Doctoral Thesis

Model-Based Control of Active Magnetic Bearing

Final Thesis 30.4 MB Appendix 9.63 MB Summary of Thesis 30.4 MB

Author of thesis: Ing. Jiří Ctibor

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ivo Pazdera, Ph.D.

Reviewers: doc. Ing. Josef Černohorský, Ph.D., prof. Ing. Petr Palacký, Ph.D.

Abstract:

The thesis deals with the implementation of a control system of a heteropolar radial active magnetic bearing for a supplied prototype stand. The introduction of the thesis discusses the main principles of electromagnetic levitation, focusing on the principle of active magnetic bearings. In addition to the analysis and synthesis of a standard linear model, an advanced nonlinear model is also compiled within the thesis. Using this model, a classic feedback cascade control system is then compiled. The possibilities and types of control are discussed. Matlab Simulink with the X2C module is used as the basic platform for design and simulation for the subsequent transformation of algorithms into a microprocessor control system. The result is an independently functional control system. At the end of the thesis, measurements and comparisons of models with a real stand are performed.

Keywords:

Active Magnetic Bearing, Real-Time Control, Nonlinear Model, Embedded Control, Matlab Simulink, X2C, Control System

Date of defence

23.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Obhajoba disertační práce proběhla prezenční formou. Doktorand v rámci obhajoby seznámil komisi a přítomné s cíli, metodikou řešení, hlavními výsledky a vlastními přínosy disertační práce. Následovalo představení oponentních posudků a diskuse k dotazům a připomínkám oponentů. Ve veřejné diskusi vystoupili s dotazy a připomínkami rovněž členové komise a další přítomní. Písemný záznam dotazů je přílohou tohoto protokolu. Komise ocenila zejména systematické propojení teoretického rozboru, nelineárního matematického modelování, simulačního ověření, návrhu regulace a následné praktické realizace funkčního laboratorního standu včetně vestavěného řídicího systému. V neveřejné části jednání a po tajném hlasování komise konstatovala, že doktorand prokázal schopnost samostatné tvůrčí vědecké práce v dané oblasti výzkumu a splnil podmínky § 47 odst. 4 zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách. Komise proto doporučila udělení akademického titulu doktor, ve zkratce Ph.D.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Power Electrical and Electronic Engineering

Study programme

Power Systems and Power Electronics (DKC-SEE)

Composition of Committee

prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc. (předseda)
doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D. (člen)
Ing. Josef Kadlec, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Petr Palacký, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Josef Černohorský, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ivo Pazdera, Ph.D.

Doktorand Ing. Jiří Ctibor se v rámci doktorského studia na Ústavu výkonové elektroniky a elektrotechniky zabýval problematikou aktivních radiálních magnetických ložisek (AML) pro vysokootáčkové aplikace v elektrických pohonech. V rámci ústavu se jednalo o poměrně novou oblast s minimálními předchozími zkušenostmi. Hlavní motivací pro vypsání této disertační práce byl rostoucí počet aplikací vysokootáčkových elektrických pohonů a s tím související rozšiřující se využití aktivních magnetických ložisek. Z tohoto důvodu usiloval ústav o získání základních zkušeností s principy, návrhem, řízením, realizací a experimentálním ověřením AML.

Vzhledem k tomu, že se jedná o technicky složitou a multidisciplinární problematiku, byla původně celá realizace rozdělena mezi více doktorandů. Ing. Jiří Ctibor se zaměřil především na problematiku modelování a řízení magnetického ložiska. Nastudoval relevantní literaturu a vytvořil nelineární model ložiska, který sloužil k testování řídicích algoritmů. Pomocí nástroje X2C realizoval simulaci řízení magnetického ložiska v prostředí MATLAB/Simulink a následně tento model využil i pro řízení reálného ložiska.

Jedná se o moderní přístup typu Hardware-in-the-Loop (HIL), případně Model-Based Design, při němž lze reálný systém nejprve modelovat a následně jej přímo řídit a porovnávat tak naměřené výsledky s navrženým matematickým modelem. V rámci disertační práce doktorand rovněž navrhl, vyrobil a úspěšně otestoval kompletní hardware pro řízení a napájení magnetického ložiska. Při řešení postupoval systematicky a jednotlivé kroky návrhu přehledně zpracoval v textu disertační práce.

Na realizovaném ložisku provedl řadu experimentálních měření, která podrobně analyzoval. Součástí práce bylo rovněž vytvoření vizualizačního softwaru pro zobrazení aktuální polohy rotoru. Realizace laboratorního přípravku byla časově velmi náročná, zejména s ohledem na vysoké nároky na výrobní přesnost magnetického ložiska. V průběhu řešení navíc došlo ke změně řešitelského týmu a Ing. Jiří Ctibor se musel vypořádat s kompletní realizací laboratorního přípravku s AML samostatně.

I přes tyto komplikace se podařilo úspěšně realizovat zamýšlený laboratorní přípravek s aktivním magnetickým ložiskem. Odvedenou práci Ing. Jiřího Ctibora během doktorského studia hodnotím velmi pozitivně. Vytyčené cíle disertační práce byly splněny. Doktorand se rovněž úspěšně zapojil do dalších projektů a aktivit na Ústavu výkonové elektroniky a elektrotechniky. Points proposed by supervisor: 90

Reviewer’s report
doc. Ing. Josef Černohorský, Ph.D.

viz pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 249,80 kB

Reviewer’s report
prof. Ing. Petr Palacký, Ph.D.

viz pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 500,16 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová