Bachelor's Thesis

Room Temperature Advanced Control Algorithms

Main document 4.59 MB Appendix 36.78 MB

FEKTBachelor's ThesisStudent: Ing. Jan GlosAcad. year: 2012/2013

Leader: prof. Ing. Pavel Václavek, Ph.D.

Opponent: Ing. Miroslav Graf

This bachelor's thesis deals with constructing a thermal model of the specific room and algorithms design for heating and air conditioning. The model is created using Simscape extension for Matlab/Simulink and is based on real attributes of room and its walls (materials, dimensions etc.). This thesis contains design of MPC (Model Predictive Control) and PI controllers. In comparison with the original regulation designed controllers achieve better quality of control and MPC controllers seems to be the best. Because of preliminary for integration of split air conditioner, possibility of control actuators by MPC controller and because of necessary setpoint separation (for heating and air conditioning) software equipment of the individual zone controller was revised.

Language

Czech

State

Defended (thesis was successfully defended)

Grade

A

Faculty

Department

Study branch

Automation and Measurement (B-AMT)

Classification by leader
prof. Ing. Pavel Václavek, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá problematikou regulace teploty v místnosti. Jedná se o téma zajímavé jak z pohledu teorie, tak i možných aplikací.

Prvním ze zajímavých výsledků je sestavení modelu řízeného systému – tepelného modelu místnosti. Model byl sestaven systematicky na základě fyzikálních vlastností použitých materiálů a upřesněn s využitím reálně změřených dat, přičemž bylo dosaženo velmi dobré shody modelu s reálným systémem.

Následně byly studovány vlastnosti stávající regulátorů použitých v reálném systému, kde student dokázal navrhnout regulátory dosahující výrazně lepší kvality regulace. V závěru své práce se student zaměřil na využití prediktivního řízení s modelem, přičemž bylo dosaženo dalšího zlepšení vlastností regulačního obvodu. Dle dostupných informací lze předpokládat i praktické využití výsledků jeho práce. Řídicí algoritmy byly ověřeny simulací, nad rámec zadání student pokračuje i po odevzdání práce v činnostech směřujících k praktické realizaci algoritmů. Problémem je však zde zejména sezónní charakter provozu jednotlivých technologií a plné ověření navržených řešení tedy bude vyžadovat delší čas.

Během zpracování bakalářské práce se musel student seznámit s vybranými částmi teorie automatické řízení, které jdou výrazně za rozsah bakalářského a v některých případech i magisterského studia, např. problematikou identifikace parametrů řízeného systému, stavové rekonstrukce, nebo pokročilých technik prediktivního řízení.

Student pracoval samostatně s přiměřeným využitím konzultací, aktivně studoval řešenou problematiku a přicházel z vlastními řešeními. Po formální stránce je práce zpracována přehledně a pečlivě jak pokud jde o grafické zpracování, tak i text práce.

Zadání bylo splněno. Student prokázal technické schopnosti a mimořádný zájem o danou problematiku, práci doporučuji k obhajobě s hodnocením výborně.

final grade: A
final score: 99


Classification by opponent
Ing. Miroslav Graf

Předložená  bakalářská práce se dá považovat za náročnější jak po stránce odborné, tak i po stránce časové. Student pronikl do do problematiky regulace teploty a jednotlivé regulátory také naimplementoval do kampusu Masarykovy univerzity. Studentem navržené algoritmy dokonce fungovaly lépe než původní. O celkové kvalitě svědčí i to, že o práci má zájem externí firma.

Práce je psána v logickém sledu, student se nejdříve věnuje regulaci teploty obecně a uvádí současný stav HW a SW v kampusu Masarykovy univerzity. Další kapitola je věnována přenosu tepla a modelovacími prostředky programu Matlab/Simulink. Z katalogu materiálů použitých v budově byl dále vytvořen model místnosti a na něj byly navrženy jednotlivé regulátory.

Student také pronikl do problematiky prediktivní regulace a navrhl pomocí Matlabu explicitní prediktivní regulátor. Daná problematika sahá nad rámec bakalářského i magisterského studia.

V práci se objevují pouze drobné nepřesnosti. Myslím si, že citovat v bakalářské práci Wikipedii není vhodné (citace [4]). Vzorec (7.7) na straně 45 je velmi nepřesný; věřím, že se jedná pouze o překlep. I když matice pro MPC jsou velmi rozsáhlé, bylo by možné zlepšit celkový zápis, například pomocí substitucí (strana 40, 41 aj.).

Zadání práce je splněno. Bakalářská práce celkově svědčí o bakalářských schopnostech studenta. Navrhuji hodnocení A – 95 bodů - výborně.

final grade: A
final score: 95


Literature

[1] M. Vasak, A. Starcic, and A. Martincevic, “Model predictive control of heating and cooling in a family house,” in Proceedings of the 34th International Convention MIPRO, 2011, 2011, pp. 739– 743.

další dle pokynů vedoucího práce

Keywords

model predictive control, Matlab-Simulink, Simscape, individual room control, Kalman filter, BACnet