Search

U ovome radu obrađeno je na podacima bazirano modelsko prediktivno upravljanje (MPC) temeljeno na Hankel matricama. Rad obuhvaća strukturu osnovnog MPC-a te strukturu MPC-a baziranog na podacima za linearne i nelinearne sustave. Rad demonstrira primjenu takvog upravljanja kroz simulacije na linearnom i nelinearnom sustavu. Objašnjen je utjecaj MPC parametara na kvalitetu rada regulatora te dodatno demonstrirana primjena ove strukture regulatora na stvarnoj postavi istosmjernog motora. This thesis presents a study of Data-driven Model Predictive Control (MPC) based on Hankel matrices. The thesis covers the fundamental theory of MPC, followed by the explanation of data-driven MPC for linear and nonlinear systems. The study demonstrates the application of data-driven MPC through simulations on linear and nonlinear systems and its impact on the controller's performance based on varying MPC parameters. The effectiveness of the approach is further demonstrated through its implementation on a physical DC motor.

U ovom radu razmatrana je upotreba modelskog prediktivnog regulatora za upravljanje sustavom klimatizacije zone jedne zgrade koja se sastoji od nekoliko povezanih prostorija, te njegove prednosti u odnosu na postojeći sustav upravljanja. U tu je svrhu, na temelju stvarnih dimenzija i građevnih materijala, izrađen precizan matematički model toplinskog sustava promatrane zone. Korištenjem YALMIP alata i CPLEX solvera, izrađena je MATLAB funkcija MPC algoritma pomoću koje je simulirano upravljanje na izrađenom matematičkom modelu zone. Na istom modelu simulirano je i upravljanje histereznim regulatorom koji predstavlja klasični termostat trenutno ugrađen za regulaciju temperature promatrane zone. Prema simulacijskim rezultatima MPC se pokazuje kao značajno kvalitetniji način upravljanja u usporedbi s postojećim, gledajući prema odstupanju od zadane vrijednosti i korištenoj snazi za regulaciju. This paper discusses the use of a model predictive controller to control the air conditioning system of a building zone consisting of several connected rooms, and its advantages over the existing control system. For this purpose, a precise mathematical model of the zone's thermal system was developed, based on the actual dimensions and building materials. A MATLAB function of the MPC algorithm was created using YALMIP programming tool and CPLEX solver, which was used to simulate the control on the developed mathematical model of the zone. On the same model, the control using a hysteresis controller was simulated, which represents a classic thermostat currently installed to regulate the temperature of the observed zone. According to the simulation results, the MPC proves to be a significantly better controller compared to the existing one, if we were to look at the deviation from the setpoint value and the power used for regulation.

U ovom radu modeliran je pojednostavljeni sustav klimatizacije električnog automobila te predloženo modelsko prediktivno upravljanje nad sustavom u svrhu uštede energije i produljenja voznog opsega. Predloženo upravljanje validirano je na vjernom simulacijskom modelu klimatizacijskog sustava. Postupak modeliranja i formulacije optimizacijskog problema prikazan je kroz matematičke jednadžbe i simulacije. This paper models a simplified electric car air conditioning system and proposed model predictive control over the system for the purpose of saving energy and extending the driving range.The proposed control is validated on a faithful simulation model of the air conditioning system.The process of modeling and formulation of optimization problem is presented through mathematical equations and simulations.

Mikromreža i sustavi pohrane omogućuju značajnu decentralizaciju energetskog sustava i omogućuju uključenje novih sudionika kao jedinica distribuirane proizvodnje. Baterijski sustavi najosjetljiviji su i najskuplji dio mikromreže uz ograničeni broj ciklusa punjenja i pražnjenja te osiguravanje najvećeg mogućeg kapaciteta baterija u svakom trenutku. Temperatura baterije, unutarnji otpor i iznosi struja punjenja i pražnjenja utječu na učinkovitost sustava te sami vijek baterije. U diplomskom radu potrebno je identificirati laboratorijski model baterijskog sustava te uspostaviti vezu između temperature, napona i unutarnjeg otpora baterije. Dobiveni model potrebno je zatim koristiti za sintezu upravljačkog algoritma za precizno određivanje struja punjenja i pražnjenja na minutnoj razini s ciljem povećanja učinkovitosti sustava i vijeka trajanja baterije. Odluka o dugoročnijem punjenu baterije i količini razmijenjene energije na rezoluciji jednog sata dobivena je od nadređenog sustava upravljanja. Upravljački algoritam potrebno je implementirati u laboratorijsku mikromrežu i LabVIEW programsko okruženje. A microgrid is a localized group of electricity sources and loads that normally operates connected to and synchronous with the traditional wide area synchronous grid (macrogrid), but can also disconnect to "island mode" and function autonomously as physical or economic conditions dictate. Battery systems are the most sensitive and expensive parts of the microgrid with limited number of charging and discharging cycles while ensuring highest possible capacity of the batteries at any given moment. Temperature of the batteries, internal resistance and charge and discharge currents are factors that contribute to the efficiency and life span of the batteries. Our goal is to identify the laboratory model of the battery system and find the connection between the temperature, voltage and internal resistance of the battery. We will than use that model to precisely determine the charge and discharge currents on a minutely basis with the end goal being efficiency and life span of the battery. The control algorithm will be implemented in the laboratory microgrid and in LabVIEW system - design platform.

Razvijeni su kinematički i dinamički modeli vozila za upravljanje bezirano na modelu sustava koji se koriste u autonomnoj vožnji. Također, dan je pregled ostalih modela vozila i modela pneumatika kao i njihove prednosti te ograničenja. U radu je obrađen manevar klizanja analizom ravnotežnog stanja te je opisana ovisnost ulaznih i izlaznih veličina. Zbog složene dinamike manevra, bočno klizanje teško je modelirati i upravljati njime u autonomnim vozilima. Planiranje trajektorije određeno je iz algoritma temeljenog na uzorcima. Algoritmi planiranja i upravljanja provjereni su u simulaciji pomoću programskog jezika MATLAB/Simulink. Kinematic and dynamic vehicle models were developed for model-based control design used in autonomous driving. Also, it provided an overview of vehicle models and tire models and examined the merits and limitations of each model. This thesis also examined the phenomenon of drift by conducting a steady-state analysis and discussing the resulting equilibrium states and inputs. Due to the complex dynamics of maneuvers, transient drift is difficult to model and to control in autonomous vehicles. The reference trajectory is generated from a ruled-based algorithm. The planning and control technique was validated in simulation using MATLAB/Simulink.

Optimizacija manevara uz poznate uvjete na cesti i dinamiku vozila posebno dolazi do izražaja u planiranju trajektorija autonomnih vozila, ali i u vožnji s ciljem visokih performansi kao što je minimalno vrijeme za svladavanje zavojitog profila ceste kod utrka, ili minimalna potrošnja goriva. Model vozila može se podijeliti na uzdužnu i bočnu dinamiku koje se uz određene uvjete mogu pojednostaviti pretpostavkom njihovih nezavisnosti. U sklopu diplomskog rada potrebno je na temelju pojednostavljenog modela dinamike vozila s unaprijed zadanom karakteristikom prianjanja podloge sintetizirati modelski prediktivni upravljački algoritam za proračun trajektorije manevara za pretjecanje koja osigurava optimalnu bočnu silu prianjanja kotača na podlogu. Upravljački algoritam potrebno je validirati u MATLAB/Simulink okruženju na pojednostavljenom nelinearnom modelu vozila s dva kotača te na vjernom modelu vozila s realističnim parametrima. Manoeuvre optimization under known road conditions and vehicle dynamics is applicable, not only in autonomous vehicle trajectory, but also in high performance driving such as minimal time for handling road curve or minimal fuel consumption. Vehicle model can be split into lateral and longitudinal dynamics which can be simplified by assuming their mutual independence under certain conditions. As a part of master thesis, it is required, based on simplified dynamics model with predefined surface adhesion characteristic, to synthesize model predictive control algorithm for calculating trajectory of overtaking manoeuvres which ensures optimal lateral force. Control algorithm needs to be validated in MATLAB/Simulink environment on simplified bicycle vehicle model and on true vehicle model with realistic parameters.

