Laboratoř aplikované kybernetiky

Výzkumný tým laboratoře navazuje na aktivity a výsledky dosažené ve výzkumném Centru aplikované kybernetiky (2000–2011, projekt MŠMT 1M0567). V současné době je skupina součástí Centra kompetence TAČR – Centrum aplikované kybernetiky 3 (2012–2019) a má úzkou vazbu na Český institut informatiky, kybernetiky a robotiky, zejména na skupinu návrh a řízení strojů a výrobků.


Výzkumný tým

  • Prof. Ing. Tomáš Vyhlídal, PhD. (kontaktní osoba)
  • Prof. Ing. Pavel Zítek, PhD.
  • Ing. Jaromír Fišer, PhD
  • Dr. Goran Simeunovič, PhD
  • Ing. Jaroslav Bušek (PhD student)
  • Ing. Vladimír Kučera (PhD student)
  • Ing. Dan Pilbauer (PhD student)
  • Ing. Petr Homolka (PhD student)
  • Ing. Pavel Skopec (dálkový PhD student, externí spolupracovník, PTSW, s.r.o.)
  • Ing. Paul McGahan (dálkový PhD student, externí spolupracovník Honeywell)
  • Ing. Magnus Wessberg (dálkový PhD student, externí spolupracovník, Upsalla University)
  • Ing. Ladislav Suckr (dálkový PhD student)
  • Ing. Jiří Šolc (externí spolupracovník)

Teoretický výzkum

  • Teorie systémů s dopravním zpožděním
  • Systémy tlumení vibrací mechanických systémů
  • Numerické metody matematického modelování
  • Modelování a řízení systémů s rozloženými parametry

Aplikovaný výzkum

  • Návrh a implementace algoritmů a metod pro monitorování a řízení průmyslových procesů se zaměřením na optimalizaci energetické a materiálové spotřeby
  • Návrh a implementace metod pro monitorování a neinvazivní úpravu prostředí v historických objektech (hrady, zámky, muzea)

Aktuální projekty

  • GAČR 17–20943S (2017–2019), Aktivní vícerozměrné hltiče vibrací složitých mechanických konstrukcí založené na metodě zpožděného rezonátoru. Projekt Grantové agentury ČR.
  • Centrum aplikované kybernetiky 3 (2012–2019), Centrum kompetence TE01020197.
  • GAČR 16–17398S (2016–2019), Kompenzátory s dopravním zpožděním pro flexibilní systémy. Projekt Grantové agentury ČR.

Ukončené projekty

  • GAČR 13–06962S (2013–2015), Nové koncepty v teorii signálových tvarovačů s dopravním zpožděním. Projekt Grantové agentury ČR.
  • Centrum aplikované kybernetiky (2000–2011), Výzkumné centrum MŠMT 1M0567.
  • Climate for Culture (2009–2014), Damage risk assessment, economic impact and mitigation strategies for sustainable preservation of cultural heritage in the times of climate change. Projekt 7. rámcového programu EU.
  • KONTAKT II – LH12066 (2012–2014), Spektrální metody v návrhu aktivního tlumení vibrací a řízení systémů se zpožděními ve zpětných vazbách. Projekt MŠMT.
  • SEAT (2006–2009), Smart tEchnologies for stress free Air Travel, Projekt 6. rámcového programu EU.

Vybrané publikace

  • Kučera, V.; Pilbauer, D.; Vyhlídal, T.; Olgac, N., Extended delayed resonators – Design and experimental verification, Mechatronics, Vol. 41(2017), 29–44. ISSN 0957–4158.
  • Fišer J., Zítek P., Skopec P., Knobloch J., Vyhlídal T., Dominant root locus in state estimator design for material flow processes: A case study of hot strip rolling, ISA Transactions, Available online 13 February 2017, (In Press, Corrected Proof). doi: 10.1016/j.isatra.2017.02.004
  • Pilbauer, D., Vyhlidal, T., Olgac, N., Delayed Resonator With Distributed Delay in Acceleration Feedback—Design and Experimental Verification, IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, Vol. 21, No. 4, 2016
  • Vyhlídal, T. – Hromčík, M.: Parameterization of input shapers with delays of various distribution. In: Automatica. 2015, vol. 59, no. 1, art. no. 6443, p. 256–263. ISSN 0005–1098.
  • Zítek, P., Vyhlídal, T., Fišer, J., et al. “Diffusion-model-based risk assessment of moisture originated wood deterioration in historic buildings.” Building and Environment 94 (2015): 218–230.
  • Hengster-Movric, K. – Lewis, F.L. – Šebek, M. – Vyhlídal, T.: Cooperative synchronization control for agents with control delays: A synchronizing region approach. In: Journal of the Franklin Institute. 2015, vol. 352, no. 5, p. 2002–2028. ISSN 0016–0032.
  • Vyhlídal, T. – Olgac, N. – Kučera, V.: Delayed resonator with acceleration feedback – Complete stability analysis by spectral methods and vibration absorber design. In: Journal of Sound and Vibration. 2014, vol. 333, no. 25, p. 6781–6795. ISSN 0022–460X.
  • Zítek, P. – Fišer, J. – Vyhlídal, T.: Dimensional analysis approach to dominant three-pole placement in delayed PID control loops. In: Journal of Process Control. 2013, vol. 23, no. 8, p. 1063–1074. ISSN 0959–1524.
  • Vyhlídal, T. – Kučera, V. – Hromčík, M.: Signal shaper with a distributed delay: Spectral analysis and design. In: Automatica. 2013, vol. 49, no. 11, p. 3484–3489. ISSN 0005–1098.
  • Henrion, D. – Vyhlídal, T.: Positive trigonometric polynomials for strong stability of difference equations. In: Automatica. 2012, vol. 48, no. 9, p. 2207–2212. ISSN 0005–1098.
  • Michiels, W. – Vyhlídal, T. – Zítek, P.: Control Design for Time-delay Systems Based on Quasi-direct Pole Placement. In: Journal of Process Control. 2010, vol. 20, no. 3, p. 337–343. ISSN 0959–1524.
  • Zítek, P. – Vyhlídal, T. – Simeunovič, G. – Nováková, L. – Čížek, J.: Novel personalized and humidified air supply for airliner passengers. In: Building and Environment. 2010, vol. 45, no. 11, p. 2345–2353. ISSN 0360–1323.
  • Vyhlídal, T. – MIchiels, W. – McGahan, P.: Synthesis of strongly stable state-derivative controllers for a time-delay system using constrained non-smooth optimization. In: IMA JOURNAL OF MATHEMATICAL CONTROL AND INFORMATION. 2010, vol. 27, no. 4, p. 437–455. ISSN 0265–0754

