diplomová práce

Software pro identifikaci dynamických systémů

Text práce 1.94 MB Příloha 2.22 MB

Autor práce: Ing. Tomáš Zimek

Ak. rok: 2018/2019

Vedoucí: Ing. et Ing. Stanislav Lang, Ph.D.

Oponent: prof. RNDr. Ing. Miloš Šeda, Ph.D.

Abstrakt:

Práce se zabývá metodami identifikace dynamických systémů v časové i frekvenční oblasti. Rozebírá používané neparametrické a parametrické metody identifikace. Vybrané metody jsou implementovány a otestovány v prostředí Matlab & Simulink. V závěru práce je popsán návod k obsluze vytvořené aplikace v jazyce Python, jenž implementuje zvolenou metodu identifikace.

Klíčová slova:

Dynamické systémy, identifikační metody, metoda nejmenších čtverců, spektrální analýza.

Termín obhajoby

19.6.2019

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student odprezentoval svou práci. Student odpověděl na otázky oponenta a dodatečné otázky komise.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní obor

Aplikovaná informatika a řízení (M-AIŘ)

Složení komise

prof. Ing. Dagmar Janáčová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Jan Chyský, CSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Ing. Jiří Šťastný, CSc. (člen)
prof. RNDr. Ing. Miloš Šeda, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Jindřich Klapka, CSc. (člen)

Předložená diplomová práce se zabývá problematikou identifikace lineárních dynamických systémů a programovou realizací vybraných identifikačních metod. V teoretické části jsou popsány nejpoužívanější parametrické a neparametrické identifikační metody. Členění práce je logické, způsob psaní a grafická úprava bez větších problémů.

V praktické části student dle zadání implementoval vybrané metody v prostředí MATLAB & Simulink, konkrétně se jedná o neparametrickou identifikaci z přechodové charakteristiky a spektrální analýzu, dále parametrickou identifikaci s využitím metody nejmenších čtverců v základní a rekurzivní variantě. Programy tvoří přílohu práce, jsou funkční a dobře čitelné. Vyzdvihnout lze využitelnost vytvořených skriptů při výuce předmětu Vyšší formy řízení.

Dále student implementoval v jazyku Python nástroj pro identifikaci dynamických systémů z naměřených dat. Nástroj disponuje grafickým uživatelským rozhraním. Program je zcela funkční, ale obsahuje pouze základní funkce. Struktura identifikovaného přenosu je dána pevně (jako systém 3. řádu), chybí možnost nastavit řád modelu z grafického rozhraní, případně možnost automatického vyhledání optimálního tvaru přenosu.

Celkově je práce na velmi dobré úrovni a dokazuje schopnost studenta pracovat na inženýrských úkolech.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Známka navržená vedoucím: B

Diplomová práce Tomáše Zimka se zabývá identifikací dynamických systémů a vedle teoretického rozboru metod identifikace ukazuje jejich aplikaci v prostředí softwarových nástrojů.
Ze širokého spektra identifikačních metod je podrobně rozebrána identifikace soustavy z přechodového děje, kdy v případě aperiodické odezvy lze přenos soustavy aproximovat z ustálené hodnoty odezvy, doby náběhu a doby průtahu přenosem proporcionálního členu se setrvačností prvního řádu a dopravním zpožděním.  V případě kmitavé odezvy se určí perioda kmitů a součinitel poměrného tlumení a soustava se aproximuje proporcionálním členem s dopravním zpožděním a kvadratickým polynomem ve jmenovateli s komplexně sdruženými kořeny. 
Další popsaná metoda identifikace vychází z harmonického vstupního signálu a získané frekvenční charakteristiky v komplexní rovině a amplitudové a fázové charakteristiky v logaritmických souřadnicích úhlové frekvence.
Na ni pak navazuje korelační analýza, která používá na vstupu bílý šum, a konečně spektrální analýza, u níž tvar vstupního signálu není omezen. Diplomant zde s využitím Fourierovy transformace odvozuje odhad frekvenčního přenosu.
Zvláštní pozornost autor věnuje parametrickým metodám (např. klouzavé průměry, auto-regresní a metoda nejmenších čtverců, včetně rekurzivní verze).
V experimentální části autor nejdříve prezentuje identifikaci podle přechodové charakteristiky v prostředí MATLABu a pak i vlastní aplikaci, naprogramovanou v jazyku Python. Na příkladech dokládá velkou míru shody výsledků identifikace soustav z obou prostředí.
Implementace identifikačních metod v open-source programu Python je hlavním přínosem diplomové práce.
Práce vedle kvalitní odborné úrovně má také velmi dobrou úroveň jazykovou a grafickou a prokazuje přehled diplomanta v teorii i modelovacích nástrojích.
Při rozsahu práce je možné výjimečně najít drobné jazykové a formální chyby.
Str. 15, 17: „taky“ – hovorová podoba, v odborné práci by mělo být „také“.
Str. 17: „Rozměr … je rovna“ – „je roven“
Str. 24: „tab. 1 Tab. 1“, „tab. 2Tab. 2“ – zřejmě chybně provedené odkazy.
Str. 35: „hledání jejího minima je hledání její derivace rovna nule“ – formulace není vhodná ani přesná, obecně vzato při hledání extrému (nejen minima, ale i maxima) se hledají stacionární body z první derivace rovné nule (resp. parciálních derivací rovných nule u funkce více proměnných). Až další postup určí, zda stacionární bod představuje extrém (a pak jaký), resp. v něm extrém neexistuje.
Odkazy na literaturu jsou součástí věty, a tedy nepatří za ukončující tečku, jako je tomu např.  u [1, 2, 5, 7] na str.  17, podobně v dalším textu.

Otázka k obhajobě:
1. V práci zmiňujete vstup dat z .csv souborů. V jakém prostředí je pořizujete?
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B

Známka navržená oponentem: A