Design of a Low-Cost Air Levitation System for Teaching Control Engineering

Abstract

Air levitation is the process by which an object is lifted without mechanical support in a stable position, by providing an upward force that counteracts the gravitational force exerted on the object. This work presents a low-cost lab implementation of an air levitation system, based on open solutions. The rapid dynamics makes it especially suitable for a control remote lab. Due to the system’s nature, the design can be optimized and, with some precision trade-off, kept affordable both in cost and construction effort. It was designed to be easily adopted to be used as both a remote lab and as a hands-on lab.

Regulacija plovca v zračnem tunelu (zračna levitacija) na osnovi mehke logike

“…Zračna levitacija predstavlja mirovanje (v nadaljevanju: lebdenje) telesa v neki točki dvignjeni od tal, zaradi umetno ustvarjene sile zračnega toka, ki je nasprotno enaka sili teže telesa [3]. Lebdenje objekta (plovca) v cevi je s stališča regulacije zahtevnejši problem, saj gre za nelinearen dinamični sistem drugega reda.…”

“…Ideja za izdelavo sistema lebdenja izhaja izčlanka [3], v katerem avtorji s PID regulatorjem uspešno vodijo takšen sistem. Izrazito nelinearen sistem avtorji linearizirajo v okolici delovne točke, sledi identifikacija modela in nato iz dobljenih formul izpeljejo prenosno funkcijo, ki je vstavljena v uporabniški vmesnik, preko katerega vodijo sistem.…”

“…• plovec, ki predstavlja reguliran objekt Prenosna funkcija reguliranega sistema je sestavljena iz dveh sklopov -ventilatorja in reguliranega objekta (plovca). Prenosno funkcijo ventilatorja zapišemo sčlenom prvega reda, plovca pa sčlenom drugega reda [3]. Slednjo razvijemo na podlagi ravnotežnih enačb, ki smo jih zapisali zgoraj (enačbi (1) in (2)).…”

“…Ventilator modeliramo kotčlen prvega reda, z ojačenjem kv in vzponskimčasom τs. Celotna izpeljava funkcije je podana včlanku [3], zaradi nazornosti pa so tukaj podani samo bistveni poudarki.…”

Consideraciones sobre la utilización del microcontrolador Arduino como sistema de adquisición de datos

“…Su versatilidad queda demostrada en numerosas y recientes publicaciones. Por ejemplo, fuera de la esfera de la adquisición de datos, se usa para robótica humanoide [6], sistemas de laboratorio para educación en ingeniería [7,15,20,24], comunicaciones en el protocolo ZigBee [18], sistemas ciber-físicos [10,16], control de invernaderos [22] o como interfaz entre autómatas programables y sensores [13]. Respecto a la adquisición de datos, se utiliza en instrumentación para agricultura [14,19], monitorización medioambiental [2,5,8], y para monitorizar sistemas energéticos como paneles fotovoltaicos [9,21], producción de biogás [3], o pilas de combustible de hidrógeno [4,23].…”