Search

The research is centered on energy production and harvesting to facilitate the transformation of electrical energy with energy-independent sensor systems, using powering devices in the expected power range of P = 10-10,000 W. A model application case for a harvester is the conversion of energy stored in the compressed gas during expansion; such gas embodies the energy stored in scenarios such as braking a car using an auxiliary pump. Similar systems find use in sensing various quantities in the transport sector (bridge structures, infrastructural components, cars, and other objects). The proposed theoretical harvester models describing the transformation of linear motion energy into electricity provide relevant support for the experiments. In the given context, the results obtained in the designing and construction of a robust motion generator with a primarily linear geometry-based system technology are presented, too. The expected output of electrical power of an N-segment harvester within the tested type is variable, and the design exploits the rectilinear motion generated by an engine using compressed air, a small fuel system, and similar options to obtain an expected/adjustable N-segment power in the range of Psm = 10-500 W. The fundamental structure of the generator core has been continuously numerically modeled, and an experimental setup has been developed to analyze the specific parts and variations in order to validate the concept and to achieve the most suitable parameters with the selected construction materials (a power yield increase of up to 2000 times). A scaled-down version of the model principle was tested in the experiments, and the parameters and results were compared with the predicted theoretical analyses. Generally, the conceptual layout of an enhanced magnetic circuit layout transforming motion energy into electricity was presented and verified.

Herein, the authors publish the complex design of a numerical coupled model of a vibration-based harvester that transforms mechanical vibrations into electric energy. A numerical model is based on usage of the finite element method, connecting analysis of the damped mechanical oscillation, electromagnetic field and electrical circuit. The model was demonstrated on the design of a microgenerator (MG), and then experimentally tested. The numerical model allows us to execute optimization of the design with many degrees of freedom. The transformation of the wave spreading in the form of mechanical vibrations was solved in the area of resonance of the electromechanical system.

We discuss and compare the results obtained from experimental measurements of a two-layer, Ni and TiO2 nanometric structure deposited on siliceous glass. Utilizing previous theoretical models of multilayers or periodic systems and their verifications, the paper focuses on measurement in the NIR, visible, UV, X-ray, and gamma bands of the electromagnetic spectrum; the wavelength of the incident electromagnetic wave is respected. The proposed evaluation comprises a brief description of a Snell's law-based semi-analytic model of electromagnetic wave propagation through a layered material. We also demonstrate the expected anti-reflective and shielding effects in the X-ray and gamma-ray bands, respectively.

Balalářská práce se zabývá problematikou mapování statického magnetického pole a metod analýzy měřených dat. Práce je zaměřená na vyhodnocení mapy magnetického pole v pracovním prostoru MR tomografu z dat změřených na povrchu zvoleného objemu. Pro uvedenú problematiku je zde uvedeno řešení a vyhodnocení výsledků.Výsledkem bakalářskej práce je navrhnutí vhodné matematické metody pro mapování statického magnetického pole, a v programu MATLAB sestavit algoritmus pro vyhodnocení mapy magnetického pole. V práci je dále zahrnutý výpočet výsledné hodnoty koeficientů pro výpočet indukce magnetického pole v libovolném bode zvoleného objemu. Měřením byly experimentálne ověřeni hodnoty, tj. zadané hodnoty, ze kterýho práce vychází, pomocí MR tomografu. Výslednou navrženou metodu je možné využít na výpočet koeficientů pro magnetické indukce v jakémkoli bode zvoleného objemu, ze zadaných hodnot indukce zvolého objemu, This work deals with questions of mapping statical magnetical field and methods analyses plumbed dates. There is mentioned solving of problems and interpretation of results. Work is centered on evaluation map of magnetic field in workspace of MR tomography from data measured on surface shere. Imposition of submission is proposition acceptable mathematical method and trought program MATLAB compile algorithm for interpretation map magnetic field. In work is further included calculation resulting values of coefficients for induction of magnetic field for selected parts of sphere. By force of admeasurement were experimentally verifyded values wich from the work proceed. Designed method is possible to use for calculation of coefficeints for magnetic induction at any point on sphere from booked up dates.

Disertace popisuje současné problémy v certifikaci malých letadel, které by se měly v budoucnu řešit numerickým modelováním. Tento postup má zefektivnit návrh a zlevnit certifikaci letadel. Práce je úzce spjata s projektem HIRF-SE, který se problematikou certifikace letadel numerickými metodami zabývá. Podstatná část práce je věnována popisu dvou modulů pro platformu HIRF-SE: řešič BUTFE založený na metodě konečných prvků v časové oblasti a budicí nástroj BUTFE_EXC. Práce popisuje řešení pohlcujících okrajových podmínek, modelování disperzních a anizotropních materiálů a aproximaci tenkých drátů. Speciální pozornost je věnována řešení aproximace tenkých drátů s ostrými ohyby, jejíž současná formulace způsobuje překryvy mezi jednotlivými segmenty drátu., The dissertation describes actual problems in certifying small airplanes, which are to be solved by numerical modeling of the airplanes. The work is closely linked to the European project HIRF-SE, which deals with this problem. The essential part of the work is devoted to describing design of two modules within the HIRF SE framework: time-domain finite-element solver BUTFE and its excitation module BUTFE_EXC. The thesis describes solution of absorbing boundary conditions, dispersive media, anisotropy and thin wire approximation. Special attention is devoted to a proper approximation of thin wires with sharp bends. Current implementation of the approximation leads to overlaps of wire segments.

V práci jsou popsány možnosti výpočtu inverzní Laplaceovy transformace. Dále jsou popsány a odvozeny 3 algoritmy popisující numerický výpočet inverzní Laplaceovy transformace. Tyto 3 algoritmy jsou otestovány a popsány v prostředí Matlab na jednoduchých tabulkových příkladech a v poslední řadě na příkladech sdělovacího vedení. Numerické výsledky a vlastnosti testovaných algoritmů jsou porovnány a diskutovány., In the work are described possibilities of a calculation of the inverse Laplace transform. Further are described and derived 3 algorithms describing the numerical inversion of the Laplace transform. These 3 algorithms are tested and described in the Matlab environment on the simple tabular examples and on the examples from a transmission line theory. Numerical results and features of all tested algorithms are compared and discussed.

Práce analyzuje vznik deformací vysokofrekvenčního magnetického pole v okolí elektricky a magneticky vodivých vzorků. Je vytvořeno analytické řešení daného problému a řešena problematika numerického modelování. Práce rovněž teoreticky seznamuje s měřící metodou spinového echa magnetické rezonance, jejími vlastnostmi a možností využití v aplikaci zaměření projektu. Tato metoda je využita k provedení experimentálního měření elektricky vodivých vzorků zadaných tvarů v laboratoři NMR UPT AV ČR, Brno. Výsledky experimentálního měření jsou porovnány s numerickým řešením., The work analyses formation of deformations of RF magnetic field within the environment of electrically and magnetically conductive materials. An analytic solution of the problem is created and the problems of numerical modeling are solved. In theoretical way, the work also familiarize with the use of magnetic resonance imaging method - the spin echo method (SE), with its features and possibilities of its use within the aim of the project. This method is used for experimental measurements of electrically conductive materials in the NMR laboratory in ISI AV Czech Republic. Results of the simulation are compared with results of the experimental measurement.

Tato diplomová práce se zabývá problematikou prostorového zobrazování cílů s využitím časových odezev na max(t,0) puls. Problém je formulován jak pro dokonale elektricky vodivé, tak i dielektrické objekty. Hlavní cíl práce zahrnuje implementaci kódu pro výpočet profilových funkcí neznámého objektu ze zmíněných časových odezev a kódu pro jeho následnou rekonstrukci v programovém prostředí MATLAB. Za účelem testování bylo v rámci práce vytvořeno grafické uživatelské rozhraní zajišťující zároveň také větší variabilitu při rekonstrukci. Pro samotnou rekonstrukci objektu byla využita technika 3D pravděpodobnostní funkce, která dosahuje zajímavých výsledků, jež jsou prezentovány v závěrečné části této práce., This diploma thesis deals with a spatial imaging of targets using time-domain radar responses on the max(t,0) pulse. The problem is formulated for both perfectly electrically conductive and dielectric objects. The main aim of the thesis includes a code implementation calculating the profile functions of an unknown object from the mentioned time responses and a code for the subsequent reconstruction of an object in the MATLAB environment. A graphical user interface was created for testing purposes. The 3D probability function technique was used for the final reconstruction. The implemented technique achieves interesting results, which are presented in the final part of this thesis.

Práce se zabývá konstrukcí a využitím tepelných sítí k simulaci oteplení elektrických motorů velkých výkonú. Po úvodu do termiky a teorie proudění je popsána konstrukce tří různých typů sítí pro odlišné ventilační schémata motoru. Dále jsou popsány optimalizační metody a jejich možnosti k tepelné optimalizaci motorů. Je vybrána a vysvělena Marquard-Levenbergova metoda a na konkrétním případě je vysvětleno její použití a výhody pro optimalizaci chlazení elektrického motoru. V závěru se práce zabývá také citlivostí teplotních sití na jednotlivé vstupní parametry, porovnáním simulací s měřenými výsledky a také vlivem teplotních závislosti jenotlivých prvků sítě., The work deals with construction and usage of thermal networks to simulate the temperature rise in electrical motors of high power. After the introduction into heat transfer and flow theory, the construction of three different thermal networks is explained. Further the work handles different optimization methods and their usage for thermal optimization of electrical motors. The Levenberg-Marquard method is chosen and on the example is explained the procedure and an advantage against other methods for optimizing electrical motors. In the conclusion the thesis points out the most important input parameters of the thermal networks and their general sensitivity. It compares the results of the simulation with the results of tests obtained in test field. Another point of concern is the thermal dependence of various elements in the network.

Planární antény se využívají v mnoha oblastech techniky. Do skupiny planárních antén se řadí hlavně mikropáskové antény, které jsou velmi oblíbené pro jejich přednosti, jako je nízká hmotnost, nízký profil, snadná výroba a možnost je vyrábět ve velkých sériích. Nevýhodou je u nich pak povětšinou nižší zisk a vznik povrchových vln v dielektrickém materiálu. Šíření povrchových vln je možno potlačit použitím dielektrického materiálu s elektromagnetickými zádržnými pásmy (EBG) namísto konvenčního substrátu. Mikropáskové antény na EBG substrátech jsou již několik let prezentovány v literatuře. Co však ještě publikováno nebylo a na co se zaměřuje tato disertační práce, je návrh takového materiálu pro potlačení povrchových vln na více kmitočtech, které by byly od sebe více vzdáleny, a tudíž by nebylo možné je pokrýt jedním širokým zádržným pásmem. Pro získání co nejlepších parametrů antén bude v práci využito také optimalizace některou globální metodou (genetické algoritmy, optimalizace rojem částic, optimalizace pomocí kolonie mravenců)., Planar antennas are used in several technical applications. The family of planar antennas contains microstrip antennas, which are very popular due to the low weight, low profile, simple manufacturing and easy mass production. Lower gain and excitation of surface waves are disadvantages of microstrip antennas. The propagation of surface waves can be efficiently suppressed if the conventional substrate is replaced by an electromagnetic bandgap (EBG) substrate. Microstrip antennas on EBG substrates have been presented in an open literature for several years. Nevertheless, no published work is devoted to the design of EBG substrates, which can suppress surface waves at several frequencies those cannot be covered by a single bandgap. In order to reach optimum parameters of designed antennas, selected global optimization methods are applied (genetic algorithms, particle swarm optimization, ant colony optimization).

Disertační práce, jež má teoretický charakter, je zaměřena na vylepšení a výzkum algoritmů pro zobrazování vnitřní struktury vodivých objektů, hlavně biologických tkání a orgánů pomocí elektrické impedanční tomografie (EIT). V práci je formulován teoretický rámec EIT. Dále jsou prezentovány a porovnány algoritmy pro řešení inverzní úlohy, které zajišťují efektivní rekonstrukci prostorového rozložení elektrických vlastností ve zkoumaném objektu a jejích zobrazení. Hlavní myšlenka vylepšeného algoritmu, který je založen na deterministickém přístupu, spočívá v zavedení dodatečných technik: level set a nebo fuzzy filtru. Kromě toho, je ukázána metoda 2-D rekonstrukce rozložení konduktivity z jediného komponentu magnetického pole a to konkrétně z-tové složky magnetického toku. Byly vytvořeny numerické modely biologické tkáně s určitým rozložení admitivity (nebo konduktivity) pro otestování těchto algoritmů. Výsledky získané z rekonstrukcí pomocí vylepšených algoritmů jsou ukázány a porovnány., The present theoretical thesis discusses the improvement and related research of algorithms for the imaging of the internal structure of conductive objects, biological tissues and organs in particular, via electrical impedance tomography (EIT). Within the thesis, the theoretical framework of EIT is formulated, together with a survey of approaches towards implementing the given technique. More concretely, in this context, algorithms for the solution of the inverse problem are proposed and researched; these algorithms ensure effective reconstruction of the spatial distribution of the electrical properties of the examined object and facilitate the imaging of such properties. The main idea of the algorithm improvement based on the deterministic approach lies in introducing additional techniques, namely, the level set or the fuzzy filter methods. Furthermore, a procedure for the 2-D reconstruction of conductivity distribution utilizing one component of the measured magnetic field, or the z-component of magnetic flux density, is presented. Numerical models for imaging the admittivity (or conductivity) distribution of a biological tissue were created to facilitate the implementation and testing of the algorithms. The results obtained via the basic application of the improved image reconstruction algorithms are discussed and compared.

Tato dizertační práce se zabývá návrhem původního motor-generátoru s axiálním tokem a buzením permanetními magnety, zkonstruovaným specificky pro hybridní elektrický autobus. Návrhové zadání pro tento stroj přineslo požadavky, které vedly k této unikátní topologii tak, aby byl dosažen výkon, účinnost a rozměry stroje. Tato partikulární topologie motor-generátoru s axiálním tokem je výsledkem literární rešerše, kterou následoval výběr koncepce stroje s představeným návrhem jako výsledkem těchto procesů. Přístup k návrhu stroje s axiálním tokem sledoval „multi-fyzikální“ koncepci, která pracuje s návrhem elektromagnetickým, tepelným, mechanickým, včetně návrhu řízení, v jedné iteraci. Tím je v konečném návrhu zajištěna rovnováha mezi těmito inženýrskými disciplínami. Pro samotný návrh stroje byla vyvinuta sada výpočtových a analytických nástrojů, které byly podloženy metodou konečných prvků tak, aby samotný návrh stroje byl přesnější a spolehlivější. Modelování somtného elektrického stroje a celého pohonu poskytlo představu o výkonnosti a účinnosti celého subsytému v rozmanitých operačních podmínkách. Rovněž poukázal na optimizační potenciál pro návrh řízení subsystému ve smyslu maximalizace účinnosti celého pohonu. Bylo postaveno několik prototypů tohoto stroje, které prošly intensivním testováním jak na úrovni sybsytému, tak systému. Samotné výsledky testů jsou diskutovány a porovnány s analytickými výpočty parametrů stroje. Poznatky získané z prvního prototypu stroje pak sloužily k představení možností, jak zjednodušit výrobu a montáž stroje v příští generaci. Tato práce zaznamenává jednotlivé kroky během všech fází vývoje elektrického stroje s axiálním tokem, počínaje výběrem konceptu stroje, konče sumarizací zkušeností získaných z první generace prototypu tohoto stroje., This thesis deals with a design of a novel Axial-Flux Permanent Magnet Motor-Generator for a hybrid electric bus application. Thus, the design specification represents a set of requirements, which leads toward a concept of a unique topology meeting performance, efficiency and dimensional targets. The particular topology of the Axial-Flux Permanent Magnet Motor-Generator discussed in this work is an outcome of deep literature survey, followed by the concept selection stage with the layout of the machine as an outcome of this processes. The design approach behind this so-called Spoke Axial-Flux Machine follows an idea of multiphysics iterations, including electromagnetic, thermal, mechanical and controls design. Such a process behind the eventually proposed design ensured a right balance in between all of these engineering disciplines. A set of bespoke design and analysis tools was developed for that reason, and was backed up by extensive use of Finite-Element Analysis and Computational Fluid Dynamics. Therefore, the actual machine design gained higher level of confidence and fidelity. Modelling of the machine and its drive provided understanding of performance and efficiency of the whole subsystem at various operational conditions. Moreover, it has illustrated an optimization potential for the controls design, so that efficiency of the machine and power electronics might be maximized. Several prototypes of this machine have been built and passed through extensive testing both on the subsystem and system level. Actual test results are discussed, and compared to analytical predictions in terms of the machine's parameters. As a lesson learned from the first prototype of this machine, a set of redesign proposals aiming for simplification of manufacturing and assembly processes, are introduced. This work records steps behind all phases of development of the Axial Flux Machine from a basic idea as an outcome of concept selection stage, up to testing and wrap-up of experien

Disertace popisuje současné problémy v certifikaci malých letadel, které by se měly v budoucnu řešit numerickým modelováním. Tento postup má zefektivnit návrh a zlevnit certifikaci letadel. Práce je úzce spjata s projektem HIRF-SE, který se problematikou certifikace letadel numerickými metodami zabývá. Podstatná část práce je věnována popisu dvou modulů pro platformu HIRF-SE: řešič BUTFE založený na metodě konečných prvků v časové oblasti a budicí nástroj BUTFE_EXC. Práce popisuje řešení pohlcujících okrajových podmínek, modelování disperzních a anizotropních materiálů a aproximaci tenkých drátů. Speciální pozornost je věnována řešení aproximace tenkých drátů s ostrými ohyby, jejíž současná formulace způsobuje překryvy mezi jednotlivými segmenty drátu., The dissertation describes actual problems in certifying small airplanes, which are to be solved by numerical modeling of the airplanes. The work is closely linked to the European project HIRF-SE, which deals with this problem. The essential part of the work is devoted to describing design of two modules within the HIRF SE framework: time-domain finite-element solver BUTFE and its excitation module BUTFE_EXC. The thesis describes solution of absorbing boundary conditions, dispersive media, anisotropy and thin wire approximation. Special attention is devoted to a proper approximation of thin wires with sharp bends. Current implementation of the approximation leads to overlaps of wire segments.

Disertační práce se zabývá modelováním dispersních materiálů metodou konečných prvků v časové oblasti. V práci jsem navrhl matematický model zahrnující dispersní modely a aplikoval jsem na něj metodu konečných prvků. Pozornost jsem věnoval třem nejvíce používaným dispersním modelům. Jedná se o Debyeho model, Lorentzův model a Drudův model. Dále jsem se zabýval technikami implementace těchto dispersních modelů. Techniky jsem zabudoval do metody konečných prvků. Navíc jsem vyvinul novou metodu založenou na technice digitální filtrace. Funkčnost vyvinutých metod a technik jsem ověřil na řadě testovacích příkladů. Diskutoval jsem dosažené výsledky a navrhuji jejich možná vylepšení., The thesis deals with modeling dispersive media by the finite-element time-domain method. Mathematical model including dispersive models is proposed and finite element approximation of this model is presented. Three of the most commonly used dispersive models are investigated, namely the Debye model, the Lorentz model and the Drude model. The techniques for implementing these dispersive models are described. Presented techniques are incorporated into a finite element method. Finally, a new method based on a digital filtering technique is presented. Various test examples are used to verify all the developed methods. Achieved results are discussed, and possible improvements of methods are suggested.

Disertační práce se zabývá modelováním dispersních materiálů metodou konečných prvků v časové oblasti. V práci jsem navrhl matematický model zahrnující dispersní modely a aplikoval jsem na něj metodu konečných prvků. Pozornost jsem věnoval třem nejvíce používaným dispersním modelům. Jedná se o Debyeho model, Lorentzův model a Drudův model. Dále jsem se zabýval technikami implementace těchto dispersních modelů. Techniky jsem zabudoval do metody konečných prvků. Navíc jsem vyvinul novou metodu založenou na technice digitální filtrace. Funkčnost vyvinutých metod a technik jsem ověřil na řadě testovacích příkladů. Diskutoval jsem dosažené výsledky a navrhuji jejich možná vylepšení., The thesis deals with modeling dispersive media by the finite-element time-domain method. Mathematical model including dispersive models is proposed and finite element approximation of this model is presented. Three of the most commonly used dispersive models are investigated, namely the Debye model, the Lorentz model and the Drude model. The techniques for implementing these dispersive models are described. Presented techniques are incorporated into a finite element method. Finally, a new method based on a digital filtering technique is presented. Various test examples are used to verify all the developed methods. Achieved results are discussed, and possible improvements of methods are suggested.

