Bachelor's Thesis

Elevator model drive control

Final Thesis 7.63 MB Appendix 909.69 kB

Author of thesis: Lukáš Kvetán

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Knobloch, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jiří Ctibor

Abstract:

The bachelor’s thesis deals with the modernization of the control system for an existing elevator model, which was originally developed in 2006 as a master’s thesis. The modernization is aimed at adapting the model to the requirements of a new laboratory exercise. The aim of the thesis is to design and implement a new control system utilizing a microcontroller and a BLDC motor as the drive for the elevator model. The theoretical part of the thesis covers the basic principles of synchronous machine control, methods of rotor position sensing, and elevator control algorithms. The practical part focuses on the implementation of BLDC motor control, drive speed regulation, and the elevator’s operational logic. The source code is written in the C programming language. The solution also includes the design of a communication protocol for bidirectional communication between the microcontroller and the computer. Based on this communication, a graphical user interface has been created that allows monitoring the current status of the elevator and entering ride requests from the cabin or individual floors.

Keywords:

elevator model drive control, BLDC motor, STM32, six-step commutation, Hall sensors, PI regulator, state machine, UART, I2C

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval bakalářskou práci na téma Řízení pohonu modelu výtahu. Student shrnul jednotlivé části práce. Popsal model výtahu, který byl použit v rámci bakalářské práce. Uvedl jednotlivé komponenty výtahu a popsal jejich funkci. Popsal řídicí systém, konkrétně strukturu řízení výtahu. Popsal generování PWN signálu. Dále prezentoval aspekty řízení pohonu (měření rychlosti a polohy rotoru). Prezentoval naměřené hodnoty. Popsal stavový automat výtahu. Dále prezentoval jednotlivé provozní stavy řízení výtahu. Následně předvedl grafické prostředí pro řízení celého systému. Student odpověděl na otázky oponenta a komise.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Petr Procházka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Bohuslav Bušov, CSc. (člen)
Ing. Petr Huták, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Knobloch, Ph.D.

Bakalářská práce pana Lukáše Kvetána se zaměřuje na softwarovou část pohonu modelu výtahu. Práce je rozdělena do 6 kapitol plus úvod a závěr. Je logicky členěna a čtenář se v ní přirozeně orientuje. Je patrné, že autor rozumí dané problematice, kterou samostatně nastudoval z dostupné literatury. Pan Kvetán splnil zadání a vytvořil vysoce kvalitní, pěkně graficky a stylisticky provedenou práci, se kterou je možné dále pracovat.
V bakalářské práci je popsán princip BLDC motoru a jeho řízení s měřením polohy pomocí Hallových sond. Dále je popsán princip řízení výtahů především pro převoz osob. Posléze je popsána konkrétní implementace popsaných algoritmů, jejich grafické vyjádření a popis konkrétních funkcí v jazyce C. Dále student vytvořil uživatelské rozhraní pro PC, které komunikuje s řídicím systémem výtahu pro sériové lince. Výsledkem je produkt, který je možné používat tak, jak je, nebo díky kvalitní dokumentaci modifikovat a rozvíjet.
Student k řešení své práce přistupoval aktivně. Oceňuji jeho samostatnost a schopnost řešit technické potíže.
Z mého pohledu jde o nadstandardní práci, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení A. Points proposed by supervisor: 97

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jiří Ctibor

Předložená bakalářská práce Lukáše Kvetána se zabývá inovací řídicího systému modelu trojpodlažního výtahu pro účely výuky na ústavu UVEE. Práce čítá 84 stran a je rozdělena do 6 obsahových kapitol. Na začátku se student zabývá analýzou prvků systému a požadavky elektrických pohonů výtahů.  Dále se zaměří detailněji na BLDC motory, kde si osvojí jejich základní vlastnosti a typy řízení. V třetí kapitole se pak student zabývá způsoby řízení výtahů ve smyslu optimalizací trajektorií pro největší propustnost výtahů. Ve čtvrté kapitole student vybírá jednotlivé komponenty k realizaci systému počínaje motory přes řídící elektroniku a snímače až po vizualizační prostředky. V páté kapitole se zabývá popisem implementace embedded software a v šesté kapitole student popisuje realizaci grafického rozhraní pro možnost ovládat výtah z PC. Student se v práci naučil velké množství věcí spojených s vývojem embedded aplikací, jako je nastavování vnitřních periférií mikronontroléru, zejména PWM modulátoru, použití externích periférií komunikujících přes digitální sběrnici jako je display a io expandér, realizaci stavových automatů a číslicových regulátorů a v neposlední řadě i vizualizaci procesu v obslužném grafickém rozhraní na PC což vyžadovalo taky implementaci jednoduchého komunikačního protokolu po sériové lince. Obsahově tedy práce dá se říct snad i převyšuje rozsah bakalářské práce. Text je stylisticky i graficky v pořádku, vytknout by se dala snad jen špatná kvalita převzatých obrázků. Co se týká samotného kódu, je poměrně přehledný, trochu i okomentovaný. Pro lepší přehlednost však chybí například užití strukturovaných proměnných i aplikační kód mohl být napsaný trochu jinak, avšak na bakalářskou práci je tento formát plně dostačující. V práci byli splněny všechny body zadání, a tak ji doporučuji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. 1. Není škoda obbsluhovat každý displej zvlášť ? Nestačilo by z jedné i2c směrnice ovládat třeba 3 displeje se stejnou adresou ? Nebo každý display zobrazuje něco jiného ?
  2. 2. Proč jste zvolil bipolární modulci ? Nebyla by vhodnější s ohledem na konkrétní aplikaci využít unipolární modulace ?
  3. 3. Jestli to chápu správně, komutace fází běží ze sysTick timeru na 1 kHz. Tím ale bude docházet k momentovým rázům protože nebude doržena synchronizace okamžiků komunikace v SW s okamžikem skutečné komutace. Jinými slovy nevyhnutelně bude docházek k okamžikům 0-1ms dlouhým, kdy magnet již bude nad cívkou která je v protifázi, což sbůsobí protiment aktuálnímu směru otáčení. Toto by šlo určitě řešit elegantněji, zkuste navrhnout řešení.
  4. 4. Nemáte implementován proudový regulátor. Jak řešíte omezení proudu? Co když výtah bude přetížen?
Points proposed by reviewer: 91

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová