Search
dr hab. inż. Robert Piotrowski
Employment
- Associate professor at Department of Intelligent and Decision Support Systems
Publications
Filters
total: 114
Catalog Publications
Year 2024
-
A stochastic approach for the solution of single and multi – objective optimisation problems of biological processes in sequencing batch reactor
PublicationThis paper investigates the impact of implementing single and multi-optimisation solutions on the biological treatment process in a sequencing batch reactor (SBR). The research is based on a case study of the water resource recovery facility (WRRF) in Swarzewo, Northern Poland. The paper introduces the adaptive extremum seeking control (ESC) method for dissolved oxygen (DO) concentration control and places it in a layered control structure....
-
An optimized dissolved oxygen concentration control in SBR with the use of adaptive and predictive control schemes
PublicationThis paper addresses the problem of optimizing control of the aeration process in a water resource recovery facility (WRRF) using sequencing batch reactor (SBR), one that affects the efficiency of wastewater treatment by stimulating metabolic reactions of microorganisms through dissolved oxygen (DO) level control, and accounts for the predominant part of operating costs. Two independent approaches to DO control algorithm design...
-
Optimising Sequencing Batch Reactor Operation Cycle Planning Using Evolutionary Algorithm
PublicationThe objective of this research was to optimise the operation cycle of the Sequencing Batch Reactor (SBR). Appropriate time balances of aerobic to anaerobic phases, as well as a set dissolved oxygen level are the key to ensuring the quality of effluent from the wastewater treatment process. The proposal to solve this optimisation problem was based on multi-objective optimisation using an evolutionary multi-objective optimisation...
-
Wykorzystanie rachunku niecałkowitego rzędu w sterowaniu suwnicą 3D
PublicationSuwnica 3D jest obiektem stosowanym w różnych gałęziach przemysłu. Z punktu widzenia sterowania, jest to system dynamiczny, nieliniowy i wielowymiarowy. W artykule zaprojektowano dwa układy regulacji: z klasycznym regulatorem PID oraz z regulatorem PID ułamkowego rzędu. Przedstawiono analizę porównawczą zaprojektowanych układów regulacji.
Year 2023
-
A comprehensive approach to SBR modelling for monitoring and control system design
PublicationThe aim of this research is to provide a comprehensive description of the Sequencing Batch Reactor (SBR) modelling for monitoring, control, and plant operational optimisation validation. The paper provides a detailed modelling of the SBR, its components and constituent processes. For this purpose, the mass balance principle and continuity equations were provided with a reactive term implemented using Activated Sludge Model (ASM)....
-
A new approach to designing control of dissolved oxygen and aeration system in sequencing batch reactor by applied backstepping control algorithm
PublicationThe Wastewater Treatment Plant (WWTP) is a very complex system, due to its nonlinearity, time-variance, and multiple time scales in its dynamics among others. The most important control parameter in a WWTP is the Dissolved Oxygen (DO) concentration. The tracking problem of the DO concentration is one of the most fundamental issues in biological wastewater treatment. Proper DO concentration control is necessary to achieve adequate...
-
Adaptive stochastic and hybrid nonlinear optimization algorithms for improving the effectiveness of the biological processes at WWTP
PublicationWastewater treatment plays an important factor in the modern world. Insufficient treatment may result in environmental pollution which can further lead to disasters and diseases. However, processes that take place inside wastewater treatment plants (WWTP) are highly complex in nature, therefore it is difficult to design an efficient, optimal control system. The problem regarding biochemical reactions inside Sequential Batch Reactor...
-
Automated anonymization of sensitive data on production unit
PublicationThe article presents an approach to data anonymization with the use of generally available tools. The focus is put on the practical aspects of using open-source tools in conjunction with programming libraries provided by suppliers of industrial control systems. This universal approach shows the possibilities of using various operating systems as a platform for process data anonymization. An additional advantage of the described...
-
Employment of a Nonlinear Adaptive Control System for Improved Control of Dissolved Oxygen in Sequencing Batch Reactor
PublicationA proper control in a complex system, such as Wastewater Treatment Plant (WWTP) with each year is becoming increasingly important. High quality control can minimize an environmental impact as well as reduce operational costs of the WWTP. One of the core issues is providing adequate dissolved oxygen (DO) concetration for microorganisms used in a treatment process. An aeration process of the wastewater realised by an system consisting...