Laboratorní experimenty, aktivity a vybrané výsledky

Laboratorní soustava pro testování algoritmů tlumení oscilací a vibrací mechanických systémů

  • Testování tvarovače signálu s distribuovaným zpožděním ve zpětné vazbě při řízení polohy vozíku s cílem potlačit oscilace kyvadla a přídavného vozíku, více zde
  • Aplikace původních algoritmů pro potlačení mechanických vibrací systému s využitím koncepce zpožděného rezonátoru, více zde

Algoritmus QPmR pro výpočet kořenů charakteristických kvazipolynomů systémů s dopravním zpožděním

Výsledek výzkumu v oblasti teorie systémů se zpožděním oceněn prestižní třídou A Pilíře II Metodiky hodnocení výsledků výzkumných organizací RVVI – 2014 (období 2009–2013). Seznam vybraných výsledků":http://www.vyzkum.cz/…-vybrane.pdf z celé ČR obsahuje 290 záznamů, z toho 14 z ČVUT).

  • Popis algoritmu: Vyhlídal, T. – Zítek, P.: Mapping Based Algorithm for Large-Scale Computation of Quasi-Polynomial Zeros. IEEE Transactions on Automatic Control. 2009, vol. 54, no. 1, p. 171–177. ISSN 0018–9286. Počet citací: 76 WOS, 126 Google scholar
  • Update algoritmu a příklady použití: Vyhlídal, T. – Zítek, P.: QPmR – Quasi-Polynomial Root-Finder: Algorithm Update and Examples. In: Delay Systems: From Theory to Numerics and Applications. New York: Springer, 2014, p. 299–312. ISSN 2197–117X. ISBN 978–3–319–01694–8
  • Ke stažení zde

Příklad distribuce kořenů a analýzy spektrálních vlastností kvazipolynomu získaných pomocí QPmR algoritmu


Dimenzionální analýza a návrh parametrů PID regulátorů

Výsledkem výzkumu v oblasti dimenzionální analýzy aplikované na regulační smyčku s dopravním zpožděním je algoritmus pro návrh bezrozměrových parametrů PID regulátorů s předepsaným umístěním pólů. Za využití dimenzionální analýzy PID regulátory nastavené pomocí předepsání trojice dominantních pólů byly srovnávány s IAE optimálním nastavením regulační smyčky. Algoritmus je popsán v nedávno publikovaném článku

  • Zítek P. – Fišer J. – Vyhlídal T.: Dimensional analysis approach to dominant three-pole placement in delayed PID control loops, Journal of Process Control, 2013, 23(8), 1063–1074. ISSN: 0959–1524. Počet citací: 13 WOS

Dalším aplikačním výstupem dimenzionální analýzy je modelování průmyslových procesů využívající teorie fyzikální podobnosti. Ve spolupráci s firmou PT Solutions Worldwide, s.r.o., jsou vyvíjeny modely ohřívacích pecí a válcovacích tratí za účelem především energetické optimalizace výroby oceli a vývalků.


Naše vybrané výsledky dosažené v EU 7RP projektu Climate for Culture, kde jsme vedli workpackage Microclimate control for historical interiors (Řízení mikroklimatu v historických objektech)

  • Algoritmus pro analýzu rizik vnitřního prostředí historických objektů pro objekty hygroskopického charakteru (dřevo, papír, plátno) prezentovaný v : Zítek, P., Vyhlídal, T., Fišer, J., et al. “Diffusion-model-based risk assessment of moisture originated wood deterioration in historic buildings.” Building and Environment 94 (2015): 218–230.
  • Analýza prostředí v Kapli Svatého kříže na hradě Karlštejn a vybraného prostoru zámku Linderhof (odborný článek v přípravě)

Výsledky CFD modelů: Levá část – rozložení relativní vlhkosti na zdech v Kapli svatého Kříže na hradě Karlštejn. Pravá část – rozložení relativní vlhkosti vzduchu ve vybraném prostoru na zámku Linderhof

  • Návrh a implementace systému pro analýzu rizik a podporu v rozhodování pro prostředí historických objektů – Indoor climate risk assessment and control. Pro daný účel jsme vyvinuli open-source exDSS webové prostředí, které lze využít i pro jiné projekty (odborný článek v přípravě).

Studentský projekt RescueBot. Splní autonomní kvadroptéra našeho studentského týmu misi na příštím ročníku soutěže ARLISS? Dostane se po vystřelení raketou do 3km na cílový bod v Nevadské poušti?