Prof. dr hab. inż. Tadeusz Uhl Katedra Robotyki i Mechatroniki Akademia Górniczo Hutnicza Al. Mickiewicza 30 30-059 Kraków Kraków 09.06.2016 Opinia o pracy doktorskiej pt. On active disturbance rejection in robotic motion control autorstwa mgr inż. Rafała Madońskiego 1. Zagadnienie naukowe rozważone w rozprawie W pracy doktorskiej autor podjął bardzo ważny z problem analizy możliwości zastosowania metodologii ADRC do projektowania układów sterowania robotami.. W pracy zawarty jest też, dobrze dobrany i krytycznie przeanalizowany przegląd literatury dotyczącej zagadnień rozważanych w pracy. Autor opisał dokładnie stosowane obecnie procedury projektowania układów sterowania robotami oraz pokazał ich niedogodności polegające na bardzo dużej pracochłonności i nieefektywności w przypadku projektowania opartego na modelach (model based) oraz stosunkowo małej skuteczności w realizacji sterowania przez zastosowanie metod w których nie stosuje się modeli (model free). Autor wprowadził opracowaną w początkowych latach dwudziestego pierwszego wieku (pierwsza publikacja w 2001 r.) jako metodę pośrednią pomiędzy wymienionymi wyżej i metodę, która może potencjalnie być rozwiązaniem skutecznym i efektywnym dla zastosowań przemysłowych. Autor sformułował również warunki stosowalności tego typu metody podając kryteria umożliwiające stwierdzenie czy dla danego układu i zakłóceń metoda może zostać zastosowana. Dodatkowo pokazał możliwość zastosowania rozszerzonego obserwatora stanu o wyższym rzędzie do rekonstrukcji zakłóceń w układach sterowania robotami projektowanymi z wykorzystaniem metodologii ADRC. W układach sterowania robotami zakłócenia mają specyficzne własności, różne od typowych zakłóceń obserwowanych w układach automatyki, co wymaga modyfikacji działania obserwatora. Taką autorską modyfikację przedstawił Autor w swojej rozprawie.
Jak Autor wspomina we wstępie praca jest podsumowaniem prac prowadzonych przez Autora w zakresie doskonalenia metodologii projektowania układów ADRC i jej zastosowania do rozwiązania praktycznych problemów sterowania. Praca jest bardzo obszerna i wielowątkowa, trudno znaleźć w niej jedno zdefiniowane i wyodrębnione zadanie badawcze. Jest w pracy wiele takich zadań, które Autor zdefiniował i rozwiązał.. Przy ich definiowaniu Autor ma świadomość trudności jakie może natrafić przy próbie rozwiązania problemów, wynikającą przede wszystkim ze złożoności konstrukcji robotów. 2. Cel pracy i teza naukowa W pracy autor sformułował cel pracy jako (str. 10) udowodnienie, że dla rozwiązania problemu projektowania układu sterowania robotami, dla którego obecnie potrzebne są bardzo złożone modele matematyczne, można w sposób skuteczny i efektywny rozwiązać stosując koncepcję ADRC. Powyższy cel jest celem podstawowym, dodatkowo Autor sformułował inne cele jako; weryfikacje jakości projektowanych układów sterowania poprzez porównanie ich działania z układami projektowanymi bez modeli (sterowanie typu PID) oraz opracowanie metod rozwiązania specyficznych dla robotyki problemów poprawiających jakość sterowania.. W podsumowaniu pracy Autor stara się udowodnić, że pokazana metoda projektowania układów sterowania robotami jest bardzo przydatna do rozwiązywania problemów w praktyce przemysłowej. Cała treść pracy jest podporządkowana jest realizacji celu. Cel sformułowana jest poprawnie, jest on jednak wielowątkowy, a praca jest bardzo obszerna, co trochę zamazuje bardzo duże autorskie osiągnięcia przedstawione w pracy. 3. Ważność i aktualność zagadnienia naukowego rozpatrywanego w pracy Praca dotyczy istotnego, z punktu widzenia szeroko pojętej problematyki projektowania układów sterowania robotami problemu złożoności modeli tego typu układów (nieliniowości, zakłócenia, trudne do modelowania zjawiska np., tarcie, luzy, podatności, zmienne parametry i konfiguracje), które można częściowo wyeliminować stosując podejście ADRC, w którym to zjawiska te można uznać za zakłócenia i wyeliminować ich wpływ na dynamikę sterowanego obiektu poprzez charakterystyczne dla metodologii ADRC zastosowanie kompensacji tych zakłóceń.. Jak wynika z literatury oraz moich doświadczeń w tym zakresie, jest to zagadnienie istotne dla rozwoju metod projektowania układów sterowania robotami, a w szczególności na ich praktyczną realizację. Dlatego też podjęcie tej tematyki, można uznać za bardzo celowe i dysertabilne.
Bardzo istotne, z punktu widzenia aktualności zagadnienia naukowego, jest wprowadzenie elementów analitycznego dowodu kryterium stosowalności proponowanej metody dla szerokiej klasy obiektów dynamicznych. 4. Naukowość i oryginalność pracy Zaproponowana przez Autora metodologia badawcza zawiera wszystkie elementy procesu badawczego. Jest w niej proces analitycznych rozważań w zakresie dowodu stosowalności metodologii ADRC do projektowania układów sterowania robotami, proces studiów porównawczych metod projektowania układów sterowania przeprowadzony dla czterech różnych obiektów oraz proces syntezy dla rozszerzonego obserwatora stanu dedykowanego do estymacji zakłóceń typowych dla układów robotyki. Z punktu widzenia naukowości prace można ocenić jako próbę zastosowania narzędzi badawczych stosownych i rozwiniętych w innych dziedzinach do projektowania układów sterowania robotami. Tematyka rozwoju i zastosowania metodologii ADRC jest tematyką stosunkowo młodą i bardzo intensywnie rozwijaną ze względu na jej praktyczne zastosowania. Pokazane przez Autora w pracy wyniki są oryginalne, a niektóre można uznać za pionierskie. Spis literatury jest wyczerpujący i zwiera aktualne pozycje ściśle powiązane z tematyką pracy. Podsumowując merytoryczną ocenę naukowości i aktualności tematyki rozprawy doktorskiej uważam, że ; - Zaproponowanie nowego kryterium stosowalności metodologii ADRC do projektowania układów sterowania robotami - Przeprowadzenie studiów porównawczych dla różnych metod projektowania układów sterowania robotami - Zaproponowanie metod syntezy EOS dedykowanego do estymacji zakłóceń w układach robotyki stanowią oryginalne elementy zadania naukowego mogącego być podstawą do nadania stopnia naukowego doktora nauk technicznych w dziedzinie Automatyka i Robotyka. 5. Mocne i słabe strony pracy Mocne strony pracy: - Bardzo jasne i precyzyjne przedstawienie złożonej pojęciowo metodologii ADRC projektowania układów sterowania robotami
- Krytyczna ocena obecnie stosowanych metod projektowania układów sterowania robotami oraz przegląd tych metod począwszy do metod opartych na modelu do metod w których nie wykorzystuje się modeli, - Sformułowanie ogólnych kryteriów stosowalności metodologii ADRC projektowania układów sterowania - Opracowanie bibliotek oprogramowania do implementacji metodologii ADRC na powszechnie wykorzystywanych sterownikach, - Porównanie jakości działania układów sterowania robotami zaprojektowanych metodami klasycznymi bez wykorzystania modeli oraz stosując metodologię ADRC, Zaproponowanie metod syntezy EOS dla estymacji zakłóceń charakterystycznych dla układów robotyki, Słabe strony pracy: - Nie wyjaśniono dlaczego w przedstawionych przykładach nie zastosowano metod opartych o modele, a jedynie metody intuicyjne oraz nie wykorzystujące modeli (str. 94) - Przy planowaniu trajektorii manipulatora (str. 92-93) nie pokazano jakiego typu aproksymacje dla trajektorie złączowych zastosowano w implementacji układu sterowania (wielomianowe??), - Porównanie działania różnych układów sterowania pokazano na jednej trajektorii, może to nie być wiarygodne, gdyż dla innego typu trajektorii wyniki mogłyby być inne (układy są silnie nieliniowe) lub brak jest dowodu, że wykorzystana trajektoria zawiera wszystkie możliwe przypadki zachowań dynamicznych analizowanych układów - Dla przypadku manipulatora z podatnymi złączami nie pokazano porównań na wykresach jak w trzech poprzednich przypadkach. - Tytuł pracy sugeruje zastosowanie w robotyce, niemiej Autor posługuje się też przykładami daleko odbiegającymi od robotyki (wytwarzanie gumy, sterowanie układem dostarczania wody) nie uzasadniając jakie związki z robotyką mają przedstawione przypadki.. 6. Aplikacyjność wyników pracy Autor w pracy pokazał zalety stosowania metodologii ADRC do projektowania układów sterowania robotami w szczególności w praktycznej realizacji tych układów. Pokazał, że
zaproponowana metoda jest efektywna i skuteczna w projektowaniu układów sterowania dla obiektów o bardzo złożonej dynamice i dużej intensywności charakterystycznych zakłóceń. Pokazał sposób praktycznej implementacji takich układów sterowania i zalety w stosunku do najczęściej stosowanych w praktyce układów. Starał się też udowodnić, że metoda ta jest jedną z najbardziej przyjaznych metod do zastosowań praktycznych. Dużą wartością pracy w sensie jej aplikacyjności jest pokazanie kierunków rozwoju metodologii projektowania układów sterowania robotami. 7. Wniosek końcowy Praca doktorska przedstawiona przez mgr inż. Rafał Madoński, jej zawartość i forma wskazują na jego wysoką wiedzę merytoryczna w zakresie projektowania układów sterowania robotami, przeprowadzenia w sposób analityczny dowodu stosowalności zaproponowanego podejścia do projektowania, sformułowania rozszerzonego obserwatora do modelowania zaburzeń w układach robotyki oraz implementacji systemów sterowania oraz umiejętność w zakresie precyzyjnego i jasnego przedstawiana zarówno sformułowanych hipotez badawczych jak i osiągniętych rezultatów. Ponadto, sposób realizacji pracy wskazuje na umiejętność posługiwania się narzędziami pracy współczesnego badacza oraz umiejętność formułowania zadań badawczych i ich skutecznego rozwiązywania. Wszystkie wymienione wyżej zagadnienia rozważane w pracy zalicza się do dyscypliny naukowej Automatyka i Robotyka. Podsumowując, uważam, że Autor w przedłożonej rozprawie poprawnie sformułował, opisał i rozwiązał oryginalne zadanie naukowe, jakim jest pokazanie stosowalności metodologii ADRC do projektowania układów sterowania robotami.. Praca odpowiada warunkom stawianym, w Ustawie o Tytule Naukowym i Stopniach Naukowych, rozprawom doktorskim w zakresie nauk technicznych. Wobec powyższego stawiam wniosek o dopuszczenie przedłożonej, przez mgr inż. Rafał Madoński, rozprawy do publicznej obrony.