Systémy s dopravním zpožděním se vyskytují nejen u průmyslových procesů (např. v chemickém, energetickém, gumárenském a plastikářském průmyslu), ale i v jiných oblastech, jako např. v ekonomii, biologii aj. Procesy s velkým dopravním zpožděním je obtížné řídit standardními zpětnovazebními regulátory. Jestliže je požadována vysoká přesnost regulace nebo dopravní zpoždění je relativně velké, je vhodné použít prediktivní řídicí strategii. V prediktivní strategii řízení je model procesu zahrnut do struktury regulátoru. Cílem diplomové práce je návrh vhodných prediktivních algoritmů (MPC - Model Predictive Control) pro řízení procesů s dopravním zpožděním. Regulátor rovněž využívá pro řízení vhodného modelu informace o měřené poruchové veličině. Algoritmy jsou implementovány a ověřeny v programovém prostředí MATLAB/SIMULINK a řízení v reálném čase bylo vyzkoušeno na laboratorní tepelné soustavě.
Annotation in English
Time-delay systems exist not only in industrial processes (for example chemical, energetic, rubber and plastic industry), but also in other areas like economy, biology, etc. Processes with large time-delays are difficult to control with standard feedback regulators. If high accuracy of regulation is required or time-delay is relatively large, it is proper to use predictive control strategy. In predictive strategy is process model included in regulator structure. The purpose of Master's Thesis is to design proper predictive algorithms (MPC - Model Predictive Control) to control processes with time-delay. Regulator also uses appropriate model of information about measurable disturbance. Algorithms are implemented and verified in MATLAB/SIMULINK program environment and real-time control was tested on laboratory thermal system.
Keywords
prediktivní řízení, řízení dynamickou maticí, obecné prediktivní řízení, dopravní zpoždění, kompenzace poruchy, tepelná soustava
Systémy s dopravním zpožděním se vyskytují nejen u průmyslových procesů (např. v chemickém, energetickém, gumárenském a plastikářském průmyslu), ale i v jiných oblastech, jako např. v ekonomii, biologii aj. Procesy s velkým dopravním zpožděním je obtížné řídit standardními zpětnovazebními regulátory. Jestliže je požadována vysoká přesnost regulace nebo dopravní zpoždění je relativně velké, je vhodné použít prediktivní řídicí strategii. V prediktivní strategii řízení je model procesu zahrnut do struktury regulátoru. Cílem diplomové práce je návrh vhodných prediktivních algoritmů (MPC - Model Predictive Control) pro řízení procesů s dopravním zpožděním. Regulátor rovněž využívá pro řízení vhodného modelu informace o měřené poruchové veličině. Algoritmy jsou implementovány a ověřeny v programovém prostředí MATLAB/SIMULINK a řízení v reálném čase bylo vyzkoušeno na laboratorní tepelné soustavě.
Annotation in English
Time-delay systems exist not only in industrial processes (for example chemical, energetic, rubber and plastic industry), but also in other areas like economy, biology, etc. Processes with large time-delays are difficult to control with standard feedback regulators. If high accuracy of regulation is required or time-delay is relatively large, it is proper to use predictive control strategy. In predictive strategy is process model included in regulator structure. The purpose of Master's Thesis is to design proper predictive algorithms (MPC - Model Predictive Control) to control processes with time-delay. Regulator also uses appropriate model of information about measurable disturbance. Algorithms are implemented and verified in MATLAB/SIMULINK program environment and real-time control was tested on laboratory thermal system.
Keywords
prediktivní řízení, řízení dynamickou maticí, obecné prediktivní řízení, dopravní zpoždění, kompenzace poruchy, tepelná soustava
Vypracujte literární rešerši na dané téma.
Na základě literární rešerše vyberte vhodnou metodu pro prediktivní řízení procesů s dopravním zpožděním s měřením poruchové veličiny.
V programovém prostředí MATLAB/SIMULINK ověřte simulačně navržený prediktivní algoritmus pro řízení procesů s rozdílnou dynamikou.
Na základě výsledků simulačních experimentů modifikujte vhodný číslicový prediktivní regulátor s ohledem na praktickou aplikaci.
Použitím identifikace v reálném čase sestavte dynamický model laboratorního tepelného výměníku s měřením poruchové veličiny.
Simulačním způsobem ověřte navržený prediktivní regulátor na modelu tepelného laboratorního výměníku.
Research Plan
Vypracujte literární rešerši na dané téma.
Na základě literární rešerše vyberte vhodnou metodu pro prediktivní řízení procesů s dopravním zpožděním s měřením poruchové veličiny.
V programovém prostředí MATLAB/SIMULINK ověřte simulačně navržený prediktivní algoritmus pro řízení procesů s rozdílnou dynamikou.
Na základě výsledků simulačních experimentů modifikujte vhodný číslicový prediktivní regulátor s ohledem na praktickou aplikaci.
Použitím identifikace v reálném čase sestavte dynamický model laboratorního tepelného výměníku s měřením poruchové veličiny.
Simulačním způsobem ověřte navržený prediktivní regulátor na modelu tepelného laboratorního výměníku.
Recommended resources
BOBÁL, Vladimír. Adaptivní a prediktivní řízení. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2008. ISBN 978-80-7318-662-3.
BOBÁL, Vladimír. Identifikace systémů. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2009. ISBN 978-80-7318-888-3.
BOBÁL, V., M. KUBALČÍK, P. DOSTÁL a J. MATĚJÍČEK. Adaptive predictive control of time-delay systems: Computers and Mathematics with Aplications. 2013, accepted, ISSN 3613-3626.
CAMACHO, E. F. a C. BORDONS. Model Predictive Control. Springer, London, 2004, ISBN 1-85233-694-3.
HABER, R., R. BARS a U. SCHMITZ. Predictive control in Process Engineering: From the basics to the applications. Weinhaim: Wiley-VCH Verlag, 2011 ISBN 978-3-527-31492-8.
KRČMÁŘ, J. Uživatelský manuál. Hardwarové rozhraní mezi modelem tepelné soustavy a multifunkční vstupně-výstupní kartou. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2012.
NORMEY-RICO, J. a E. F. CAMACHO. Control of dead-time processes. Springer, 2007. ISBN 978-184-6288-296.
Recommended resources
BOBÁL, Vladimír. Adaptivní a prediktivní řízení. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2008. ISBN 978-80-7318-662-3.
BOBÁL, Vladimír. Identifikace systémů. Zlín: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2009. ISBN 978-80-7318-888-3.
BOBÁL, V., M. KUBALČÍK, P. DOSTÁL a J. MATĚJÍČEK. Adaptive predictive control of time-delay systems: Computers and Mathematics with Aplications. 2013, accepted, ISSN 3613-3626.
CAMACHO, E. F. a C. BORDONS. Model Predictive Control. Springer, London, 2004, ISBN 1-85233-694-3.
HABER, R., R. BARS a U. SCHMITZ. Predictive control in Process Engineering: From the basics to the applications. Weinhaim: Wiley-VCH Verlag, 2011 ISBN 978-3-527-31492-8.
KRČMÁŘ, J. Uživatelský manuál. Hardwarové rozhraní mezi modelem tepelné soustavy a multifunkční vstupně-výstupní kartou. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2012.
NORMEY-RICO, J. a E. F. CAMACHO. Control of dead-time processes. Springer, 2007. ISBN 978-184-6288-296.