-
Respiration rate estimation using non-linear observers in application to wastewater treatment plant
PublicationA problem of respiration rate estimation using two new non-linear observers for a wastewater treatment plant is addressed in this paper. In particular, a non-linear adaptive Luenberger-like observer and a super twisting sliding mode observer have been derived to produce stable and bounded estimates of the respiration rate. During the synthesis of the particular observer, an appropriate mathematical utility model was used. The observability...
-
Stochastic optimisation algorithm for optimisation of controller parameters for control of dissolved oxygen in wastewater treatment plant
PublicationWastewater treatment plants (WWTPs) are very important facilities for mankind. They enable the removal and neutralisation of man-made pollutants. Therefore, it is important for wastewater treatment plants to operate as efficiently as possible so that the level of pollutants in the treated wastewater meets specific requirements. This paper concerns the design of a hierarchical nonlinear adaptive control system for dissolved oxygen...
Year 2022
-
Design of three control algorithms for an averaging tank with variable filing
PublicationAn averaging tank with variable filling is a nonlinear multidimensional system and can thus be considered a complex control sys-tem. General control objectives of such object include ensuring stability, zero steady state error and achieving simultaneously shortest possible settling time and minimal overshoot. The main purpose of this research work was the modelling and synthesis of three control systems for an averaging tank. In...
-
How high-tech solutions support the fight against IUU and ghost fishing: a review of innovative approaches, methods, and trends
PublicationIllegal, Unreported, and Unregulated fishing is a major threat to human food supply and marine ecosystem health. Not only is it a cause of significant economic loss but also its effects have serious long-term environmental implications, such as overfishing and ocean pollution. The beginning of the fight against this problem dates since the early 2000s. From that time, a number of approaches and methods have been developed and reported....
-
Optimal state feedback controller for balancing cube
PublicationIn this paper, a nonlinear balancing cube system is considered, the concept for which is based on an inverted pendulum. The main purpose of this work was the modelling and construction of a balancing cube with the synthesis of the control system. The control objectives included swing-up and stabilization of the cube on its vertex at an unstable equilibrium. Execution of the intended purpose required, first, deriving a cognitive...
-
Optymalizacja procesów biologicznych w oczyszczalni ścieków typu SBR
PublicationObiektem zainteresowania jest biologiczna, sekwencyjna oczyszczalnia ścieków (Sequ-encing Batch Reactor – SBR). Jest to złożony system sterowania z powodu nieliniowej dyna-miki, niepewności, wielu skal czasu, wielowymiarowości i braku wystarczającej liczby pomia-rów. Warunkiem koniecznym zachodzenia większości procesów biologicznych jest dostar-czenie bakteriom oczyszczającym ścieki, odpowiedniej ilości tlenu, za pomocą instalacji...
-
Prototype and design of six axis robotic manipulator
PublicationThe paper presents a design of six axis manipulator. The design consists of specially designed solutions for housing, planetary gearboxes and electronics. The manipulator is controlled by a supervisory control system. The use of a series of measuring elements allows to track the current position of each axis and use this to create a cascade control loop with velocity and acceleration feed-forward. The implemented control algorithm...
-
Synthesis of a state feedback controller for an averaging tank with variable filling
PublicationIn paper, a nonlinear averaging tank with variable filling is considered. The main purpose of this research work was the modelling and control system synthesis of an averaging tank. The control objectives included ensuring stability and zero steady-state error of the system and achieving settling time as short as possible, while maintaining a minimal overshoot. In order to achieve the intended purpose, firstly a mathematical model...
-
System stabilizacji piłki na ruchomej platformie
PublicationW ostatnich latach nastąpił znaczny rozwój i wzrost zastosowań układów regulacji nadążnej. Ich wykorzystanie przestało ograniczać się do zastosowań przemysłowych, a zaczęto je używać w aplikacjach życia codziennego. Artykuł przedstawia proces projektowania i syntezy nadążnego układu stabilizacji piłki na ruchomej platformie. Opisano część mechaniczną oraz elektroniczną platformy. Przedstawiono model matematyczny, a także opisano...
-
Task Scheduling – Review of Algorithms and Analysis of Potential Use in a Biological Wastewater Treatment Plant
PublicationThe idea of task scheduling is to increase the efficiency of a system by minimising wasted time, evenly loading machines, or maximising the throughput of machines. Moreover, the use of appropriate scheduling algorithms often leads to a reduction in the energy costs of the process. Task scheduling problems are found in a variety of industrial areas, and their scale changes significantly depending on the problem. This review shows...
Year 2021
-
Design of weighted PID controllers for control of the Stewart-Gough platform
PublicationStewart-Gough platform (SGP) is a popular parallel type manipulator that involves a 6 degrees of freedom (DOF) motion. In this paper, the process of mathematical modelling of SGP is presented. Two selected control algorithms that use PID controllers and weighted PID controllers are designed. Both control systems using these algorithms are implemented in MATLAB environment as well as on the actual SGP. Parameters of the controllers...
-
Novel hierarchical nonlinear control algorithm to improve dissolved oxygen control in biological WWTP
PublicationWastewater treatment is a problem known to humankind for centuries. The quality of treated sewage determines the condition of reservoirs around the world. Control of such a complex and nonlinear system as a wastewater treatment plant requires thorough knowledge of the process. The paper presents a hierarchical control system of a Sequencing Batch Reactor (SBR) in Wastewater Treatment Plant (WWTP) taking into account a model based...
Year 2020
-
Bezzałogowy kołowy pojazd elektryczny do automatycznego wychodzenia z poślizgów
PublicationPojazdy bezzałogowe znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach współczesnego świata. Pojazdy autonomiczne wraz z algorytmami wspomagającymi kierowanie pojazdami skupiają uwagę wielu zespołów inżynierskich. Jednym z ważniejszych aspektów bezpieczeństwa na drogach jest wspomaganie zapobiegania i wychodzenia z poślizgów w dynamicznym środowisku. Artykuł przedstawia projekt oraz wykonanie bezzałogowego pojazdu kołowego zdolnego do automatycznego...
-
Control of nonlinear and linearized model of self-balancing electric motorcycle
PublicationSelf-Balancing Electric Motorcycle (SBEM) is a dynamic and nonlinear electro-mechanical system. In this paper, the process of mathematical modelling and line-arization of SBEM is presented. The model of the control system in Matlab envi-ronment is implemented. The control system using the PID controller is designed. The operation of particular structures of the PID controller on the simulation model is compared. Due to simulation...
-
Design of optimal state feedback controller with observer for multidimensional electrical system
PublicationFrom the control point of view, two-input-two-output RC electrical system is a linear and multidimensional system. In this paper, integral control and closed-loop observer are verified whether they can be used and designed. To verify this, Kalman tests are made. These structures are presented and discussed. Integral Control is tested with some base disturbances impact and checked whether it can handle them. The estimated values...
-
Designing control strategies of aeration system in biological WWTP
PublicationThe paper presents the complete design processes of a novel aeration control systems in the SBR (Sequencing Batch Reactor) wastewater treatment plant (WWTP). Due to large energy expense and high influence on biological processes, the aeration system plays a key role in WWTP operation. The paper considers the aeration system for a biological WWTP located in the northeast of Poland. This system consists of blowers, the main collector...
-
Model of aeration system at biological wastewater treatment plant for control design purposes
PublicationThe wastewater treatment plant (WWTP) is a dynamic, very complex system, in which the most important control parameter is the dissolved oxygen (DO) con-centration. The air is supplied to biological WWTP by the aeration system. Aera-tion is an important and expensive activity in WWTP. The aeration of sewage ful-fils a twofold role. Firstly, oxygen is provided as the main component for biolog-ical processes. Secondly, it supports...
-
Realization, programming and controlling of the Stewart-Gough platform
PublicationThis paper presents realizaon, programming, and controlling of a low cost Stewart-Gough plaorm (SGP) with rotary actuators. The realized SGP is applied in a ball & plate control system. Developed dedicated software consists of embedded and applicaon soware for both the SGP posioning system and the ball & plate control. system. A ball posion is being obtained using computer vision. The paper contains tests results for both an SGP...
-
Supervisory fuzzy control system for biological processes in sequencing wastewater batch reactor
PublicationThe paper proposes the design of the supervisory heuristic fuzzy control system applied to a Sequencing Batch Reactor (SBR) in the Wastewater Treatment Plant (WWTP). Based on real data records and the biological process and aeration system models, a control system for biological processes has been designed. The supervisory control system performs management of the reactor work cycle, determines the phase length, controls the sludge...
Year 2019
-
Design of control algorithms for mobile robots in an environment with static and dynamic obstacles
PublicationThis article proposes the construction of autonomous mobile robots and designing of obstacle avoidance algorithms for them. Nowadays, mobile robots are gaining more and more popularity on the customer as well as industrial market, for example as automatic vacuum cleaners or lawnmowers. Obstacle avoidance algorithms play an important role in performance of this types of robots. The proposed algorithms were designed for builds with...
-
Improving SBR Performance Alongside with Cost Reduction through Optimizing Biological Processes and Dissolved Oxygen Concentration Trajectory
PublicationAuthors of this paper take under investigation the optimization of biological processes during the wastewater treatment in sequencing batch reactor (SBR) plant. A designed optimizing supervisory controller generates the dissolved oxygen (DO) trajectory for the lower level parts of the hierarchical control system. Proper adjustment of this element has an essential impact on the efficiency of the wastewater treatment process as well...
-
Mechatronics design, modelling and controlling of the Stewart-Gough platform
PublicationThis paper presents a mechatronics design of a low cost Stewart-Gough platform (SGP) with rotary actuators. The designed SGP is supposed to be applied in a ball & plate control system. The synthesis of the ball & plate control system is also within the subject of the paper. A mechatronics design process of the SGP was conducted with computer-aided design (CAD) software. Unique analytical solutions of an inverse kinematics problem...
-
Mixed integer nonlinear optimization of biological processes in wastewater sequencing batch reactor
PublicationWastewater treatment plays a key role for humanity. The waste entering lakes, rivers, and seas deteriorates daily quality of life. Therefore, it is very important to improve the efficiency of wastewater treatment. From a control point of view, a biological wastewater treatment plant is a complex, non-linear, multidimensional, hybrid control system. The paper presents the design of the optimizing hierarchical control system applied...
-
Model konstrukcyjny i sterowanie robotami mobilnymi w środowisku z przeszkodami
PublicationW dzisiejszych czasach mobilne roboty autonomiczne zyskują coraz większą popularność, zarówno w środowiskach przemysłowych jak i w konsumenckich. Mają one głównie na celu ułatwianie pracy człowieka poprzez przejęcie części jego obowiązków. Z racji różnorodności środowisk, w jakich mogą one pracować, korzystają z algorytmów omijania przeszkód w celu osiągnięcia swobody poruszania się. Artykuł przedstawia model konstrukcyjny oraz...
-
Zaprojektowanie, wykonanie i sterowanie panelem słonecznym
PublicationOdnawialne źródła energii stają się coraz bardziej popularne. Rynek fotowoltaiki w ostatnich latach znacznie powiększył swój udział w zaspokajaniu zwiększonego zapotrzebowania na energię wszystkich gałęzi przemysłu oraz gospodarek państw. Obecny etap rozwoju technologicznego dąży do maksymalizowania sprawności przetwarzania energii słonecznej na energię elektryczną. Prężnie rozwijająca się automatyzacja pozwala na budowę układów,...
Year 2018
-
Estymacja respiracji wykorzystująca pomiar stężenia tlenu w SBR
PublicationBiologiczna oczyszczalnia ścieków jest złożonym nieliniowym systemem przemysłowym. Jednym z istotnych i kosztownych procesów tam zachodzących jest napowietrzanie ścieków. Z procesem tym związana jest respiracja, czyli szybkość zużywania tlenu przez bakterie oczyszczające ścieki. Jest to jeden z najważniejszych parametrów, decydujący o efektywności oczyszczania ścieków. Niestety koszt zakupu urządzeń do pomiaru respiracji – respirometrów...
