze zastosowane w rozważanych zawieszeniach zamodelowałem uwzględniając ich nieliniowy charakter. Aktuatory stosowane w układach sterowania drganiami opisywane są zwykle nieliniowymi równaniami różniczkowymi. Często też sam obiekt sterowania ma nieliniowy charakter, dlatego synteza efektywnych algorytmów sterowania stanowi duże wyzwanie. W takim przypadku synteza nieliniowych układów regulacji jest pierwszym narzucającym się rozwiązaniem. Wyznaczenie optymalnego prawa sterowania w przypadku nieliniowości występujących w rozważanych układach wykonawczych jest zadaniem o dużej złożoności obliczeniowej. Z uwagi na moc obliczeniową sterownika nie jest to efektywne podejście do realizacji procesu sterowania. Najczęściej spotykanym sposobem rozwiązania problemu syntezy prawa sterowania obiektem nieliniowym jest linearyzacja modelu. Dla rozpatrywanych sterowanych zawieszeń pojazdów z hydraulicznym siłownikiem kontrolowanym za pomocą serworozdzielacza przepływowego, przeprowadziłem syntezę nieliniowych modeli matematycznych. W odróżnieniu od klasycznej metody linearyzacji w punkcie pracy, zaproponowałem metodę linearyzacji po dopuszczalnych trajektoriach systemu w przedziale pracy dla realnych zakresów wartości zmian ograniczonego wektora stanu. W przypadku, gdy nieliniowa funkcja nie jest różniczkowalna w punkcie pracy, zaproponowana metoda stanowi rozwiązanie problemu linearyzacji nieliniowego modelu zawieszenia. Ponadto ze względu na linearyzację w zakresie pracy zaproponowana metoda daje lepsze przybliżenie modelu nieliniowego za pomocą modelu zlinearyzowanego. Przedłożone w jednotematycznym cyklu osiągnięcia zostały potwierdzone eksperymentalnie i stanowią mój znaczny wkład badawczy w rozwój dyscypliny naukowej Strona 9 z 40

10 Automatyka i Robotyka. Osiągnięcia te związane są głównie z praktyczną realizacją zaproponowanych metod sterowania. Zbudowałem stanowiska badawcze, które pozwalają na doświadczalną weryfikację prowadzonych przeze mnie rozważań teoretycznych i symulacyjnych. Obejmują one opracowanie metod pomiaru i sterowania oraz ich implementację na sterowniki czasu rzeczywistego (RT) oraz reprogramowalne układy FPGA. Układy FPGA używane były do sprzętowej realizacji wybranych algorytmów krytycznych ze względu na czas wykonania i wymaganą niezawodność działania sterownika. Opracowane układy sterowania drganiami były badane na specjalnie zaprojektowanych do tego celu stanowiskach badawczych, których jestem pomysłodawcą i głównym projektantem. Laboratoryjne badania fizycznych modeli układów sterowania drganiami potwierdziły wysoką skuteczność zaproponowanego podejścia zarówno do układów redukcji, jak i kontrolowania drgań. Szczegółowy opis rezultatów osiągniętych w ramach jednotematycznego cyklu publikacji przedstawiłem poniżej w części Omówienie prac stanowiących jednotematyczny cykl publikacji. Prace wykazane w jednotematycznym cyklu zostały opublikowane (z wyjątkiem [6], która w okresie opracowania niniejszego wniosku jest w trakcie publikacji) w czasopismach naukowych o zasięgu międzynarodowym, tematycznie ukierunkowanych na zagadnienia poruszane w poszczególnych publikacjach. Cykl ma następującą strukturę: artykuły (3 szt.) opublikowane w wysoko notowanych czasopismach wydawanych pod patronatem Polskiej Akademii Nauk (są to prace powstałe przed opublikowaniem Rozporządzenia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia w sprawie kryteriów oceny osiągnięć osoby ubiegającej się o nadanie stopnia doktora habilitowanego) artykuły (6 szt.) w czasopismach znajdujących się w bazie Journal Citation Reports (JCR) tzw. lista filadelfijska, artykuł w tematycznym czasopiśmie naukowym zamieszczonym w części B wykazu czasopism MNISW za rok Omówienie prac stanowiących jednotematyczny cykl publikacji Przedstawione prace stanowią syntezę wyników moich badań przeprowadzonych w latach Inspiracją dla prac naukowo-badawczych prowadzonych przeze mnie po uzyskaniu tytułu doktora był wieloletni program badawczy realizowany w Katedrze Automatyzacji Procesów. Jednotematyczny cykl publikacji zaplanowałem tak, aby rezultatem badań była wiedza, praktyka i doświadczenie niezbędne do zaprojektowania, wykonania i poprawnej eksploatacji sterowanego zawieszenia pojazdu. W trakcie prowadzenia badań realizowanych głównie w ramach projektów badawczych powstało wiele prac, których wyniki pozwoliły na zastosowanie i realizacje praktyczne układów sterowania drganiami. Istotnym problemem poruszanym w moich publikacjach związanych z technikami sterowania drganiami jest uwzględnienie zależności energetycznych zarówno na etapie syntezy prawa sterowania, jak i zapotrzebowania na zewnętrzną energię niezbędną do Strona 10 z 40

11 osiągnięcia założonego efektu kontrolowania drgań. Zagadnienia energetyczne są bardzo rzadko poruszane w tematyce sterowania drganiami. W bazie Web of Science na blisko 3000 prac dotyczących sterowania drganiami tylko w 345 pracach poruszane są zagadnienia energetyczne. Spośród tych 345 prac większość rozważań energetycznych dotyczy rozpraszania energii w układach sterowania drganiami lub jej odzyskiwania, natomiast aspekt zapotrzebowania na zewnętrzną energię jest w większości prac pomijany, a jest to przecież jeden z głównych elementów stanowiących o kosztach eksploatacji dla zawieszeń sterowanych. W moich pracach przedstawianych jako jednotematyczny cykl publikacji wyróżnić można wspólne elementy charakteryzujące się jednolitym podejściem do realizacji układu sterowania drganiami. Wyodrębniłem cztery etapy budowy systemu sterowania drganiami: 1. modelowanie sterowanych układów redukcji drgań, 2. zdefiniowanie wskaźników do oceny jakości sterowania oraz sformułowania prawa sterowania, 3. synteza prawa sterowania, 4. badania symulacyjne i eksperymentalne na modelach fizycznych z zastosowaniem sterowników rzeczywistych. Poniżej scharakteryzowano zrealizowany cykl jednotematyczny pod kątem wymienionych wyżej etapów budowy systemu sterowania drganiami. Modelowanie sterowanych układów redukcji drgań W pracach [1,2] skoncentrowałem się na modelowaniu zarówno elementów wykonawczych stosowanych do sterowanych układów redukcji drgań jak i całych systemów redukcji drgań. Znajomość modeli matematycznych wyznaczonych na drodze analitycznej, jak i na podstawie identyfikacji modeli eksperymentalnych ma bardzo istotne znaczenie szczególnie przy syntezie praw sterowania dla aktywnych i semi-aktywnych układów redukcji drgań według zaproponowanej metody badawczej. W pracy [1] podjąłem tematykę hydraulicznych tłumików drgań stosowanych w różnego rodzaju zawieszeniach pojazdów. Rozważania prowadziłem głównie w aspekcie: wpływu parametrów związanych z nastawianiem siły tłumienia na własności układu oraz ilości rozpraszanej energii. Badania przeprowadziłem na przykładzie tłumika doświadczalnego o sterowanych parametrach. W publikacji tej przedstawiłem sposoby opisu właściwości tłumików w postaci modeli parametrycznych oraz metody ich identyfikacji. Zasadniczą część pracy [1] stanowi opis badań laboratoryjnych. Zilustrowałem je szeregiem charakterystyk, umożliwiających porównanie właściwości statycznych i dynamicznych tłumika sterowanego. Moim autorskim wkładem jest zaproponowana i opisana w artykule oryginalna metoda wyznaczania zastępczych współczynników tłumienia na podstawie zależności energetycznych badanych tłumików laboratoryjnych. W celu wyznaczenia parametrów przedstawionych w pracy modeli wykonałem układ pomiarowy i sterujący. Badania prowadziłem z zastosowaniem środowisk programistycznych takich, jak Matlab, LabVIEW. Strona 11 z 40

12 Zastosowanie amortyzatora o sterowanej sile tłumienia pozwala na kształtowanie charakterystyk częstotliwościowych zawieszenia. Dzięki zmiennej (sterowanej) sile można uzyskać wymagany przebieg charakterystyki w zakresie ograniczonym parametrami nominalnymi. Jak wspomniałem wcześniej, najczęściej rozważanymi układami aktywnych zawieszeń pojazdów są struktury równoległa i szeregowa (full-active i slow-active). Zaletą zaproponowanych struktur jest możliwość ich dalszej pracy (w ograniczonym zakresie) w przypadku awarii układu aktywnego. W przypadku struktury równoległej układ należy tak zaprojektować, aby w razie awarii element aktywny generował jak najmniejszą siłę. Natomiast w przypadku struktury szeregowej awaria zespołu aktywnego powinna spowodować usztywnienie aktuatora. Struktura full-active, nazywana również szerokopasmową, wymaga pracy zespołu aktywnego w szerokim zakresie częstotliwości od 0 do 20 Hz. Szerokoczęstotliwościowy charakter pracy zespołu aktywnego skutkuje dużym zapotrzebowaniem na moc z zewnętrznego źródła zasilania. Zaletą tej struktury jest to, że nie wymaga ona rozbudowy konstrukcji kolumny zawieszenia. Natomiast struktura szeregowa, nazywana również wąskopasmową, umożliwia pracę zespołu aktywnego w zakresie poniżej teoretycznego warunku wibroizolacji ( ) dla części pasywnej zawieszenia, zwykle do 5 Hz. Powyżej tej częstotliwości funkcję redukcji drgań w głównej mierze przejmuje sprężyna pasywna. Taka konstrukcja umożliwia zmniejszenie zapotrzebowania na moc zewnętrzną w stosunku do układu o strukturze równoległej. Najistotniejszą wadą zawieszenia z elementem aktywnym umieszczonym szeregowo ze sprężyną jest zwiększenie wysokości kolumny zawieszenia. W celu zachowania skoku zawieszenia zarówno sprężyna, jak i element aktywny muszą mieć skok równy planowanemu skokowi zawieszenia. Inną wadą tego typu zawieszeń jest duża wrażliwość na zmiany masy resorowanej, co przy zastosowaniu sprężyny o małej sztywności może prowadzić do niestabilnej pracy układu. W swoich pracach nad układami zawieszeń o strukturze slow-active zastosowałem sterowaną sprężynę pneumatyczną połączoną szeregowo z elektrohydraulicznym aktywnym elementem wykonawczym. Opisane powyżej struktury zawieszeń aktywnych wymagają układów sterowania. Sformułowałem modele matematyczne zaproponowanych struktur w celu syntezy praw sterowania. W pracy [2] zaproponowałem model matematyczny struktury równoległej uwzględniający właściwości dynamiczne elektrohydraulicznego elementu aktywnego opisanego nieliniowymi równaniami różniczkowymi. Wspomniany model matematyczny zapisałem w postaci równań stanu, w których wyodrębniłem część liniową i nieliniową. Przeprowadziłem identyfikację parametryczną zbudowanego modelu fizycznego zawieszenia. Wyniki symulacji komputerowych zrealizowanych na podstawie modelu fenomenologicznego porównałem z wynikami badań eksperymentalnych modelu laboratoryjnego aktywnego zawieszenia pojazdu o strukturze full-active. Weryfikacja laboratoryjna potwierdziła poprawność zaproponowanego modelu oraz pozwoliła na jego dostrojenie w celu uzyskania modelu o wymaganej dokładności, umożliwiającego syntezę Strona 12 z 40

13 prawa sterowania. W ostatniej części artykułu wyznaczyłem właściwości statyczne i dynamiczne otwartego układu zawieszenia (bez regulatora) na podstawie uzyskanych modeli. Obszerne fragmenty pracy [3] prezentowane były na międzynarodowej konferencji tematycznej ACTIVE 2009 w Ottawie oraz na XLIX Sympozjonie Modelowanie w Mechanice w 2010 roku. W pracy tej skoncentrowałem się na zagadnieniach aktywnej redukcji drgań w pojazdach mechanicznych oraz przeprowadzeniu badań eksperymentalnych zastosowanej sterowanej struktury zawieszenia. Celem było opracowanie aktywnego zawieszenia pojazdu, które przy ograniczonym zużyciu energii zewnętrznej zapewni dużą skuteczność redukcji drgań i stabilność pojazdu. Przedstawiłem syntezę praw sterowania aktywnym zawieszeniem pojazdu o strukturze równoległej. Porównałem układy sterowania aktywnym zawieszeniem pojazdu przy ograniczonych parametrach źródła zasilania. Bardzo istotnym elementem pracy są badania laboratoryjne zaprojektowanego aktywnego zawieszenia pojazdu w postaci modelu ćwiartkowego. W trakcie tych badań wyznaczyłem zapotrzebowanie na energię zewnętrzną przy różnych algorytmach sterowania elementem aktywnym. Jako wskaźnik jakości działania zaprojektowanego i wykonanego zawieszenia, oprócz skuteczności wibroizolacji, uwzględniłem stabilność układu (zawieszenia pojazdu) oraz zapotrzebowanie na energię zewnętrzną. Wyniki badań dla struktury full-active (równoległej) przedstawione w pracy [3] porównałem w pracy [4] z wynikami badań dla struktury slow-active (szeregowej). W strukturze szeregowej slow-active zastosowałem ten sam aktywny element wykonawczy oraz użyłem tych samych praw sterowania. Zatem przyjęty opis matematyczny elementu aktywnego (siłownik serwozawór) był ten sam. Modele całych zawieszeń slow- i full-active zastosowane w pracy [4] przedstawiłem w postaci nieliniowych równań stanu. Były one podstawą do sformułowania praw sterowania. Parametry liniowych modeli slow- i full-active zostały dostrojone na podstawie badań laboratoryjnych fizycznych modeli omówionych struktur zawieszeń. W pracy [5] przedstawiłem nieliniowy model struktury szeregowej. Model ten wykorzystałem do syntezy prawa sterowania zarówno w pracy [5], jak i w pracy [6].[7] W artykule [8] zastosowałem znany z literatury jako model Spencera nieliniowy model tłumika magnetoreologicznego do opisu matematycznego dla fotela operatora maszyn roboczych. Podobnie jak wcześniej, model zapisałem w postaci równań stanu z wyodrębnioną częścią nieliniową. W pracy [9] do syntezy sterowania zastosowałem model nieliniowy wyznaczony na podstawie identyfikacji parametrów sprężyny SMA. Model przedstawiłem w postaci transmitancji widmowej. Wskaźniki jakości stosowane do oceny sterowanych zawieszeń Podstawowym kryterium oceny skuteczności redukcji drgań jest współczynnik przenoszenia drgań. Ponieważ amplituda wymuszenia, jak i amplituda drgań masy wibroizolowanej są funkcjami częstotliwości, wartość współczynnika przenoszenia drgań Strona 13 z 40

14 również wygodnie jest uzależnić od częstotliwości. Dlatego też do oceny redukcji drgań stosuje się funkcję przenoszenia drgań (zależną od częstotliwości). Jest ona odpowiednikiem charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej przy założeniu, że sygnałem wyjściowym z obiektu jest przemieszczenie (lub przyspieszenie) masy wibroizolowanej, a sygnałem wejściowym przemieszczenie (lub przyspieszenie) umownego punktu kontaktu koła z nawierzchnią drogi. Przemieszczenie w czasie spowodowane jest ruchem pojazdu po drodze wykazującej nierówności. Dodatkowym zakłóceniem dla zawieszenia są siły bezpośrednio oddziałujące na masę wibroizolowaną związaną ze współrzędną np. podmuchy wiatru, oddziaływania związane z przemieszczaniem się ładunku itp. Ocena jakości zawieszenia na podstawie przebiegu funkcji przenoszenia drgań jest niejednoznaczna, dlatego też w swoich pracach zaproponowałem zagregowany wskaźnik jakości. Ze względu na nieliniowy charakter badanych zawieszeń, w celu wyznaczenia funkcji przenoszenia drgań oblicza się wariancję, sygnałów przemieszczeń, na podstawie estymatora wyznaczanego z zależności (1) (1) gdzie średnia arytmetyczna pomiarów. Wartości funkcji przenoszenia drgań wyznacza się na podstawie zależności (2) ( ) (2) gdzie: jest realizacją przez laboratoryjny układ generowania drgań sygnału Funkcja jest wyznaczana przy wymuszeniu monoharmonicznym dla częstotliwości z zakresu pracy układu redukcji drgań. W przypadku układów nieliniowych funkcja ta jest też zależna od amplitudy wymuszenia. Do oceny zawieszeń można również wyznaczyć charakterystyki pomocnicze obrazujące ruch masy niewibroizolowanej lub samej części aktywnej. Wówczas sygnałem wyjściowym jest przemieszczenie masy niewibroizolowanej, a sygnałem wejściowym przemieszczenie wynikające z nierówności drogi lub też w przypadku oceny części aktywnej jest przemieszczeniem masy wibroizolowanej, a przemieszczeniem masy niewibroizolowanej. Dla układów liniowych obliczenie wartości sprowadza się do wyznaczenia współczynników przenoszenia drgań podanych w decybelach dla różnych częstotliwości wymuszeń. Jako kryterium jakości służące do oceny komfortu jazdy, jak i skuteczności redukcji drgań testowanego zawieszenia zaproponowałem wskaźnik wyznaczany na podstawie zależności (3) Strona 14 z 40

15 ( ) (3) gdzie: transformata Fouriera sygnału wyjściowego, transformata Fouriera sygnału wejściowego. Charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe układów redukcji drgań wygodnie jest prezentować w skali decybelowej. W związku z tym zaproponowałem zagregowany wskaźnik jakości w postaci wartości średniej funkcji przenoszenia drgań wyrażonej w decybelach (3) (współczynnik efektywności redukcji drgań, Vibration Reduction Efficiency Indicator VREI). Wówczas wskaźnik wyrażany jest również w decybelach. Uśredniania dokonuje się w zakresie rozpatrywanych częstotliwości od do. Dla układów wibroizolacji wykres funkcji przenoszenia drgań powinien znajdować się poniżej osi odciętych (0 db) i powinien przyjmować jak najmniejsze wartości. W rozpatrywanych przypadkach zawieszeń rozważa się, w jaki sposób drgania wywołane nierównościami drogi przenoszone są na drgania masy wibroizolowanej. Do oceny przenoszenia drgań poprzez połączenia elementów konstrukcyjnych zastosowałem funkcję koherencji. Funkcję koherencji (funkcję spójności) pomiędzy sygnałem wyjściowym i sygnałem wejściowym zdefiniowano wzorem (4) gdzie: wzajemna gęstość widmowa mocy,, gęstość widmowa mocy sygnałów i. Funkcja (4) jest częstotliwościowym współczynnikiem korelacji pomiędzy sygnałami i. Przyjmuje ona wartości z przedziału [0, 1]. W przypadku, gdy jej wartość równa jest 0, to sygnały i są niezależne względem siebie, oznacza to brak połączenia elementów konstrukcji. Dla wartości równej 1 sygnał wyjściowy jest liniową kombinacją sygnału wejściowego co oznacza połączenie elementów konstrukcji. Jeżeli wartość funkcji koherencji jest większa od zera, ale mniejsza od jedności, to występuje co najmniej jeden z trzech przypadków: 1. wyniki pomiarów są obarczone błędem wynikającym z obecności zakłóceń, 2. układ wiążący ze sobą sygnały i jest nieliniowy, 3. sygnał wyjściowy jest wynikiem oddziaływania sygnału wejściowego i innych nie uwzględnionych sygnałów wejściowych. Ocenę funkcji koherencji otrzymuje się na podstawie wyznaczonych estymat gęstości widmowych mocy i gęstości widmowych wzajemnych. Do oceny zawieszeń pojazdów kołowych w pracy [5] zdefiniowałem kolejne wskaźniki jakości. Jak wspomniano wcześniej, podstawowym wskaźnikiem jakości stosowanym do oceny układów redukcji drgań jest współczynnik przenoszenia drgań. Współczynnik ten, będący ilorazem przemieszczeń, rozpatrywany w funkcji częstości definiowany jest jako przemieszczeniowa funkcja przenoszenia drgań. Ze względu na występujące zjawiska (4) Strona 15 z 40

16 Autoreferat, dr inż. Jarosław Konieczny nieliniowe, w artykule [5] zaproponowałem wyznaczenie tej funkcji na podstawie odchyleń standardowych (5) sygnałów wejściowego i wyjściowego zgodnie z zależnością (6)., (5) gdzie: odpowiedź układu (przemieszczenie - masy wibroizolowanej) na wymuszenie monoharmoniczne,, odchylenia standardowe sygnałów wejściowego i wyjściowego. Zdefiniowana wzorem (6) funkcja jest zależna nie tylko od częstości, ale również od amplitudy sygnału wymuszającego. W przypadku obiektu liniowego zaproponowany wzór (6) sprowadza się do wyznaczenia modułu transmitancji i nie zależy od amplitudy. W celu oceny komfortu i skuteczności wibroizolacji zawieszeń pojazdów, zastosowałem także przyspieszeniową funkcję przenoszenia drgań. Dla układów nieliniowych funkcja ta oznaczona jest jako i zdefiniowana równaniem (7) gdzie:, odchylenia standardowe sygnałów prędkości wejściowej i przyspieszenia wyjściowego. Istotnym problemem w zawieszeniach są oddziaływania dynamiczne pojazdu na drogę oraz utrzymanie kontaktu koła z nawierzchnią (ang. road holding). Do oceny tych właściwości zastosowałem kryterium (docisku) ugięcia opony (tire deflection) zdefiniowane zależnością (8) gdzie odchylenie standardowe sygnału przemieszczenia koła względem sygnału przemieszczenia wejściowego, przemieszczenie bezwzględne wymuszenia (sygnału wejściowego), przemieszczenie bezwzględne koła. Dzięki temu wskaźnikowi można ocenić docisk koła do nawierzchni drogi. Jest to istotne dla współczesnych systemów bezpieczeństwa pojazdu takich, jak: ABS, ESP, EBD itp., które wymagają stałego kontaktu koła z nawierzchnią. Do oceny jakości części zawieszenia z pominięciem właściwości dynamicznych koła, zastosowałem również funkcję (rattle space) daną równaniem (9). Funkcja ta jest miarą zmienności prześwitu (6) (7) (8) (9) Strona 16 z 40

17 gdzie odchylenie standardowe sygnału przemieszczenia zawieszenia względem przemieszczenia koła. Analogicznie, jak w przypadku funkcji przenoszenia drgań, definicje przyspieszeniowej funkcji przenoszenia drgań, ugięcia opony oraz zmienności prześwitu, zdefiniowano dla przypadków obiektów nieliniowych (wzory (7) - (9)). Do porównania zapotrzebowania na energię z zewnętrznego źródła zasilania przez aktywne elementy wykonawcze zaproponowałem wskaźnik zapisany zależnościami (10) i (11) (10) gdzie: moc chwilowa pobierana przez element aktywny z układu zasilania, zamieniana na pracę tego układu i ukierunkowana na redukcję drgań. Wskaźnik ten jest równy średniej mocy chwilowej dostarczanej przez układ zasilający do aktywnego układu wykonawczego w okresie badań. Wartość średnia mocy jest proporcjonalna do pracy wykonanej przez układ aktywny w okresie oddziaływania sygnału wymuszającego. W przypadku, gdy sygnał zakłócający dla badanych układów będzie taki sam, na podstawie wyznaczonej średniej mocy można dokonać porównania świadczącego o ich zapotrzebowaniu na energię zewnętrzną (W= ). Badany układ rozumiany jest jako konkretna struktura sterowana konkretnym regulatorem. Moc chwilowa pobierana z hydraulicznego układu zasilającego jest wprost proporcjonalna do wartości masy wibroizolowanej. W celu porównania rozważanych układów aktywnych pod względem energetycznym wprowadziłem dwa dodatkowe wskaźniki wyrażane w W/kg: pierwszy związany z mocą średnią - jako iloraz mocy do masy (power-toweight ratio) i drugi związany z mocą maksymalną. Współczynniki te umożliwiają porównanie zużycia energii aktywnych układów redukcji drgań w przypadku różnych mas wibroizolowanych. Iloraz mocy średniej i masy (average power-to-weight ratio) zdefiniowano wzorem (11) (11) gdzie: masa wibroizolowana. Analogicznie zdefiniowałem wskaźnik określający iloraz mocy maksymalnej i masy (max power-to-weight ratio). Synteza praw sterowania dla wybranych zawieszeń Regulatory PID są najczęściej stosowanymi regulatorami w przemysłowych układach automatyki. W przypadku układów sterowania wykorzystujących te regulatory, uzyskane wyniki są podstawą porównania z innymi bardziej zaawansowanymi metodami sterowania. Jednak w procesie syntezy sterowania z regulatorem PID nie można uwzględnić parametrów Strona 17 z 40

18 energetycznych takich, jak zapotrzebowanie na energię zewnętrzną lub aktualnie dostępną moc. W przedstawionych pracach regulator ten zastosowano w celach porównawczych. Jedną z zaproponowanych przeze mnie metod syntezy regulatora stosowaną do układów sterowania drganiami i przedstawioną pracach cyku jednotematycznego jest sterowanie modalne. Sterowanie modalne zapewnia zarówno konieczny zapas stabilności, jak i odpowiednie ukształtowanie charakterystyk częstotliwościowych. Metoda ta stanowi uogólnienie dla technik bazujących na koncepcji zgodnie z którą sterowanie układem może być osiągnięte poprzez kontrolowanie modów układu. Jednym z przykładów tej techniki jest metoda lokowania biegunów. Dla układów MIMO sprowadza się ona do lokowania wartości własnych układu zamkniętego. Metoda przesuwania biegunów pozwala na wybór częstotliwości drgań własnych i bezwymiarowych współczynników tłumienia. W układach redukcji drgań są to parametry kluczowe, zatem metoda ta pozwala na kształtowanie charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej zamkniętego układu regulacji już na etapie jego syntezy. W pracach [3,4] syntezy sterowania dla regulatora modalnego dokonałem na podstawie autorskich reguł wyboru wartości własnych zamkniętego układu sterowania drganiami. Zdefiniowałem reguły wyboru wartości własnych układu zamkniętego dla aktywnych zawieszeń pojazdów. Zaproponowane reguły wyboru wartości własnych sterowanego układu redukcji drgań. Wartości własne układu po zamknięciu pętli sprzężenia zwrotnego powinny zmienić właściwości dynamiczne tak, aby spełnione były następujące warunki: Funkcja przenoszenia drgań powinna przyjmować możliwie jak najmniejsze wartości. Dla zawieszeń pojazdów wartości te powinny znajdować się poniżej linii 20 db. Drgania powstałe w wyniku oddziaływań dynamicznych, spowodowane nierównościami drogi zredukowane dziesięciokrotnie ( 20 db) będą miały tak małą amplitudę, że mogą być zredukowane, np. poprzez zastosowanie pasywnych elementów takich, jak: gąbka (fotel), wibroizolatory gumowe. Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa (dla zawieszenia funkcja przenoszenia drgań) powinna być gładka, bez widocznych pasm wzmocnienia lub tłumienia. Częstotliwości drgań własnych układu zamkniętego należy wybrać tak, aby możliwie ominąć dominujące częstotliwości drgań sygnału wymuszającego. Dominująca częstotliwość drgań własnych powinna być jak najniższa (poniżej 2 Hz) przy jednoczesnym dużym tłumieniu. Bezwymiarowy współczynnik tłumienia powinien być bliski 1. Aby spełnić powyższe warunki zaproponowałem rozwiązanie umożliwiające wyznaczenie wartości własnych układu na podstawie wybranej charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej. Przedstawiona w pracach [3,4] metoda syntezy praw sterowania jest nowatorska dla aktywnych układów redukcji drgań. Bazuje ona na wielomianach Bessela, które wykorzystuje się często przy projektowaniu filtrów. Ponieważ z rozwiązania wielomianu Bessela uzyskuje się równanie filtru, np. dolnoprzepustowego, to Strona 18 z 40

19 początek charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej będzie przebiegał wzdłuż prostej równej 0 db. Dla układów redukcji drgań charakterystyka taka, jak dla filtru dolnoprzepustowego jest dopuszczalna, ale po obniżeniu jej np. o 20 db. Można również zadbać o to, aby przez korekcję wartości własnych zmniejszyć przenoszenie drgań w paśmie przedrezonansowym (układu otwartego). Zatem metoda wielomianu Bessela służy tylko do wstępnego wyboru biegunów układu zamkniętego, a ostateczny wybór ich położenia zależy od znajomości obiektu i doświadczenia projektanta. W celu wyznaczenia pierwiastków równania charakterystycznego układu zamkniętego skorzystałem z zależności geometrycznych (12) na płaszczyźnie zespolonej i wyznaczyłem pierwiastki równania charakterystycznego na podstawie założonych bezwymiarowych współczynników tłumienia i częstotliwości drgań własnych : ( ) (12) Znając wymagane pierwiastki równania charakterystycznego wyznacza się współczynniki wielomianu charakterystycznego układu zamkniętego do z zależności (13) (13) Wektor wzmocnień równania (14) dla regulatora modalnego wyznaczyć należy na podstawie Elementy wektora wyznaczane są na podstawie współczynników wielomianów charakterystycznych układu otwartego do i zamkniętego do oraz macierzy. Macierz jest nieosobliwą macierzą podobieństwa, która przekształca równania stanu do postaci kanonicznej sterowalnej. Drugą metodą proponowaną przeze mnie w pracach związanych z układami sterowania drganiami jest sterowanie optymalne. W układach z regulatorami optymalnymi zużycie energii uwzględniane jest poprzez sformułowanie odpowiedniego wskaźnika jakości. Wskaźnik ten, oprócz zmiennych stanu, uwzględnia sygnał sterujący. Można założyć, że moc pobierana z zewnętrznego źródła zasilania jest proporcjonalna do mocy sygnału sterującego. Dobierając odpowiednio współczynniki wagowe mamy pośredni wpływ na energię zużywaną przez układ aktywny. Synteza regulatora optymalnego dla układu sterowania drganiami polega na rozwiązaniu zadania optymalizacji dynamicznej dla obiektu opisanego równaniami różniczkowymi. Najczęściej stosowanym regulatorem optymalnym jest regulator liniowy z kwadratowym wskaźnikiem jakości (LQR). Rozwiązania zadań optymalizacji dynamicznej LQ mają szereg cennych własności dla układów sterowania drganiami: (14) Strona 19 z 40

20 Wyznaczone sterowania są kompromisowe ze względu na przeciwstawne wymagania minimalizacja odchylenia sygnałów wyjściowych od pożądanego przebiegu oraz równoczesna minimalizacja energii wejściowej dostarczanej do systemu. W przypadku układów sterowania drganiami wyznaczone prawa sterowania uwzględniają kompromis pomiędzy przeciwstawnymi ocenami np. minimalizacja przyspieszenia masy wibroizolowanej, stały prześwit, stały docisk koła do nawierzchni oraz równoczesna minimalizacja zużycia energii zewnętrznej. Optymalny sygnał sterujący zależy liniowo od wektora stanu i wobec tego sterowanie może być realizowane na bieżąco w układzie sprzężenia zwrotnego przy niewielkich wymaganiach w stosunku do mocy obliczeniowej sterownika. Algorytmy rozwiązywania problemu liniowo-kwadratowego są szybkozbieżne i mało wrażliwe na błędy zaokrągleń. Daje to możliwość adaptacji wzmocnień regulatora do parametrów obiektu w czasie rzeczywistym. W przypadku, gdy model obiektu uwzględnia parametry zawieszenia oraz drogi, można wykorzystać tę cechę do adaptacyjnego strojenia nastaw regulatora do zmieniających się parametrów drogi. Regulator optymalny może być zrealizowany w technice analogowej lub cyfrowej dla praktycznie dowolnej liczby: zmiennych sterujących, zmiennych stanu lub wyjść. W nowoczesnych systemach sterowania coraz częściej napotkać można układy FPGA (Field Programmable Gate Array) współpracujące z układami FPAA (Field Programmable Analog Array). Układy FPAA są oparte o konfigurowalne bloki analogowe CAB (Configurable Analog Block). Reprogramowalne układy analogowe służą do realizacji sterowania w sposób ciągły. Technika ta umożliwia pominięcie procesu dyskretyzacji w procesie sterowania. Ze względu na strukturę CAB, na którą składają się wzmacniacze operacyjne, klucze analogowe, rezystory i kondensatory o nastawialnej programowo wartości, można dostosowywać wzmocnienia regulatora optymalnego do aktualnego pasma zakłóceń (np. zmieniającego się profilu drogi). Dla układów sterowania drganiami z nieliniowymi elementami wykonawczymi często stosuje się liniowe przybliżenie ich modeli do syntezy prawa sterowania. Dzięki minimalizacji wyrazów zależnych w kwadracie od sygnału sterującego i zmiennych stanu, można zapewnić poprawność liniowej aproksymacji systemu nieliniowego. W przypadku regulatora LQR w pracy [4] minimalizowany wskaźnik jakości zapisałem za pomocą równania (15) (15) Macierze i dobrałem eksperymentalnie w trakcie badań laboratoryjnych, uwzględniając kompromis pomiędzy efektywną redukcją drgań a minimalnym zapotrzebowaniem na energię zewnętrzną. Dobór macierzy wagowych uwzględniał również ograniczenia związane z zakresem sygnału sterującego serwozaworem hydraulicznym. Wymienione wcześniej zalety sprawiają, że zastosowanie regulatora optymalnego z kwadratowym wskaźnikiem jakości jest uzasadnione dla realizacji sterowania Strona 20 z 40

21 w rozważanych strukturach mechanicznych. Szczególnie istotnym staje się fakt, iż w syntezie regulatora można uwzględnić ograniczenie na moc sygnału sterującego, a trajektoria stanu pozostaje optymalna. Jednak w procesie jego syntezy nie można uwzględnić zapasu stabilności. W moich pracach głównym celem sterowania jest minimalizacja odchylenia sygnału wyjściowego (przemieszczenia lub przyspieszenia masy wibroizolowanej) od pożądanego przebiegu (w tym wypadku zadana wartość stała prześwitu). Równorzędnym celem jest osiągnięcie zadanej redukcji drgań przy minimalnym wydatku energetycznym. W pracy [5] przeprowadziłem dalsze badania struktury slow-active sterowanej regulatorem LQ ze szczególnym uwzględnieniem wskaźników danych wzorami (6) (9). Oceny zawieszenia dokonuje się w oparciu o wiele często przeciwstawnych wskaźników. Na potrzeby syntezy regulatora LQ przyjąłem całkowy, kwadratowy wskaźnik jakości zapisany wzorem (16) (16) Jest on wyznaczony jako średnia ważona kryteriów jakości odpowiadających wskaźnikom (6) (9) i energii sygnału sterującego (przemieszczeniowa funkcja przenoszenia drgań (6), przyspieszeniowa funkcja przenoszenia drgań (7), ugięcie opony (8), prześwit (9), energia sygnału sterującego). Dla potrzeb syntezy regulatora przyjąłem, że miarą energii zużywanej przez układ aktywny jest energia sygnału sterującego. Ograniczenie zakresu sygnału sterującego realizuje się poprzez dobór wagi. Regulatory wyznaczałem dla różnych zestawów wartości wag (16), odpowiadających poszczególnym kryteriom oceny układu wibroizolacji. Zastosowana w pracy [5] metoda syntezy prawa sterowania bazuje na liniowym modelu obiektu, dlatego też do syntezy zastosowałem model zlinearyzowany. W artykule [6] wskaźnik jakości dla regulatora LQ zdefiniowałem również jako średnią ważoną wskaźników, odpowiadających wybranym kryteriom oceny układów wibroizolacji. Jako punkt pracy przyjąłem punkt równowagi dla struktury szeregowej. W tym przypadku punkt ten zależy od wartości masy wibroizolowanej, która może się zmieniać w zależności od masy operatora, ładunku etc. W szczególności zmianie ulega wartość różnicy ciśnień w komorach siłownika oraz wartość sygnału sterującego serwozaworem (w punkcie równowagi). Różnica ciśnień musi kompensować masę wibroizolowaną np. masę pojazdu, ładunku lub operatora. Sygnał sterujący serwozaworem jest sumą sygnału wyznaczonego z regulatora LQ oraz sygnału wynikającego z punktu pracy. W celu umożliwienia kompensacji tego sygnału dla różnych mas, wyznaczyłem analitycznie punkt równowagi (pracy) dla rozważnej struktury szeregowej. Podstawiając do wskaźnika jakości (16) przyjęte dla modelu liniowego zmienne stanu otrzymałem wskaźnik (17) ( ) (17) Strona 21 z 40

22 W pracy [8] do syntezy sterowania zastosowałem regulator optymalny (clipped-lqr) ograniczony do możliwości związanych z właściwościami elementu wykonawczego. Więcej szczegółów dotyczących układu sterowania drganiami z regulatorem clipped-lqr przedstawiłem w części autoreferatu dotyczącej badań laboratoryjnych. Wyniki badań laboratoryjnych wybranych struktur sterowanych zawieszeń W celu oceny właściwości kinematycznych i energetycznych sterowanych struktur dynamicznych zaproponowałem metodykę badań laboratoryjnych z wykorzystaniem modelu fizycznego rozważanej struktury. Zaprezentowane w cyklu jednotematycznym techniki badawcze mogą być zastosowane również do badań niesterowanych układów redukcji drgań. Przedstawione w moich pracach badania polegają na poddaniu modelu fizycznego rozważanego obiektu wymuszeniom siłowym lub kinematycznym. Zastosowane wymuszenia mają charakter rzeczywisty dla danego obiektu bądź ściśle testowy, np. wymuszenie losowe o zadanej funkcji gęstości widmowej mocy, monoharmoniczne, itp. Ocena badanego układu sterowania drganiami odbywa się poprzez porównanie opracowanych wskaźników jakości wyznaczonych na podstawie sygnałów zarówno eksperymentalnych (na podstawie badań z wykorzystaniem modelu fizycznego), jak i uzyskanych na drodze symulacji numerycznej modelu matematycznego rozpatrywanego obiektu. Do realizacji badań eksperymentalnych rozważanego systemu sterowania drganiami zgodnie z zaproponowaną metodą wymagana jest budowa układów pomiarowych i sterujących dla wzbudnika drgań realizującego żądane wymuszenia oraz dla badanych systemów sterowania drganiami. Ze względu na zastosowaną strukturę sprzętową oraz architekturę programową, zadania sterowania i pomiaru różnią się organizacją danych pomiarowych. Zestaw danych pomiarowych do analizy dynamiki badanego obiektu zawiera kilka do kilkunastu kanałów pomiarowych, a sygnały do identyfikacji parametrycznej wymagają krótkich okresów próbkowania. W celu optymalizacji prędkości przesyłu dużej ilości danych między kartami pomiarowymi a kontrolerem systemu pomiarowego zastosowałem transmisję uwzględniającą kolekcjonowanie danych w bloki. Natomiast dla zadań sterowania z deterministycznym okresem próbkowania, pomiar i generacja sygnałów wyjściowych muszą być realizowane punkt po punkcie z uwzględnieniem czasu niezbędnego do realizacji algorytmu sterującego. Poniżej zdefiniowałem sześć zadań, wytypowanych do wykonania przez układ pomiarowo-sterujący systemu sterowania drganiami w odrębnych wątkach programowych. Zadania do realizacji przez układ pomiarowo-sterujący systemu sterowania drganiami: Zadania podstawowe: Sterowanie w czasie rzeczywistym (tory sterowania o ściśle określonych zależnościach czasowych pomiędzy wejściami a wyjściami sprzętowymi), Pomiar i akwizycja danych (różne czasy przetwarzania, różne rodzaje wejść). Zadania dodatkowe: Przetwarzanie sygnałów, Monitorowanie zmiennych istotnych dla danego procesu, Strona 22 z 40

23 Komunikacja z urządzeniami zewnętrznymi, Wyliczanie i generowanie wartości zadanej dla wymuszeń kinematycznych lub siłowych. Wymienione powyżej zadania mają różne priorytety, czasy realizacji oraz złożoność obliczeniową. Jedne z nich muszą być realizowane cyklicznie ze ścisłym czasem wykonania, w innych przypadkach ten czas może się zmieniać i nie jest parametrem krytycznym. Uwzględniając wyżej wymienione wymagania, zadania podzielono na grupy o takich samych priorytetach i czasach realizacji cyklu. Dzięki takiemu podejściu poszczególne zadania umieściłem na platformach sprzętowych najbardziej odpowiednich dla ich typu, priorytetu czy czasu wykonania. Ponadto podział zadań na grupy umożliwił ich realizację w odrębnych pętlach (wątkach) programowych z odpowiednio dobranym czasem wykonania cyklu. Jako platformy obliczeniowe stosowałem układ FPGA, komputer z kontrolerem czasu rzeczywistego oraz komputer PC pełniący rolę wirtualnego pulpitu sterowniczego. Układ FPGA realizuje zadania: krytyczne i najszybsze ze względu na czas wykonania oraz związane z bezpieczeństwem. Dzięki zastosowaniu FPGA algorytmy wykonywane są w sposób sprzętowy. Takie rozwiązanie charakteryzuje się dużą niezawodnością i szybkością działania układu sterowania. Wadą tego rozwiązania jest ograniczenie ze względu na złożoność realizowanych algorytmów oraz związane z dostępnymi typami danych (np. boolowskie, całkowite, stałoprzecinkowe). Ograniczone zasoby sprzętowe układu FPGA nie pozwalają na realizację: bardziej zaawansowanych algorytmów sterowania, przetwarzania sygnałów oraz generowania sygnałów wymuszających. Dlatego też do realizacji bardziej zaawansowanych zadań wymagających operacji na liczbach zmiennoprzecinkowych zaproponowałem kontroler pracujący pod systemem operacyjnym czasu rzeczywistego. Zaletą tego rozwiązania jest to, że można realizować bardzo złożone algorytmy wymagające dużej mocy obliczeniowej, jednak istnieje niebezpieczeństwo, że system operacyjny opóźni proces sterowania przez realizację innych zadań np. obsługę pozostałych wątków. Dlatego podstawowym zadaniem tego systemu jest akwizycja danych pomiarowych z zastosowaniem bufora sprzętowego i wykorzystaniem wielu modułów różniących się pod względem sprzętowym. W przypadku korzystania z więcej niż jednego modułu pomiarowego zachodzi konieczność ich synchronizacji z użyciem systemu trigerów. Dodatkową funkcjonalnością opracowanego systemu jest moduł planowania eksperymentu. Do sterowania generatorem wymuszeń, zadawania parametrów wymuszenia, obserwacji stanu wzbudnika oraz reakcji na stany awaryjne wykorzystuje się graficzny interfejs użytkownika. Interfejs ten realizowany jest na komputerze PC lub innych panelach operacyjnych umieszczonych na różnych platformach sprzętowych komunikujących się ze sobą. W trakcie badań laboratoryjnych zaprezentowanych w pracach [3 7] mierzyłem sygnały przemieszczeń i przyspieszeń mas wibroizolowanej i niewibroizolowanej oraz sygnał wymuszający dla układów sterowanych różnymi regulatorami. Oprócz wymienionych powyżej wielkości zarejestrowałem również pozostałe sygnały uzupełniające wektory stanu oraz dodatkowo przyspieszenia poszczególnych mas rozważanej struktury. Ponadto w celu porównania zależności energetycznych dla badanych układów obliczałem moc chwilową Strona 23 z 40

24 pobieraną ze źródła zasilania na podstawie pomiaru ciśnienia zasilania w hydraulicznym układzie aktywnym oraz objętościowego natężenia przepływu cieczy roboczej pomiędzy układem zasilania a zespołem aktywnym. Zarejestrowane przebiegi czasowe sygnałów przemieszczenia umożliwiły wyznaczenie odpowiedzi częstotliwościowych. Na tej podstawie obliczyłem przemieszczeniowe funkcje przenoszenia drgań z wejścia zakłócającego na wyjście, którym jest przemieszczenie masy wibroizolowanej. Moje badania nad sterowanymi układami redukcji drgań pokazały, iż efektywność wibroizolacji a zatem skuteczność zastosowania danego prawa sterowania w dużym stopniu jest zależna od energii zużytej przez element aktywny. Energia ta zależy od rodzaju zakłócenia, ale również jest funkcją przyjętego prawa sterowania. Przy syntezie sterowania niektóre techniki w mniejszym lub większym stopniu umożliwiają kontrolę zużycia energii przez układ aktywny. W celu oceny zapotrzebowania na energię zaproponowałem energetyczne wskaźniki oceny aktywnych zawieszeń. Ocena ta dokonywana jest na podstawie zarejestrowanych przebiegów czasowych mocy chwilowej pobieranej przez układ aktywny z zewnętrznego źródła zasilania. Dodatkowo wyznaczyłem średnią moc pobieraną ze źródła zasilania przez zespół aktywny. W pracy [4] dokonałem porównania wyników badań laboratoryjnych dla różnych struktur aktywnych zawieszeń pojazdów sterowanych regulatorami modalnym oraz optymalnym. Porównanie to dotyczy zarówno funkcji przenoszenia drgań jak i przebiegów czasowych mocy chwilowej (przy takim samym wymuszeniu dla obu struktur). W pracy tej dla łatwiejszej oceny porównawczej wyznaczyłem również zagregowane wskaźniki jakości (3), (10) i (11). W celu określenia efektywności struktury szeregowej dla przeciwstawnych wskaźników, w artykule [5] wyznaczyłem regulatory rozwiązując zadanie optymalizacji dla wskaźnika jakości określonego wzorem (17). Oceny jakości zawieszenia dokonałem w trakcie badań laboratoryjnych układów wibroizolacji z regulatorami wyznaczonymi dla różnych zestawów współczynników wagowych. Dla każdego z układów wyznaczyłem przemieszczeniowe i przyspieszeniowe funkcje przenoszenia drgań oraz przebiegi czasowe mocy chwilowej pobieranej z zewnętrznego źródła zasilania. Przeprowadziłem również analizę takich kryteriów oceny zawieszeń pojazdów, jak funkcja zmienności prześwitu (rattle space) oraz ugięcia opony (tired deflection). W celu wyznaczenia tych funkcji, układy redukcji drgań pobudzałem sygnałem sinusoidalnym o liniowo narastającej częstotliwości. Mój udział w realizacji pracy [5] polegał na: sformułowaniu wskaźników oceny efektywności układu redukcji drgań, udziale w modelowaniu zastosowanej struktury zawieszenia typu slow-active, budowie modelu fizycznego rozważanej struktury, syntezie prawa sterowania, badaniach laboratoryjnych, implementacji zastosowanych praw sterowania na sterownik czasu rzeczywistego oraz opracowaniu i analizie otrzymanych wyników. W kolejnej pracy [6] wchodzącej w skład jednotematycznego cyklu publikacji, rozważyłem problem optymalnego sterowania obiektów zakłócanych sygnałami Strona 24 z 40

25 sinusoidalnymi dla nieskończonego czasu sterowania. Do oceny prawa sterowania zaproponowałem zmodyfikowany uśredniony kwadratowy wskaźnik jakości z nieskończonym czasem sterowania. Jest on oparty na zaproponowanej metodzie rozkładu sygnałów sterujących w przedziale od zera do nieskończoności na sumę składowych sinusoidalnych o wybranych częstotliwościach oraz dodatkowym sygnale pomocniczym. Częstotliwości te odpowiadają częstotliwościom zewnętrznych wymuszeń sinusoidalnych. Wskaźnik sformułowano w taki sposób, aby każdej składowej sinusoidalnej odpowiadała odrębna macierz wagowa. Dzięki temu uzyskałem możliwość zróżnicowania ograniczeń energetycznych nakładanych na sygnały sterujące w zależności od częstotliwości. Ponieważ taki rozkład nie zawsze jest możliwy, scharakteryzowano klasę sygnałów sterujących, dla których jest on poprawnie określony. Zaproponowany wskaźnik jakości wykorzystałem do sformułowania zadania optymalizacji z nieskończonym czasem sterowania dla systemów liniowych z wymuszeniami sinusoidalnymi. Wyznaczyłem rozwiązanie optymalne postawionego zadania optymalizacji. Sterowanie optymalne wybrałem w taki sposób, aby nie było ono zależne od wektora stanu i warunków początkowych, a zależało tylko i wyłącznie od wektora sygnałów wymuszających. Opracowałem oryginalną metodę syntezy układu sterowania ze zmodyfikowanym wskaźnikiem jakości. W celu weryfikacji przedstawionych rozważań przeprowadziłem syntezę regulatora dla zawieszenia pojazdu o strukturze szeregowej. Przedstawiłem wyniki badań symulacyjnych i laboratoryjnych zaprojektowanego aktywnego zawieszenia pojazdu. Istotną wadą większości znanych rozwiązań aktywnych układów redukcji drgań jest ich duża energochłonność, stanowiąca w wielu przypadkach barierę szerszego ich stosowania. Dlatego też opracowałem układ, w którym część energii drgań jest regenerowana i zamiast zamiany na ciepło magazynowana w celu późniejszego wykorzystania. Taki układ zawieszenia dzięki swojej hybrydowej budowie zapewnia mniejsze zużycie energii zewnętrznej, która musi być doprowadzona do układu dla uzyskania skutecznej wibroizolacji. W oparciu o doświadczenie zdobyte w ramach projektu badawczego zaprojektowałem i wykonałem aktywne zawieszenie, którego głównym źródłem zasilania jest specjalnie wykonany zasilacz hydrauliczny napędzany energią masy drgającej, dla której wysoka skuteczność wibroizolacji nie jest konieczna. Niedobory energii są uzupełniane z niezależnego, osobnego źródła zasilania. W tym celu zaprojektowałem i wykonałem układ zarządzania energią. W literaturze brak jest informacji na temat zależności pomiędzy energią odzyskiwaną i potrzebną do niezależnego sterowania aktywnego, zwłaszcza w aspekcie wymuszeń o tym samym charakterze spektralnym. W układach regeneracji energii mechanicznej układów drgających bardzo istotny wpływ na ilość odzyskiwanej energii mają wartości amplitud i częstotliwości wymuszeń. Podobne znaczenie mają wymuszenia w sterowanych układach redukcji drgań zwłaszcza w kontekście optymalizacji algorytmów. W światowych rozwiązaniach najczęściej można spotkać prace związane z elektrodynamicznymi i piezoelektrycznymi układami odzyskiwania energii układów drgających. Układy te stosowane są do drgań o małych amplitudach i dużych częstotliwościach. Strona 25 z 40

26 W artykule [7] zaprezentowałem układ sterowanego zawieszenia zapewniający efektywny odzysk energii układów drgających oraz jej magazynowanie w akumulatorach hydraulicznych. Energia ta wraz z energią pochodzącą z innych źródeł służy do zasilania elementu wykonawczego części aktywnej zawieszenia. Praca [7] została wykonana w ramach projektu badawczego pt. Elektrohydrauliczne układy aktywnej redukcji drgań mechanicznych wykorzystujące energię mas niewibroizolowanych (nr 5 T07C ), którego byłem pomysłodawcą i głównym wykonawcą. Badania układów z odzyskiem energii prowadzone są od lat a przewodnie nurty badawcze obejmują zespoły z aktuatorami elektrodynamicznymi i piezoelektrycznymi. W omawianej pracy zarówno do aktywnej redukcji drgań mechanicznych, jak i do odzysku energii zastosowałem siłowniki elektrohydrauliczne. Wykonane przeze mnie badania wykazały, iż częstotliwości wymuszenia większe od dominującej częstotliwości rezonansowej prowadzą do efektywniejszego ładowania akumulatora. Spowodowane to jest większym przesunięciem fazowym pomiędzy wymuszeniem a przemieszczeniem masy nieresorowanej. Duże przesunięcie fazowe (zbliżone do 180 ) prowadzi do zwiększenia przemieszczenia względnego. Podczas badań eksperymentalnych wykorzystałem tę właściwość i jako wymuszenie zastosowałem sygnał biharmoniczny złożony z dwóch dominujących częstotliwości. Celem sterowania była redukcja amplitudy drgań. Amplituda drgań pierwszej (dominującej) harmonicznej redukowana jest przez element aktywny, natomiast drgania o wyższych częstotliwościach redukowane są przez przetwarzanie energii masy wibroizolowanej, która w układach klasycznych zamieniana jest na ciepło. Na podstawie wyników badań stanowiskowych oraz symulacji modelu matematycznego wyznaczyłem efektywne pasmo działania aktywnego elementu wykonawczego. Ilość energii zakumulowanej w układzie gromadzenia zależy od wielu czynników. Dla testowanego układu zawieszenia główne z nich to: stosunek masy resorowanej do masy nieresorowanej, zapotrzebowanie na energię dla układu aktywnego zawieszenia (parametr ten jest powiązany z masą i wymaganym pasmem częstotliwości, dla którego osiąga się redukcję drgań), rodzaj sygnału wymuszającego, a zwłaszcza amplituda drgań dla częstotliwości większych od częstotliwości rezonansowej. W ostatnich latach naukowcy opracowali wiele koncepcji aktuatorów, które można zastosować jako elementy wykonawcze dla układów sterowania drganiami. Aktuatory te to głównie: tłumiki magnetoreologiczne, sprężyny wykorzystujące efekt supersprężystości lub aktuatory oparte o materiały piezoelektryczne. Elementy takie nazywane często inteligentnymi oprócz wielu zalet posiadają szereg cech, które należy uwzględnić przy syntezie prawa sterowania. Modele matematyczne stosowane do opisu materiałów inteligentnych są na ogół nieliniowe. Nieliniowości te najczęściej powiązane są z efektem histerezy. W swoich pracach postanowiłem wykorzystać zalety tych elementów, jednak skutkuje to koniecznością uwzględnienia nieliniowości przy syntezie prawa sterowania. Strona 26 z 40

