Bachelor's Thesis

Peristaltic pump control

Final Thesis 11.98 MB Appendix 1.13 MB

Author of thesis: Václav Horáček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Lukáš Pohl, Ph.D.

Reviewer: Ing. Michal Kozubík, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the mathematical modeling and control of peristaltic pumps. Peristaltic pumps possess the unique property of pumping liquid without it coming into contact with the pumping mechanism, thereby preventing any contamination. The main tasks of this thesis were to research the properties of peristaltic pumps, design a simplified mathematical model, and implement a chosen control algorithm using this model. The designed algorithm was then implemented on a physical system based on an STM32 embedded system. The functionality of the algorithm was verified on this setup, and the control results were subsequently compared with the mathematical model. What makes this application more challenging is the presence of several nonlinearities in the system, which need to be modeled and taken into account during the control algorithm design. A PI and an I-PD controller were chosen for the model control, while their discrete equivalents were used for the physical system. These control algorithms proved to be an effective method for controlling peristaltic pumps.

Keywords:

PID control, nonlinear systems, embedded systems, mathematical modeling, STM32, feedback control, simulation, peristaltic pumps

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval připravenou prezentaci a následně odpovídal na tři dotazy položené oponentem závěrečné práce. Komise se doptala na informace k lopatkovému průtokoměru a jaké je jeho dynamika. Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

prof. Ing. Michal Prauzek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jakub Arm, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Fialka, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Petyovský, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Pohl, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Lukáš Pohl, Ph.D.

Prezentační a formální úpravě práce Václava Horáčka nelze příliš vytknout. V průběhu práce se vyskytuje jen velmi omezené množství chyb a překlepů. Jazyk práce je srozumitelný a dobře čitelný. Řazení a názvy jednotlivých kapitol odpovídají běžně zavedené praxi. Práce ale také obsahuje velké množství převzatých (správně citovaných) blokových schémat, které by asi bylo vhodnější překreslit do vizuálního stylu shodného se zbytkem práce. Systém thesis nezaznamenal jakýkoliv náznak plagiátorství. Student v závěru práce uvádí celkem 24 literárních zdrojů, což je počet dostatečný pro diplomovou práci.
K řešení práce student přistupoval systematicky a snažil se vždy zadanou tématiku podrobně prostudovat. Studentovi se podařilo implementovat několik různých typů regulátorů, které jsou v závěru práce mezi sebou porovnány. Na řešení zadání pracoval student svědomitě, ale o svých aktivitách s postupem času informoval s prodlužujícími se intervaly. Ke konci akademického roku bylo již poměrně obtížné najít shodu v rozvrhu pro společnou konzultaci finálního řešení zadaného tématu. Celkově navrhuji hodnocení B 87 bodů. Points proposed by supervisor: 87

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Michal Kozubík, Ph.D.

Téma bakalářské práce pana Horáčka považuji za nadprůměrně složité. Student si při zpracování práce vyzkoušel identifikaci systému, návrh regulátorů i jejich následnou implementaci. Práce je zpracována precizně a nezaznamenal jsem významnější množství chyb či překlepů. Přesto bych měl k formální stránce jednu výtku, a to hůře čitelnou legendu v grafech měřených průběhů, počínaje obrázkem 4.7.

Z obsahového hlediska práce splňuje všechny požadované náležitosti. Text je však poměrně rozsáhlý, od úvodu po závěr má práce přibližně 50 stran, což je dáno studentovou tendencí zabíhat až do přílišných podrobností. Například zdlouhavé vysvětlování principů řízení v otevřené a uzavřené smyčce považuji vzhledem k zaměření práce za zbytečně obsáhlé.

Zadání práce považuji za splněné v celém rozsahu. Přesto mám k řešení několik výtek. Text práce řeší identifikaci stejnosměrného motoru, zatímco parametry samotného čerpadla student, jak sám uvádí, „aproximoval na základě přechodného děje“, což chápu spíše jako odhad parametrů. Nabízí se proto otázka, proč nebyla využita již implementovaná metoda nejmenších čtverců. S tím souvisí i absence verifikace sestaveného modelu. V práci je uvedena pouze tabulka parametrů bez dalšího porovnání modelu s reálnou soustavou. Tento nedostatek se následně projevuje i při nastavování regulátoru, kdy se parametry regulátoru získané simulací a experimentálně liší i řádově.

S regulátory souvisí i má další výtka. Text místy působí dojmem, že se student ztrácí v názvosloví jednotlivých struktur regulátorů s dopřednou vazbou. Konkrétně schéma na obrázku 6.1, které je přejaté ze skript. Význam některých parametrů a jejich vliv na chování regulátoru není dostatečně vysvětlen.

U srovnání regulátorů mi chybí kvantifikované zhodnocení, jelikož je vše ukázáno pouze v grafech. I tak je z nich však patrné, že student dosáhl vytyčených cílů.

Práce dle mého názoru jednoznačně dokazuje bakalářské schopnosti studenta. Přes uvedené výtky považuji práci za kvalitně zpracovanou a navrhuji ji ohodnotit 89 body, tedy známkou B. Topics for thesis defence:
  1. Ze schématu regulátoru na obrázku 6.1 není zcela zřejmé, za jakých podmínek lze výslednou strukturu považovat za S-PD regulátor. Upřesněte prosím, kdy toto označení platí.
  2. Jaké rozdíly jste pozoroval mezi odezvou identifikovaného modelu a reálné soustavy při stejném akčním zásahu?
  3. Na svém přípravku jste nastavil derivační časovou konstantu na 0.0005 s při vzorkovací periodě 0.02 s. Jaký praktický vliv měla za těchto podmínek derivační složka na výsledné chování regulátoru?
Points proposed by reviewer: 89

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová