Studentská vědecká konference

Simulační program Process Simulation and Control (PSIC) je doplněk aplikace MS Excel vyvinutý na Ústavu počítačové a řídicí techniky. Tento program slouží jako učební pomůcka při výuce předmětu Laboratoř měřicí a řídicí techniky. Doplněk byl vytvořen, jakožto jednodušší nástroj na modelování, který budou moci ovládat i studenti neznalí složitějších simulačních programů (Matlab, Maple, …). Cílem tohoto projektu je doplnění stávající verze PSIC o možnost automatického vyhodnocení přechodové charakteristiky a její zobrazení. Součástí také bude vykreslení skoku, na který tato odezva vznikla a zvýraznění důležitých vlastností, jako např. zesílení soustavy, pro snadnější pochopení a analýzu vyučované látky.

Zpracování dat z Ramanova spektrometru probíhá v současné době převážně manuálně, což představuje rizika spojená s reprodukovatelností postupu. Cílem této práce je proto zjednodušení, zefektivnění a automatizace celého procesu vytvořením univerzální aplikace, včetně intuitivního uživatelského rozhraní, která v sobě zahrne maximum kroků zpracování signálu. Momentálně je kladen důraz na samotný pre-processing dat. V budoucnu bude ale aplikace umožňovat i klasifikaci spekter včetně jejich statistického vyhodnocování.

K sanaci ložisek šestimocného chromu a chlorovaných uhlovodíků lze využít redukční potenciál koloidního roztoku nanočástic železa (nZVI). Za účelem popisu migrace částic nZVI různým typem půdy bylo vyvinuto prototypové měřicí zařízení detekující jednorozměrný průběh koncentrace nZVI skleněnou kolonou. Senzor detekuje změnu rezonanční frekvence LC obvodu s konstantní kapacitou, do jehož cívky je jako jádro umístěna měřená kolona. Přítomnost nZVI mění permeabilitu jádra, tedy i vlastní indukčnost cívky. Cílem práce je analýza a interpretace naměřených hodnot rezonanční frekvence za účelem získání průběhu koncentrace nZVI s použitím matematického modelu a referenčních měření o známém průběhu koncentrace. Přítomnost šumu v měření vynucuje použití Wienerovy dekonvoluce. Rozdílnost vzorkování referenčního měření odezvy na obdélníkový impuls od ostatních experimentů do modelu zavádí interpolační metody.

Pro budoucí využití Ramanovy spektroskopie k in vivo diagnostice karcinomu plic v reálném čase je nezbytné zautomatizovat a zrychlit pre-processing a vyhodnocení naměřených spekter. Prvním krokem je eliminace vlivu pozadí překrývajícího sledované signály. Ústavem analytické chemie dosud užívaná semimanuální metodika zpracování spekter v programu Jasco Spectra Manager, je relativně zdlouhavá a neposkytuje reprodukovatelné výsledky, čímž je pro rutinní aplikaci nevyhovující. Z tohoto důvodu byly testovány nové automatizované postupy založené na použití filtračních algoritmů Savitzky-Golay a Finite Impulse Response (FIR).  Výsledná navrhovaná metodika využívá Zero-phase FIR filtrace a jejího odečtení od původního spektra. Na základě srovnání navrhované metodiky s používanými a v literatuře popsanými postupy lze konstatovat, že s využitím navrhované metodiky v podobě funkce v programovém prostředí MATLAB je možné Ramanova spektra zpracovat systematicky a bez zkreslení. Celý proces včetně vykreslení a uložení zpracovaných dat proběhne do 3 sekund od spuštění funkce, a to zcela reprodukovatelně a s vyložením minimálního úsilí.

Zpracování snímků a videosekvencí pořízených termokamerou má v současné době široké uplatnění v různých inženýrských oblastech, ve stavebnictví i v biomedicině. Práce se zabývá popisem pořizování dat a dále návrhem výpočetního systému pro analýzu časového vývoje rozložení teplot na základě příslušných videosekvencí a na základě rozboru posloupností termosnímků vytvořených s danou periodou vzorkování. Navržený výpočetní algoritmus umožňuje detekci pozic údajů o limitních teplotách v každém termosnímku a rozpoznávání příslušných cifer s využitím metod strojového učení. Pro rozpoznávání těchto údajů je využita dvouvrstvá neuronová síť se sigmoidálními a pravděpodobnostními přenosovými funkcemi. Vstupními údaji jsou přitom odstíny šedi matice obsahující elementy šedi ve výřezech s jednotlivými číslicemi. Dosažená přesnost klasifikace se v dané aplikaci blíží 100% a umožňuje průběžnou detekci teplot na základě odstínů šedi dílčích obrazových elementů.

Práce se zabývá různými možnostmi programování stavebnice Mindstorms EV3 od společnosti Lego. V rámci práce je tato stavebnice představena včetně programu, který je k této stavebnici dodáván Legem. Dále jsou uvedeny další možné programovací jazyky, ve kterých je možné stavebnici Lego Mindstorms programovat. Mezi tyto programovací jazyky patří Java, C# a Matlab. Cílem práce je tyto různé možnosti programování stavebnice Mindstorms EV3 vyzkoušet a porovnat z hlediska náročnosti na instalaci a dostupnosti. Dále je v rámci práce také praktická ukázka využití programovacího jazyka Java pro naprogramování balancujícího robota.

Práce se zabývá vývojem laser zaměřujícího zařízení, určeného k výukovým a laboratorním účelům. Zařízení je schopno programově sledovat pozici řídicího laseru na ploše snímané kamerou a ovládat řízený laser tak, aby co nejpřesněji zaměřil jeho polohu několika vybranými přístupy, zejména pak za využití číslicového PID regulátoru, který lze díky své jednoduchosti stále považovat za nejpoužívanější typ regulace nejen v průmyslu. Správná činnost regulátoru a vliv nastavení jeho parametrů bylo otestováno za pomocí vybraných inženýrských metod (Ziegler-Nichols, Åström-Hägglund, Vyvážené nastavení). Zařízení je dále opatřeno možností manuálního pozicování obou laserů a případným automatizovaným pohybem řídicího laseru po několika zvolených trajektoriích pro umožnění reprodukovatelnosti experimentů. Průběh procesu zaměření a jeho parametry je možno sledovat, ovládat a zaznamenávat pomocí grafického uživatelského rozhraní (GUI) navrženého v prostředí MATLAB.

Těžiště práce se nachází v oblasti matematického modelování, které je nedílnou součástí inženýrské praxe. Je využíváno zejména při návrhu nejrůznějších zařízení, či procesu a následně při jejich regulaci. Modelovaným objektem je v tomto případě hydraulicko-pneumatická soustava sloužící k didaktickým účelům. Fyzikální identifikace předlohy vede na soustavu nelineárních diferenciálních rovnic. Pro řešení a celkovou realizaci modelu by použit software MATLAB a to zejména prostředí Simulink. Při tvorbě bylo přirozeně přistoupeno k určitému stupni zjednodušení problému, součástí práce je tedy konfrontace modelu s realitou, ze které vycházejí další korekce a přiblížení výsledků modelované předloze.

Projekt je zaměřen na průmyslovou regulaci soustavy nádrží. Regulace se provádí pomocí RasberryPi a desky UniPi. První část je zaměřena na kalibraci vstupů, výstupů a filtraci dat. Obsahem druhé části je identifikace a regulace systému včetně analýzy přechodové charakteristiky. Součástí projektu je také porovnání navržených regulátorů.