27 Praca [8] wchodząca w skład cyklu dotyczy sterowania zawieszeniem fotela kierowcy za pomocą tłumika magnetoreologicznego. W artykule tym do sterowania nieliniowym elementem wykonawczym z histerezą, zastosowałem zmodyfikowaną metodę clipped LQR. Materiały inteligentne znajdują coraz szersze zastosowanie w semi-aktywnych układach redukcji drgań. Jak wspomniano wcześniej pominięcie zależności nieliniowych w opisie matematycznym może prowadzić do mniej efektywnego sterowania a w rezultacie złej jakości sterowanego układu redukcji drgań. Zatem istotne jest uwzględnienie tych niekorzystnych zjawisk, związanych z elementami wykonawczymi na etapie syntezy regulatora. Zaproponowaną w pracy [8] metodą wyznaczania prawa sterowania dla semiaktywnych układów wibroizolacji jest metoda clipped-lqr. Umożliwia ona zastosowanie sterowania LQR do ograniczonych możliwości elementu wykonawczego, np. sterowanego tłumika wiskotycznego. Tłumiki mogą tylko rozpraszać energię w układzie redukcji drgań. Za pomocą tych elementów nie możemy dostarczać do układu energii, która wykorzystywana jest na generowanie sił zamienianych na pracę elementu sterowanego. Energia dostarczana jest do układu wyłącznie w celu zmiany parametru układu redukcji drgań, np. współczynnika tłumienia. Energia w tym zakresie (I i III ćwiartka układu współrzędnych na charakterystyce tłumika) jest zamieniana na ciepło. Zatem sterowanie za pomocą regulatora LQR musi być ograniczone (przycięte clipped) wyłącznie do zakresu możliwych sterowań, a więc zwrotu siły reakcji przeciwnej do zwrotu prędkości względnej tłumika. Efektywność redukcji drgań z zastosowaniem regulatora clipped-lqr jest ograniczona przez sam element wykonawczy. Jednakże w przypadkach, gdy zużycie energii zewnętrznej nie może być zbyt duże a jest potrzeba sterowania drganiami istnieje możliwość zastosowania optymalnego prawa sterowania w ograniczonym zakresie. W omawianym artykule [8] zaproponowałem modyfikację tej metody, umożliwiającą uwzględnienie w syntezie regulatora własności histerezy oraz innych nieliniowości elementu wykonawczego. Modyfikacja ta polegała na doborze optymalnego współczynnika wagowego dla sygnału sterującego do danego układu zawieszenia z uwzględnieniem: nieliniowości, jego parametrów oraz charakteru wymuszenia. Weryfikację opracowanej metody przeprowadziłem wyznaczając regulator dla semiaktywnego zawieszenia fotela operatora maszyny roboczej. Semi-aktywny układ zawieszenia sterowany zaproponowanym regulatorem clipped-lqr wykazał w całym zakresie rozważanych częstotliwości lepszą skuteczność redukcji drgań w porównaniu do układu pasywnego. W artykule [9] zaproponowałem zastosowanie sprężyn, wykonanych ze stopu z pamięcią kształtu (SMA), do formowania charakterystyk dynamicznych rezonansowego przesiewacza wibracyjnego. Sprężyny te zmieniają sztywność na skutek zmiany ich temperatury, zatem w czasie rzeczywistym można sterować częstotliwością rezonansową przesiewacza. W artykule sformułowano opis matematyczny sterowanej sprężyny SMA i zidentyfikowano jej parametry. W modelu uwzględniono zarówno zjawisko zmiany sztywności sprężyny, jak i tłumienia w zależności od temperatury stopu oraz częstotliwości drgań sprężyny. Przeprowadziłem badania eksperymentalne opracowanej sprężyny oraz Strona 27 z 40

28 fizycznego modelu przesiewacza i zamieściłem wybrane charakterystyki. Dla rozważnego układu sformułowano prawo sterowania. Przeprowadziłem badania symulacyjne i laboratoryjne modelu przesiewacza w układzie otwartym i zamkniętym. Badania wykazały, że opracowany układ regulacji kompensuje zmiany masy drgającej nawet o ±30%. Zasadnicza część artykułu [10] dotyczy metody oceny stanu technicznego połączenia konstrukcji nośnej podpory z jej fundamentem. Zaproponowana metoda polega na analizie wyników pomiarów przyspieszenia elementów łączących fundament z podporą. Oceny połączenia dokonuje się na podstawie wskaźników zaproponowanych i stosowanych w jednotematycznym cyklu publikacji. W drugiej części pracy [10] zaprezentowałem wyniki analiz dla przebadanych podpór uzyskane przed i po remoncie. Długoletnia eksploatacja podpór kolei linowych oraz innych konstrukcji smukłych przy zmiennych obciążeniach i mocno zróżnicowanych warunkach atmosferycznych może być przyczyną: powstania ubytków w strukturze żelbetonowego fundamentu, korozji konstrukcji stalowej lub poluzowania elementów mocujących. Okresowe badania mają na celu wykrywanie tych uszkodzeń, nie dopuszczając do niebezpiecznej eksploatacji. Dużym problemem przy wykrywaniu uszkodzeń jest brak dostępu do badanych elementów i trudność wizualnej oceny połączenia podpory z fundamentem. Opisane w artykule [10] badania dotyczą kompleksu złożonego z trzech odcinków kolei linowej z 62 podporami, który był eksploatowany od 40 lat w Parku Kultury i Wypoczynku na Śląsku. Dalsza eksploatacja kolei wymagała m.in. oceny stanu technicznego fundamentowania podpór. Wizualna ocena tego stanu wykazała duże zużycie korozyjne podpór oraz ubytki w zewnętrznej warstwie żelbetonowych fundamentów. W celu wyselekcjonowania uszkodzonych podpór do remontu zaproponowałem metodę opartą na pomiarze przyspieszenia. Mierzono równocześnie przyspieszenie każdego fundamentu i podpory przy maksymalnym obciążeniu i nominalnej prędkości kolei. Podczas badań sygnały przyspieszenia w wybranych punktach podpór i fundamentów rejestrowałem specjalistycznym sprzętem pomiarowym. Przy poprawnym, czyli sztywnym połączeniu fundamentu z podporą, otrzymane przebiegi czasowe przyspieszenia powinny być zgodne w odniesieniu do amplitudy i fazy. W przypadku występowania luzów w ich połączeniu, amplituda przyspieszenia podpory jest większa od amplitudy przyspieszenia fundamentu a ponadto brak jest zgodności faz przyspieszeń. Osłabienie badanego połączenia zaobserwowano również na charakterystykach gęstości widmowej mocy mierzonych sygnałów. Zbyt duża rozbieżność między charakterystykami może oznaczać występowanie luzów na tym połączeniu. Charakterystyka gęstości widmowej mocy umożliwia również ocenę stanu technicznego połączenia w określonych przedziałach częstotliwości. Przedstawione w omawianym artykule charakterystyki czasowe i amplitudowoczęstotliwościowe nie dają oceny ilościowej, którą można uzyskać przy zastosowaniu funkcji koherencji. W pracy [10] przeanalizowałem przebiegi czasowe i częstotliwościowe przyspieszenia fundamentu i podpory dla szeregu podpór oraz wybranej podpory przed i po remoncie. Strona 28 z 40

29 Zaproponowany sposób diagnozowania podpór kolei linowych metodą funkcji koherencji w przedziale częstotliwości rezonansowych pozwala na szybką, tanią, nieniszczącą i skuteczną ocenę stanu technicznego połączenia konstrukcji stalowej podpór z ich fundamentami. Sposób ten sprawdził się w praktyce i uzyskał pozytywną ocenę Transportowego Dozoru Technicznego (urzędu nadzorującego środki transportu w Polsce) Indywidualny wkład wnioskodawcy w rozwój dyscypliny oraz udział procentowy Poniżej przedstawiono indywidualny wkład wnioskodawcy w rozwój dyscypliny zawarty w poszczególnych pozycjach przedstawionego cyklu publikacji oraz udział procentowy w ich przygotowaniu: W artykule [1]. Opracowanie modelu sterowanego tłumika hydraulicznego bazującego na bezwymiarowym współczynniku tłumienia wiskotycznego, wyznaczanym z zależności energetycznych. Badania laboratoryjne hydraulicznego tłumika sterowanego serwozaworem. Mój udział procentowy w przygotowaniu artykułu [1] to 80%. W artykułach [1,2]. Opracowanie modeli aktuatorów przeznaczonych dla układów sterowania drganiami oraz ich weryfikacja laboratoryjna. W artykułach [2,4]. Sformułowanie nieliniowego modelu hydraulicznego aktywnego zespołu wykonawczego umożliwiającego modelowanie całych zespołów zawieszeń. Opracowanie metody linearyzacji modelu w punkcie nieciągłości pierwszej pochodnej wzdłuż dopuszczalnych trajektorii systemu (przy uwzględnieniu sygnałów rzeczywistych) dla celów syntezy prawa sterowania. Zdefiniowanie wskaźników energetycznych do oceny układów sterowania drganiami. Mój udział procentowy w przygotowaniu artykułu [2] to 100%. W artykule [3]. Wyznaczenie wpływu deficytu mocy na stabilność i własności dynamiczne zawieszenia typu full-active sterowanego wybranymi regulatorami. Mój udział procentowy w przygotowaniu artykułu [3] to 100%. W artykułach [3,4]. Synteza aktywnych układów sterowania drganiami dla wybranych struktur kinematycznych. W artykule [4]. Przeprowadzenie badań laboratoryjnych układów zawieszeń o różnych strukturach kinematycznych w celu oceny i porównania ich własności dynamicznych oraz energetycznych. Porównanie eksperymentalne możliwych do zastosowania w pojazdach kołowych struktur kinematycznych slow-active i full-active sterowanych regulatorami wyznaczonymi z użyciem tych samych metod. Opracowanie modeli sterowanych zawieszeń pojazdów z uwzględnieniem nieliniowych właściwości elektro-hydraulicznego serwozaworu przepływowego. Mój udział procentowy w przygotowaniu artykułu [4] to 65%. Strona 29 z 40