-
Monocykl elektryczny – projekt i realizacja
PublicationW ostatnich czasach zaobserwować można rozwój pojazdów elektrycznych. Czynnikami, które pozytywnie wpływają na to zjawisko jest redukcja emisji spalin oraz hałasu, które emitują standardowe pojazdy. Przy mniejszych, mobilnych konstrukcjach elektrycznych, dodatkową zaletą jest zmniejszenie problemu związanego z zatłoczeniem ulic. Artykuł przedstawia projekt oraz wykonanie monocyklu elektrycznego. Uwzględniając założenia projektowe,...
-
Optymalizacja procesów biologicznych w oczyszczalni ścieków typu SBR
Publicationiologiczna oczyszczalnia ścieków jest skomplikowanym systemem sterowania. Jednym z istotnych i kosztownych procesów tam zachodzących jest napowietrzanie ścieków. Prawidłowy jego przebieg ma decydujący wpływ na stopień oczyszczenia ścieków i koszty operacyjne pracy oczyszczalni. W związku z tym prowadzone są prace badawcze nad optymalizacją procesów biologicznych, pozwalającą redukować koszty, np. zużycie energii. W artykule opracowano...
-
Projekt i wdrożenie komputerowego systemu bazodanowego w poradni dietetycznej
PublicationDziałalność firm nie jest możliwa, bez szybkiego dostępu do dużej liczby danych. Niezbędne stają się komputerowe bazy danych, które wspomagają zarządzanie w przedsiębiorstwach. W artykule zaprojektowano i wdrożono relacyjną bazę danych w poradni dietetycznej. Bazę danych zaimplementowano w środowisku Microsoft Access.
-
Projektowanie sterowania monocyklem elektrycznym
PublicationWraz z rozwojem technologii zaobserwować można globalny wzrost zainteresowania branżą pojazdów elektrycznych. Czynnikami, które pozytywnie wpływają na to zjawisko jest możliwość redukcji spalin oraz hałasu, które emitują standardowe pojazdy. Przy mniejszych, mobilnych konstrukcjach elektrycznych, dodatkową zaletą jest zmniejszenie problemu związanego z zatłoczeniem ulic. Artykuł zawiera opis projektu monocyklu elektrycznego, dla...
-
Wielopoziomowy system sterowania stężeniem tlenu i wyznaczania trajektorii zadanej stężenia tlenu w biologicznej oczyszczalni ścieków
PublicationNapowietrzanie ścieków jest jednym z najważniejszych i najdroższych procesów w oczyszczalni ścieków. Stężenie tlenu jest natomiast głównym parametrem wpływającym na efektywność zachodzenia procesów biologicznych w oczyszczalni ścieków. W artykule przedstawiono wielopoziomowy nieliniowy system sterowania stężeniem tlenu i wyznaczania trajektorii zadanej tej wielkości. W testach symulacyjnych pokazano wyniki sterowania dla oczyszczalni...
-
Zaawansowane algorytmy sterowania i optymalizacji w biologicznej oczyszczalni ścieków typu wsadowego
PublicationObiektem zainteresowania jest biologiczna, sekwencyjna oczyszczalnia ścieków (Sequ-encing Batch Reactor – SBR). Jest to złożony system sterowania z powodu nieliniowej dyna-miki, niepewności, wielu skal czasu, wielowymiarowości i braku wystarczającej liczby pomia-rów. Warunkiem koniecznym zachodzenia większości procesów biologicznych jest dostar-czenie bakteriom oczyszczającym ścieki, odpowiedniej ilości tlenu, za pomocą instalacji...
Year 2017
-
Design of modified PID controllers for 3D crane control
PublicationFrom the control viewpoint, 3D crane is a dynamic, nonlinear and multidimensional electromechanical system. In this paper, five control systems using a set-point weighted PID controllers (modified controllers) are designed. These structures and properties are presented. Optimization process of controllers settings based on integral performance indices is made. Simulation tests of control systems are presented. Comparison of integral...
-
Implementacja niekonwencjonalnych regulatorów PID w sterowniku programowalnym
PublicationNieustanny rozwój systemów sterowania oraz szeroko pojętej automatyki sprawia, że coraz więcej procesów kontrolowanych jest bez udziału człowieka. Problemem są jednak złożone obiekty o charakterystycznych cechach, które uniemożliwiają zastosowanie klasycznych regulatorów, w szczególności PID. W artykule zaprezentowano wybrane zmodyfikowane algorytmy regulatora PID wraz z ich implementacją w sterowniku programowalnym. W celu weryfikacji...
-
Nieliniowe sterowanie predykcyjne kaskadowym układem zbiorników
PublicationObiektem regulacji jest kaskadowy układ trzech zbiorników firmy INTECO. Do sterowania wykorzystywane są dwa z nich. Zaprojektowano dwa układy regulacji poziomu wody: jednowymiarowe algorytmy MPC, po jednym dla każdego ze zbiorników oraz wielowymiarowy algorytm MPC sterujący całym układem. Przeprowadzono analizę porównawczą opracowanych algorytmów sterowania dla zmiennej trajektorii zadanej.
-
Projekt i wykonanie zdalnie sterowanego inspekcyjnego robota podwodnego
PublicationArtykuł dotyczy zagadnień związanych z projektowaniem i wykonaniem zdalnie sterowanego inspekcyjnego robota podwodnego. Przedstawiony został proces projektowania kadłuba robota oraz dobór części elektronicznej, a także zaimplementowane algorytmy sterowania i sposób komunikacji dedykowanej aplikacji z robotem. Na koniec przedstawiono wyniki badań testowych.
-
System bazodanowy wspomagający gospodarkę księgowo-finansową w firmie handlowej
PublicationKomputerowe systemy bazodanowe wykorzystywane są do wspomagania zarządzania w firmach, bez względu na rodzaj prowadzonej działalności gospodarczej. Są to podstawowe narzędzia komputerowe wspomagające bieżącą i przyszłą działalność firm. W artykule zaprojektowano i wdrożono relacyjną bazę danych dla hipotetycznej firmy, zajmującej się kupnem i sprzedażą łożysk. Bazę danych zaimplementowano w środowisku Microsoft Access.
-
Takagi-Sugeno Fuzzy Model of Dissolved Oxygen Concentration Dynamics in a Bioreactor at WWTP
PublicationThe importance of dissolved oxygen concentration controlinaerationtanksofabioreactoratflow-throughwastewater treatment plant (WWTP) can easily be justified by technological requirements as well as simple economics. Firstly, appropriate levels of dissolved oxygen concentration are essential for the vitality of microorganisms that comprise the bioreactor. Secondly, the costs of dissolved oxygen concentration control related to the...
Year 2016
-
Adaptacyjny system sterowania stężeniem tlenu i instalacją napowietrzającą w oczyszczalni ścieków typu SBR
PublicationBiologiczna oczyszczalnia ścieków jest złożonym nieliniowym systemem sterowania. Jednym z istotnych i kosztownych procesów tam zachodzących jest napowietrzanie ścieków. Prawidłowy jego przebieg ma decydujący wpływ na stopień oczyszczenia ścieków i koszty operacyjne pracy oczyszczalni. W związku z tym prowadzone są prace badawcze nad nowymi strukturami i algorytmami sterowania. Powinny się one odznaczać wysoką efektywnością i niewielkim...
-
Analysis the Parameters of the Adaptive Controller for Quality Control of Dissolved Oxygen Concentration
PublicationThe wastewater treatment plant can be considered a dynamic large scale complex system, in which the most important control parameter is the dissolved oxygen concentration in the aerobic zone. The air is supplied to this zone by the aeration system. In the paper, both the sequencing batch reactor and the aeration system are modelled and used as plant of control performed by the cascade nonlinear adaptive control system extended...
-
Baza danych usprawniająca zarządzanie kadrowo-magazynowe w Jednostce Ratowniczo-Gaśniczej PSP
PublicationBazy danych zaimplementowane w środowiskach komputerowych są obecnie podstawowymi narzędziami do wspomagania zarządzania w różnych organizacjach. W artykule zaprojektowano i wdrożono relacyjną bazę danych dla Jednostki Ratowniczo-Gaśniczej w Państwowej Straży Pożarnej. System zaimplementowano i przetestowano w środowisku Microsoft Access.
seen 5577 times