Potražnja za električnom energijom svakim danom raste, dok se zalihe fosilnih goriva i ostalih oblika neobnovljive energije smanjuju. Uzimajući u obzir i njihov negativan utjecaj na okoliš potrebno je okrenuti se čistim i obnovljivim izvorima energije. Najveći izvor obnovljive energije je Sunce. Rješenje u prikupljanju sunčeve energije dostupno je u obliku fotonaponskih sustava, koji globalnu sunčevu dozračenost pretvaraju u električnu energiju. Dvoosni sustav za praćenje Sunca omogućava nam da maksimalno iskoristimo ukupnu sunčevu dozračenost, te tako optimiziramo proizvodnju električne energije. Cilj ovog rada je izrada modelskog prediktivnog upravljanja položajem fotonaponskog polja na dvoosnom sustavu za praćenje Sunca koje omogućava optimalnu netto proizvodnju fotonaponskog polja, uzimajući u obzir vremensku prognozu i potrošnju energije na pozicioniranje panela. Određene su optimalne trajektorije za različite vremenske uvjete uz optimiziranu proizvodnja električne energije. Demand for electricity is growing each day, while fossil fuels and other forms of non-renewable energy are shrinking. Taking into account their negative impact on the environment, it is necessary to turn to clean and renewable energy sources. The largest source of renewable energy is the Sun. The solar collector solution is available in the form of photovoltaic systems that transform global solar radiation into electricity. Two-axis Sun monitoring system allows us to maximize total solar radiation and thus optimize the production of electricity. The aim of this paper is to produce a predictive control positioning model of the photovoltaic field on the 2-axis solar monitoring system, which provides optimal net photovoltaic output, taking into account the weather forecast and energy consumption on the panel positioning. Optimal trajectories for different weather conditions have been determined with optimized electricity production.

U svijetu postoji sve veća potreba za električnom energijom, a sve se više električne energije dobiva iskorištavanjem energije vjetra pomoću vjetroagregata. Dimenzije vjetroagregata su sve veće kako bi se povećala iskoristivost i smanjili troškovi proizvodnje električne energije. S porastom dimenzija vjetroagregata rastu i opterećenja koja konstrukcija vjetroagregata mora trpiti kao posljedicu nejednolike distribucije vjetra na rotoru vjetroagregata. LIDAR sustavi mogu mjeriti karakteristike vjetra na određenoj udaljenosti ispred vjetroagregata i tako pružiti informaciju o vjetru prije nego dođe do njegovog utjecaja na vjetroagregat. U ovom je radu korišten modelski prediktivni regulator (MPC) kako bi se ostvarilo optimalno upravljanje vjetroagregatom, tj. maksimiziralo iskorištenje energije vjetra uz smanjenje strukturnih opterećenja vjetroagregata. U optimizacijski problem je uključena predikcija vjetra pomoću LIDAR senzora. Za simulaciju cijelog sustava koristi se Matlab u sprezi s programskim paketom FAST. The increasing energy production by wind turbines is induced by the ever increasing growth in demand for electric energy. To meet those demands the efficiency of the energy production should be improved and the costs should be reduced. As a consequence, the wind turbine sizes are constantly increasing. Unfortunately, the aerodynamic loadings caused by a non-uniform wind distribution on the wind turbine rotor are consequently becoming an increasing concern. Since LIDAR systems can obtain a preview of wind measurements they can provide information about wind characteristics before the wind turbine is affected by it. In this thesis a Model Predictive Controller (MPC) is developed for optimal wind turbine control in order to maximize electrical energy production and reduce fatigue structural loads. The optimization problem utilizes preview LIDAR measurements. The designed controller is tested in Matlab coupled with FAST simulation software.

U sklopu ovog rada opisan je matematički model kuće koja je opremljena podnim grijanjem, električnim grijanjem te stropnim hlađenjem, pri čemu je iskorištena analogija termodinamičkih procesa s RC mrežom. Dobiveni matematički model realiziran je u programskom paketu Matlab te je iskorišten za regulaciju temperature kuće primjenom modelskog prediktivnog upravljanja. Osmišljen je i sustav upravljanja dostupnim aktuatorima pomoću PI regulatora. Naposljetku su prezentirani simulacijski rezultati implementacije oba sustava upravljanja, uz usporedbu potrošnje energije, kao i postignutog komfora. This thesis describes the principles of mathematical modelling of a house equipped with floor heating, electrical heating, and ceiling cooling, based on an analogy of thermodynamic processes with RC networks. The obtained mathematical model is implemented in Matlab and is then used in the design of the model predictive controller that regulates house temperature. A PI controller is also synthesized for the same system. Finally, simulation results for both control algorithms are presented and compared in terms of energy consumption and achieved comfort.