30 W artykule [5]. Opracowanie prawa sterowania uwzględniającego efekty nieliniowości zawieszenia typu slow-active w wyznaczonym analitycznie punkcie pracy zależnym od wartości masy wibroizolowanej. Sformułowanie wskaźników oceny efektywności układu redukcji drgań oraz - na tej podstawie - sformułowanie wskaźnika jakości niezbędnych do syntezy prawa sterowania uwzględniającego przeciwstawne składniki. Modelowanie zastosowanej struktury kinematycznej. Mój udział procentowy w przygotowaniu artykułu [5] to 30%. W artykule [6]. Współudział w opracowaniu nowego optymalnego prawa sterowania dla układów z zakłóceniami sinusoidalnymi ważony wielotonowy regulator optymalny WMOC (ang. weighted multitone optimal controller). Implementacja regulatora WMOC dla struktury szeregowej i przeprowadzenie badań laboratoryjnych wraz z oceną tej struktury na podstawie zaproponowanych wskaźników. Mój udział procentowy w przygotowaniu artykułu [6] to 25%. W artykule [7]. Opracowanie konstrukcji, budowa i badania laboratoryjne zawieszenia regeneracyjnego. Synteza prawa sterowania hybrydowym układem redukcji drgań z odzyskiem energii. Mój udział procentowy w przygotowaniu artykułu [7] to 75%. W artykule [8]. Opracowanie zmodyfikowanej metody cliped-lqr do semi-aktywnego zawieszenia fotela kierowcy. Mój udział procentowy w przygotowaniu artykułu [8] to 40%. W artykule [9]. Implementacja algorytmu sterowania sprężyną SMA na sterownik FPGA oraz wyznaczenie wskaźników efektywności działania przesiewacza wibracyjnego. Mój udział procentowy w przygotowaniu artykułu [9] to 25%. W artykule [10]. Opracowanie metody oceny stanu technicznego fundamentów na podstawie sygnałów drganiowych. Metodę przetestowano na przykładzie fundamentów podpór kolei linowych w Parku Kultury i Wypoczynku na Śląsku. Mój udział procentowy w przygotowaniu artykułu [10] to 85%. Mój udział procentowy w przedstawionym jednotematycznym cyklu publikacji średnio wynosi 62,5%. Podsumowanie Wszystkie prace składające się na przedstawiony jednotematyczny cykl publikacji zostały opublikowane w renomowanych czasopismach naukowych ściśle związanych z prezentowaną tematyką. Osiągnięcie będące podstawą wszczęcia postępowania habilitacyjnego przedstawione jako jednotematyczny cykl publikacji pt: Analiza i synteza układów sterowania drganiami z uwzględnieniem parametrów energetycznych jest wynikiem prac prowadzonych po Strona 30 z 40

31 uzyskaniu stopnia doktora i polega na szczegółowej analizie wybranych struktur aktywnych zawieszeń pojazdów kołowych od modelowania, poprzez syntezę sterowania, budowę modeli fizycznych aż po badania laboratoryjne. W pracach tych szczególnie zwracam uwagę na zapotrzebowanie na energię zewnętrzną niezbędną do osiągnięcia zaplanowanej redukcji drgań. Zrealizowane i przedstawione w opublikowanych pracach badania naukowe przedstawiające mój wkład do reprezentowanej dyscypliny naukowej obejmują: oryginalną metodykę badań laboratoryjnych wykorzystującą fizyczne modele uwzględniające podobieństwo dynamiczne z obiektami rzeczywistymi oraz techniki szybkiego prototypowania układów sterowania, autorskie wskaźniki jakości uwzględniające parametry energetyczne aktywnych zawieszeń pojazdów, osiągnięcie kompromisu dla przeciwstawnych wskaźników jakości dzięki zastosowanym metodom sterowania optymalnego i modalnego, zaprojektowanie i wykonanie aktywnego zawieszenia, którego głównym źródłem zasilania jest specjalnie wykonany zasilacz napędzany energią układu drgającego oraz zaprojektowanie i wykonanie dla tego układu systemu zarządzania energią, ograniczenie zapotrzebowania na energię zewnętrzną dla aktywnych układów sterowania drganiami dzięki zaproponowanym technikom sterowania, praktyczną realizację zaproponowanych technik i ich weryfikację doświadczalną, zastosowanie inteligentnych elementów wykonawczych jako aktuatorów dla układów sterowania drganiami. Uzyskane osiągnięcia wnoszą znaczący wkład do dyscypliny naukowej Automatyka i Robotyka zarówno w Polsce, jak i na świecie. 5. Pozostałe osiągnięcia naukowo-badawcze Autorstwo i współautorstwo w publikacjach naukowych Mój dorobek publikacyjny obejmuje 81 prac naukowych, w tym po obronie pracy doktorskiej 61 pozycji. Niemal wszystkie (z wyjątkiem dwóch) dotyczą sterowania drganiami struktur dynamicznych lub ich kontroli. Czasopisma, w których zostały opublikowane te artykuły są ściśle powiązane z tematyką wskazanego osiągnięcia naukowego (Tabela 3). W ostatnich latach skoncentrowałem się na publikacji swoich osiągnieć w znaczących, renomowanych czasopismach powiązanych tematyczne z technikami sterowania drganiami. Efektem tego było opublikowanie prac w czasopismach indeksowanych w bazie Journal Citation Reports (JCR) tzw. lista filadelfijska (wskaźniki Tabela 2). Kolejne 21 prac to artykuły opublikowane w czasopismach zagranicznych lub krajowych o zasięgu międzynarodowym. Są to czasopisma: będące na liście czasopism punktowanych przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego część B, czasopisma zagraniczne lub krajowe wydawane pod patronatem Polskiej Akademii Nauk: Strona 31 z 40

32 o Solid State Phenomena (5), o Archives of Control Sciences, o Engineering Transactions (2), o Archive of Mechanical Engineering, o Journal of KONES, renomowane czasopisma branżowe takie, jak: o Pomiary, Automatyka, Kontrola (2), o Hydraulika i Pneumatyka, o Pneumatyka, o Napędy i Sterowanie (2), Zeszyty Naukowe renomowanych Polskich uczelni technicznych (5). Dodatkowo 6 prac to rozdziały w monografiach, z czego pięć to monografie o zasięgu międzynarodowym, a jedna to monografia z zakresu metrologii elektrycznej. Uczestnictwo w konferencjach tematycznych 36 spośród moich prac to artykuły wygłoszone na konferencjach, z czego 33 to konferencje międzynarodowe. W latach 1999, 2002, 2009 prezentowałem swoje prace na największej światowej konferencji z zakresu aktywnych metod sterowania drganiami ACTIVE International Symposium on Active Control of Sound and Vibration. W 2005 roku przedstawiłem pracę związaną ze sterowaniem modalnym zawieszeniem pojazdu na Kongresie Internoise - International Congress and Exposition on Noise Control Engineering. Jest to Kongres dotyczący tematyki sterowania drganiami i hałasem. W latach zaprezentowałem 13 prac na międzynarodowej konferencji MARDiH - Conference on Active Noise and Vibration Control Methods. Jest to konferencja łącząca naukę z przemysłem organizowana w cyklu dwuletnim przez macierzystą Katedrę. W latach zaprezentowałem 8 prac z zakresu sterowania na konferencji ICCC International Carpathian Control Conference. Konferencja ta skupia specjalistów z zakresu sterowania głównie z okręgu krajów Karpackich, ale też gości z innych regionów świata. Cztery prace związane z zastosowaniem materiałów inteligentnych do redukcji drgań prezentowane były na konferencjach MSM Mechatronic Systems and Materials w latach Dwukrotnie również wygłaszałem swoje prace na XLVII i XLIX Sympozjonie "Modelowanie w Mechanice", czego efektem były publikacje w czasopismach pod patronatem Polskiej Akademii Nauk. Pozostałe prace zostały zaprezentowane na konferencjach International Scientific Conference of FME w 2000, International Scientific and Technical Conference oraz PRMR Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych. Patenty Jestem współautorem pięciu opracowań patentowych, przyznanych i opublikowanych w Biuletynie Urzędu Patentowego. Cztery z tych patentów dotyczą zawieszeń sterowanych lub elementów wykonawczych dedykowanych dla zawieszeń sterowanych. Najważniejsze patenty przyznane to: Strona 32 z 40

33 Układ zawieszenia pojazdów drogowych (PL B1). Zespół zawieszenia kół pojazdów mechanicznych, zwłaszcza wielokołowych pojazdów terenowych (PL B1). Dodatkowo kolejny patent zostały zgłoszony i zarejestrowany w Urzędzie Patentowym Rzeczypospolitej Polskiej. Kolejny patent dotyczący aktywnego eliminatora drgań wywołanych falami morskimi oczekuje na akceptację w United States Patent and Trademark Office (No /PV). Wniosek o ochronę patentową został zgłoszony pod tytułem High- Load, Fast Reaction Active Heave Compensator (AHC) Technology and System dotyczy kompensacji drgań obiektu opuszczonego w pobliże dna oceanu na długiej stalowej linie z platformy poddanej drganiom wywołanym falami morskimi. Udział w realizacji naukowych projektów badawczych W latach brałem aktywny udział w 15 projektach badawczych jako wykonawca. Większość z tych projektów dotyczy układów sterowania drganiami. Realizowane były one głównie w Laboratorium Układów i Struktur Dynamicznych którego jestem kierownikiem. W swojej działalności naukowej szczególny nacisk kładę na praktyczną realizację technik zrealizowanych w laboratorium oraz opisanych w publikacjach naukowych. Efektem tego są kontakty z ośrodkami przemysłowymi, udział w konsorcjach naukowo przemysłowych oraz udział w aplikacji siedmiu wniosków złożonych w nowej formule do Narodowego Centrum Nauki i Rozwoju w ramach projektów PBS 2 i PBS 3. Wynikiem tych aplikacji jest projekt, którego jestem kierownikiem - rekomendowany do dofinansowania w ramach Programu Badań Stosowanych. Projekt ten nosi tytuł Aktywne zawieszenia wielofunkcyjnych pojazdów kołowych o wysokiej mobilności i jest ściśle powiązany z tematyką cyklu publikacji. Projekty, których jestem pomysłodawcą oraz najistotniejsze ze względu na podjętą tematykę przedkładanego wniosku to: [1p] Aktywna kolumna zawieszenia pojazdu kołowego, , wykonawca. [2p] Autonomiczna, uniwersalna platforma gąsienicowa do zadań logistycznych i bojowych według standardów współczesnego pola walki 0R , , wykonawca. [3p] Samowzbudny akustyczny system (SAS) do monitorowania zmian naprężeń w konstrukcjach sprężystych i górotworach, N , , wykonawca. [4p] Aktywny, regeneracyjny układ redukcji drgań wykorzystujący elektromagnetyczne elementy wykonawcze, N /2981, wykonawca. [5p] Badania laboratoryjne, modelowanie oraz sterowanie układów mechanicznych opartych o metale z pamięcią kształtu, 4 T07A 04129, , wykonawca. [6p] Układy redukcji drgań mechanicznych dla wielowymiarowych struktur dynamicznych 4 T07A , , wykonawca. [7p] Aktywne zawieszenie pojazdu z ograniczonym zużyciem energii, 4 T07C , wykonawca - grant promotorski. [8p] Elektrohydrauliczne układy aktywnej redukcji drgań mechanicznych wykorzystujące energię mas nie wibroizolowanych, projekt badawczy nr 5 T07C finansowany przez KBN ( ), wykonawca. Strona 33 z 40

34 [9p] Aktywne sterowanie drganiami w układach mechanicznych o zmiennych parametrach przy wymuszeniach losowych, 7 T07C , ( ), wykonawca. Udział w realizacji umów z ośrodkami przemysłowymi Moje badania laboratoryjne ukierunkowane na praktyczną realizację rozważanych technik zaowocowały udziałem w pracach realizowanych dla krajowych ośrodków przemysłowych. W latach brałem udział w 14 umowach zrealizowanych przez AGH dla ośrodków przemysłowych. Prace te w głównej mierze dotyczą realizacji układów pomiarowych lub diagnostycznych w układach mechanicznych. Wykaz umów których jestem współwykonawcą zrealizowanych dla przemysłu: [1u] Ocena stanu technicznego elementów i zespołów kolei jednolinowej Nosal na podstawie przeprowadzonych badań. Praca wykonana dla Przedsiębiorstwa Transportowego STRAMA, um. nr , Kraków, grudzień 2005 r. [2u] Badania podpór kolei linowej krzesełkowej ELKA wraz z ekspertyzą techniczną stóp podpór i ich kotwienia. Praca wykonana dla Wojewódzkiego Parku Kultury i Wypoczynku w Chorzowie, um. nr Kraków, czerwiec 2006 r. [3u] Badania zespołów kolei linowej Strugi-Szczawiny w Korbielowie. Praca wykonana dla Gliwickiej Agencji Turystycznej S.A., um. nr Kraków, lipiec 2006 r. [4u] Przeprowadzenie badań kolei linowej krzesełkowej Piękna Góra wraz z analizą ich wyników. Praca wykonana dla Centrum Sportowo-Rekreacyjnego Piękna Góra w Gołdapi, um. nr Kraków, grudzień 2006 r. [5u] Badania konstrukcji wsporczych podpór na trasach odcinków I i II kolei ELKA. Praca wykonana dla Wojewódzkiego Parku Kultury i Wypoczynku w Chorzowie, um.nr Kraków, styczeń 2007 r. [6u] Pomiary rzeczywistych obciążeń napędu kolei linowej Szyndzielnia wraz z analizą i oceną otrzymanych wyników. Praca wykonana dla ZIAD Bielsko-Biała S.A., um. nr Kraków, październik 2007 r. [7u] Badania napędu wprzęgieł oraz konstrukcji wsporczych kolei linowej Strugi Szczawiny w Korbielowie. Praca wykonana dla MOSTOSTAL Zabrze ZMP Czechowice, um.. nr Kraków, listopad 2007 r. [8u] Badania odbiorowe kolei jednolinowej Dzikowiec wg opracowanego programu. Praca wykonana dla MOSTOSTAL Zabrze ZMP Czechowice, um. nr Kraków, listopad 2008 r. [9u] Wykonanie optymalizacji pracy układu napędowego kolei linowo-terenowej na Górę Żar w Międzybrodziu Żywieckim. Praca wykonana dla MOSTOSTAL Zabrze ZMP Czechowice. [10u] Laboratoryjne i modelowe badania siedzisk operatora produkowanych przez firmę STER. Przedsiębiorstwo Innowacyjno Wdrożeniowe, Grzegorz Jaśniewicz Poznań, Wichrowe Wzgórze (2011), wykonawca. [11u] Opracowanie układu amortyzującego do foteli operatorów maszyn roboczych i pojazdów. Przedsiębiorstwo Innowacyjno Wdrożeniowe, Grzegorz Jaśniewicz Poznań, Wichrowe Wzgórze 10/62. (2010), wykonawca. Strona 34 z 40

35 [12u] Badania specjalne wyodrębnionego zespołu (wał, linopędnia) maszyny wyciągowej szybu R-II przedział S O/ ZG Rudna wg zatwierdzonego Programu prób i badań zlecenie dla ABB Sp. z o. o. ul. Żeglańska 1, Warszawa [13u] Analiza i ocena wyników badań i parametrów pracy maszyn wyciągowych w szybie R- II O/ ZG Rudna w ruchu próbnym dla uzyskania stałego dopuszczenia maszyn do ruchu, zlecenie dla ABB Sp. z o. o. ul. Żeglańska 1, Warszawa [14u] Modernizacja stanowiska diagnostycznego do badań hydraulicznych młotów udarowych KGHM Polska Miedź S.A. (2012). Realizacja tych prac pozwoliła na zdobycie cennego doświadczenia i ukierunkowanie moich badań na praktyczne wykorzystanie i aplikację wiedzy teoretycznej do obiektów rzeczywistych. Staże zagraniczne Przebywałem na następujących stażach zagranicznych: Finlandia, Centrum Badawcze VTT w Oulu, 2013 wizyta studyjna w ramach projektu Naukowcy Bliżej Przemysłu organizowana przez Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP finansowana ze środków EU w ramach programu Narodowa Strategia Spójności - Kapitał Ludzki. VTT jest największą organizacją badawczą w Europie Północnej. Ukraina, centrum Naukowo Badawcze Khmelnitsky National University, Kanada, Ecole Polytechnique de Montreal, 2009, Kanada, Laval Université, 2009, Wielka Brytania, University of Southampton, ISVR 2002 Działalność dydaktyczna W ramach prowadzonej przeze mnie działalności dydaktycznej jestem opiekunem dwóch przedmiotów (Elementy Automatyki Przemysłowej st. I-szego stopnia na kierunku Automatyka i Robotyka, Systemy Pomiarowe st. II-giego stopnia na kierunku Automatyka i Robotyka), dla których prowadzę wykłady. Dodatkowo w ramach modułu Automatyka i Robotyka (st. I-szego stopnia) prowadzę część wykładów z zakresu Elementów Automatyki Przemysłowej. Obecnie prowadzę ćwiczenia laboratoryjne z przedmiotów: Analiza Sygnałów i Identyfikacja Procesów (st. I-szego stopnia na kierunku Automatyka i Robotyka) oraz Systemy Pomiarowe (st. II-giego stopnia na specjalnościach: Automatyka i Metrologia, Robotyka, Automatyka w Górniczych Systemach Maszynowych). Dla wszystkich prowadzonych przeze mnie przedmiotów opracowałem autorskie programy. Poza wymienionymi przedmiotami w trakcie mojej pracy prowadziłem zajęcia z następujących przedmiotów: Podstawy Automatyki ćwiczenia audytoryjne, Automatyzacja Procesów Technologicznych seminarium, Metrologia laboratorium, Strona 35 z 40

36 Elementy Automatyki Przemysłowej ćwiczenia audytoryjne, Elementy Automatyki Przemysłowej laboratorium, Eksploatacja urządzeń transportu linowego wykład, Eksploatacja urządzeń transportu linowego laboratorium, Przemysłowe Układy Kontrolno Pomiarowe laboratorium, Sterowanie struktur dynamicznych laboratorium, Identyfikacja Procesów Technologicznych laboratorium. Promowane przeze mnie prace dyplomowe na studiach magisterskich i inżynierskich głównie dotyczą tematyki sterowania drganiami i systemów pomiarowych. Trzech wypromowanych przeze mnie dyplomantów studiuje na studiach doktoranckich, czwarty jest pracownikiem naukowym w instytucie badawczym, a kolejny otrzymał stopień doktora nauk technicznych. Rada Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki na posiedzeniu w dniu 30 maja 2014 r. powołała mnie na promotora pomocniczego w przewodzie doktorskim mgr inż. Doroty Marszalik. Działalność organizacyjna Jestem kierownikiem dwóch laboratoriów: dydaktycznego Laboratorium Systemów Pomiarowych, badawczego Laboratorium Układów i Struktur Dynamicznych. Powstałe w 2000 roku Laboratorium Systemów Pomiarowych obecnie jest najbardziej obciążonym Laboratorium Katedry Automatyzacji Procesów. Prowadzone są tam zajęcia z sześciu przedmiotów dla kierunków Automatyka i Robotyka oraz Mechanika i Budowa Maszyn na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki. Tematyka zajęć związana jest głównie z techniką pomiarową, analizą i przetwarzaniem sygnałów oraz zaawansowanymi systemami sterowania. W Laboratorium Układów i Struktur Dynamicznych pod moim kierownictwem zostały zbudowane dwa specjalistyczne stanowiska badawcze: do badań modeli ćwiartkowych zawieszeń pojazdów i do badań układów redukcji drgań. Jestem pomysłodawcą tych stanowisk oraz autorem projektu i wykonawcą układu pomiarowosterującego. Stanowiska te bazują na elektrohydraulicznych wzbudnikach dużej mocy umożliwiających generowanie drgań harmonicznych: o ściśle zadanym kształcie, częstotliwości i amplitudzie lub losowych o zadanym rozkładzie prawdopodobieństwa i gęstości widmowej mocy. Laboratorium to pełni funkcję zaplecza badawczego dla Katedry Automatyzacji Procesów. Od początku jego powstania w 2001 roku zrealizowano tu 8 prac doktorskich a kolejne trzy są w trakcie realizacji. W laboratorium zrealizowano również 13 projektów badawczych finansowanych przez KBN, MNiSW, NCN. Jestem członkiem Komitetu Organizacyjnego i sekretarzem międzynarodowej Konferencji MARDIH Active Noise and Vibration Control Methods, która odbywa się co dwa lata. Jestem odpowiedzialny za proces ewaluacji artykułów prezentowanych oraz publikowanych w ramach konferencji. Ponadto byłem członkiem komitetów organizacyjnych międzynarodowych Konferencji Naukowych: APRO Automatyzacja Maszyn, Urządzeń i Procesów oraz cyklicznej konferencji ICCC International Carpathian Control Conference. Strona 36 z 40

37 Biorę czynny udział w Działalności Statutowej Wydziału, czego efektem jest współudział w opracowaniu sprawozdań z tej działalności w latach Redakcja i recenzowanie publikacji w czasopismach naukowych Byłem co-edytorem trzech numerów kwartalnika Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control wydawanego przez University of Sheffield, UK. Jestem recenzentem prac nadsyłanych do czasopisma Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control wydawanego przez ASME. Czasopisma te są indeksowane w bazie JCR. Jestem również recenzentem prac publikowanych w Ain Shams Engineering Journal wydawanego przez Elsevier. Indeksy cytowań W tabeli 1 zestawiłem podstawowe wskaźniki cytowań moich prac podawane za najpopularniejszymi bazami opracowań naukowych. Tabela 1. Statystyki i wskaźniki cytowań Web of Science Scopus Google Scholar, Publish or Perish H index Liczba dokumentów w bazie 14+5* Liczba cytowań * po uwzględnieniu bazy cytowań patentowych W tabeli 2 przedstawiłem wskaźniki dla czasopism, w których prezentowałem swoje prace. Tabela ta stanowi wyciąg z bazy JCR. Tabela 2. Wskaźniki dla czasopism, w których ukazały się moje prace Strona 37 z 40

38 Sumaryczny 5-cio letni Impact Factor dla 61 prac, które ukazały się po uzyskaniu stopnia doktora wynosi 3,731. Sumaryczna liczba punktów MNiSW wykazanych na podstawie listy z roku publikacji bez podziału na współautorów wynosi 347. Tematyka moich prac opublikowanych w czasopismach z IF - znajdujących się w bazie WOS przedstawiona jest w tabeli 3. W tabelach 4 i 5 podano wyciąg z baz Google Scholar (tożsamy z Publish or Perish) i Web of Science stanowiący fragment raportu podsumowującego prace, których jestem autorem lub współautorem. Są to najistotniejsze fragmenty raportów. Tabela 3. Podejmowana tematyka według kategorii Web of Science Tabela 4. Wskaźniki cytowań według Google Scholar Strona 38 z 40

39 Tabela 5. Wskaźniki cytowań według Web of Science Strona 39 z 40