U ovom radu prikupljene su kemijske analize podzemnih voda crpilišta Ivanščak u Koprivnici. Analize su provedene od strane Zavoda za javno zdravstvo Koprivničko-križevačke županije i interne analize Koprivničkih voda d.o.o. Analizirati će se sljedeći parametri: temperatura, mutnoća, pH, elektrovodljivost, utrošak kalijeva permanganata, nitrati, kloridi, sulfati, kalcij, magnezij, tvrdoća, željezo i mangan. Pomoću navedenih parametara opisan je kemizam podzemnih voda na crpilištu Ivanščak., This thesis gathers the chemical analyses of groundwater at the Ivanščak well field in Koprivnica. The analyses were carried out by the Public Health Institute of the Koprivnica-Križevci County and an internal analysis of the Koprivnica water Plc. The following parameters are analyzed: temperature, murkiness, pH, electroconductivity, use of potassium permanganate, nitrates, chlorides, sulfates, calcium, magnesium, hardness, iron and manganese. Using the aforementioned parameters, the chemism of groundwater at the Ivanščak well is described.

Na osnovu dostupnih podataka o potrošnji energije, zgrade se ubrajaju u najveće potrošače energije u svijetu. Čest slučaj u modernim poslovnim zgradama je istovremeno korištenje elemenata za grijanje, odnosno hlađenje, i prisilnu ventilaciju kako bi se osigurali željeni zahtjevi krajnjih korisnika, odnosno zaposlenika. U ovom radu razmatra se konfiguracija dvije klimatizirane zone u zgradi u kojima postoje elementi za grijanje, odnosno hlađenje, te dotok kondicioniranog zraka pripremljenog u klima komori. Za opisanu konfiguraciju zona izveden je matematički model koji opisuje dinamičko ponašanje temperature i koncentracije CO2 u zoni. Potom je razvijen algoritam optimalnog upravljanja klimatizacijom prostorija koji koristi sekvencijalne postupke linearizacije i minimizira trošak održavanja zahtijevanih uvjeta temperature i koncentracije CO2 u zonama na odgovarajućem vremenskom prozoru u budućnosti. Sustav optimalnog upravljanja implementiran je po principu pomičnog horizonta i testiran je u Matlab/Simulink okruženju. Based on the available consumption data buildings are one of the largest energy consumers in the world. The use of heating, cooling and forced ventilation elements, at the same time, is often the case in modern office buildings to provide desired conditions for the end-users. Configuration of two building zones equipped with heating and cooling elements and inflow of air prepared in air handling unit is considered in this paper. Mathematical model which describes dynamical temperature and CO2 concentration behaviour in building zone is derived for the previously described building zone configuration. Afterwards, optimal control algorithm for the air-conditioning of building zone, which uses sequential linearisation and minimizes total cost for the maintenance of required temperature and CO2 conditions at the appropriate time-frame in the future, was developed. Optimal control system which uses receding horizon principle has been implemented and tested in Matlab/Simulink environment.

U ovom radu razvijen je algoritam upravljanja grijanja prostorije kroz ventilokonvektorski aktuator. Upravljanje je bazirano na modelskom prediktivnom upravljanju s hijerarhijskom strukturom gdje regulator ventilokonvektora prati referencu od više instance koja na temelju dinamičkog modela zgrade i vremenske prognoze predviđa količinu toplinske energije koju je potrebno unijeti u zonu u određenom vremenskom intervalu. Pokazano je da takva struktura upravljanja ima znatne prednosti u odnosu na konvencionalno histerezno upravljanje i to po potrošnji energije te udobnosti krajnjeg korisnika. Za potrebe modelskog prediktivnog upravljanja identificiran je model ventilokonvektora pomoću stvarnih podataka dobivenih s jednog od ventilokonvektora zgrade Fakulteta elektrotehnike i računarstva u Zagrebu. This paper develops control algorithm of room heating through a fan coil actuator. The control is based on a model predictive control with hierarchical structure where the fan coil regulator adheres to the required thermal energy input in zones in required amount of time set by higher instance which makes predictions based on dynamic building model and weather forecast. It is shown that such control structure has considerable advantages over the conventional hysteresis control, both in the energy consumption and the user's comfort. For the need of the model predictive control a fan coil model was identified using data gathered from Faculty of Electrical Engineering and Computing living-lab.

Sustav upravljanja vjetroagregatom megavatne snage temelji se na optimalnom iskorištavanju dostupne energije vjetra te na redukciji strukturnih opterećenja komponenti vjetroagregata. S obzirom na nelinearnost matematičkog modela vjetroagregata te na spregu pojedinih podsustava, teško je postići optimizaciju multikriterijskog problema s ograničenjima koja bi se izvodila u stvarnom vremenu na postojećem ugradbenom računalnom sustavu vjetroagregata. Stoga je zadatak ovoga rada bio suboptimalan pristup koji se temelji na izvedenoj optimizaciji u cijelom radnom području vjetroagregata i njenoj aproksimaciji korištenjem neuronske mreže. Postavljen je matematički model vjetroagregata te su identificirana ograničenja sustava upravljanja. Ponašanje projektiranog suboptimalnog regulatora simulacijski je provjereno, kao i njegova izvedivost za upravljanje u realnom vremenu. Wind turbine control system is based on the optimal use of available wind energy and the reduction of the structural loads of wind turbine components. Due to the nonlinearity of the mathematical model of wind turbine and the complexity of certain subsystems, it is difficult to achieve multi-criterion optimization solution with constraints in real time on the existing embedded systems. Thus the goal of this study was suboptimal approach based on the model predictive control in the entire working area of wind turbine and its approximation using neural networks. A mathematical model of wind turbine is identified with constraints. Suboptimal controller is verified with simulations along with its implementation feasibility in real-time.

Sveučilište u Zagrebu po prvi puta sudjeluje na međunarodnom sveučilišnom natjecanju Solar Decathlon Europe, čiji je cilj izgradnja samoodržive kuće. Kako se u sklopu dizajna kuće dizajnira i inovativna ovojnica kuće, koja u sebi uključuje i napredne materijale, poput materijala s talištem u okolini sobne temperature (engl.Phase Change Material, PCM), u sklopu ovog diplomskog rada modelirano je toplinsko ponašanje prostorije s ovojnicom koja uključuje takve napredne materijale. Na temelju razvijenog modela koncipiran je i dizajniran sustav upravljanja grijanjem/hlađenjem kuće koji se temelji na modelskom prediktivnom upravljanju.

Najveći potrošači energije u zgradarstvu su podsustavi za grijanje, hlađenje i ventilaciju. Stoga je potrebno optimizirati upravljanje tih podsustava, jer je time moguće postići energetske uštede. U ovom je radu naglasak na energetskoj efikasnosti sustava sa dvije prostorije sa jednim zajedničkim zidom, te njima propadajućeg sustava za grijanje, hlađenje i ventilaciju. Sustav za grijanje, hlađenje i ventilaciju sastoji se od jedinice za upravljanje zrakom (AHU), koja može grijati, hladiti i miješati povratni i vanjski zrak, te VAV kutija na ulazima u prostorije koje mogu grijati zrak. Model prostorija je linearan, dok je model sustava za grijanje, hlađenje i ventilaciju nelinearan. Da bi suboptimalni signal, koji će držati sustavu zadanim ograničenjima, mogao biti određen, upravljanje je podijeljeno u dva dijela. U prvom se dijelu određuju optimalne snage za linearni model prostorija pomoću modelsko prediktivnog upravljanja, a u drugom se određuje upravljački signal koji ostvaruje te snage.

U ovom radu riješen je problem optimizacije modela zgrade sa dva pristupa modelskom prediktivnom upravljanju, stohastički i deterministički. Razvijen je algoritam proračuna profila energetskih tokova zgrade, a profil buduće proizvodnje i lokalnih potreba za energijom znana je samo s konačnom dozom sigurnosti, pa u ovome radu za te svrhe koristimo stohastičko modelsko prediktivno upravljanje.

U ovom radu opisan je proces modelskog prediktivnog upravljanja toplinskim procesom u zgradi. Razrađena su dva pristupa modelskom prediktivnom upravljanju, deterministički i stohastički. Oba pristupa verificirana su kroz simulacije.

U ovom radu su obrađene MLD i PWA metode modeliranja hibridnih procesa, a s njima u vezi i implicitna, a zatim i eksplicitna metoda MPC prediktivnog upravljanja. Taj pristup je upotrijebljen za projektiranje regulatora za slijedni sustav pozicioniranja, tako što je korišten hibridni model procesa s reset-integrator modelom trenja. Simulacijom u MATLAB-u je ispitana kvaliteta praćenja reference i robusnost regulatora. Razmotrene su i daljnje mogućnosti poboljšanja eksplicitnog regulatora.