Tato dizertační práce se zabývá vytvořením nového algoritmu pro rekonstrukci impedančních obrazů v pozorovaných objektech. Nový algoritmus odstraňuje nedostatky s prostorovým rozlišením u předchozích metod rekonstrukce. Algoritmus využívá částečnou znalost uspořádání v pozorovaných objektech a jejich materiálové složení. Je konstruován pro rozpoznávání určitých důležitých oblastí zájmu, jako jsou defekty v materiálech nebo přítomnost krevních sraženin nebo nádorů v biologických obrazech. Proces rekonstrukce je rozdělen do dvou částí. V první části je zaměřen na průmyslové obrazy, kde jsou detekovány defekty ve vodivých materiálech. Druhá část je zaměřena na využití v biomedicíně. Je zde popsán numerický model, na kterém byl algoritmus testován. Testování bylo zaměřeno na hodnotu výsledné impedivity, vlivu regularizačního parametru, počáteční hodnotě impedivity numerického modelu a vlivu šumu na napěťových elektrodách na výsledky rekonstrukce. Dále je v dizertační práci diskutována možnost rekonstrukce impedančních obrazů z hodnot složek indukce magnetického pole měřené vně zkoumaného objektu. Toto magnetické pole je vytvořeno průchodem proudu pozorovaným objektem. Vytvořený algoritmus rekonstrukce impedančních obrazů vychází z navrženého algoritmu pro rekonstrukci EIT impedančních obrazů z napětí. Byly provedeny testy algoritmu na jeho stabilitu, vliv regularizačního parametru a počáteční konduktivitu. V práci je popsána metodika měření magnetického pole nukleární magnetickou rezonancí a zpracování změřených dat., This doctoral thesis proposes a new algorithm for the reconstruction of impedance images in monitored objects. The algorithm eliminates the spatial resolution problems present in existing reconstruction methods, and, with respect to the monitored objects, it exploits both the partial knowledge of configuration and the material composition. The discussed novel method is designed to recognize certain significant fields of interest, such as material defects or blood clots and tumors in biological images. The actual reconstruction process comprises two phases; while the former stage is focused on industry-related images, with the aim to detect defects in conductive materials, the latter one concentrates on biomedical applications. The thesis also presents a description of the numerical model used to test the algorithm. The testing procedure was centred on the resulting impedivity value, influence of the regularization parameter, initial value of the numerical model impedivity, and effect exerted by noise on the voltage electrodes upon the overall reconstruction results. Another issue analyzed herein is the possibility of reconstructing impedance images from components of the magnetic flux density measured outside the investigated object. The given magnetic field is generated by a current passing through the object. The created algorithm for the reconstruction of impedance images is modeled on the proposed algorithm for EIT-based reconstruction of impedance images from voltage. The algoritm was tested for stability, influence of the regularization parameter, and initial conductivity. From the general perspective, the thesis describes the methodology for both magnetic field measurement via NMR and processing of the obtained data.

Práce se zabývá syntézou mikrovlnných rezonátorů v prostředí programu Matlab. S využitím multikriteriální optimalizace je postupně upravován tvar rezonátoru tak, aby se jeho frekvenční vlastnosti (rozsah pásma jednovidovosti) co nejvíce blížily požadovaným. Pro optimalizaci byla zvolena metoda roje částic. K zjištění hodnot kritických kmitočtů slouží modální analýza metodou konečných prvků. Byl pozorován vliv počtu konečných prvků na přesnost analýzy. Dále je věnována pozornost hledání vhodných hodnot koeficientů metody roje částic pro co nejefektivnější optimalizaci., The thesis deals with microwave resonators synthesis in Matlab environment. Due to the multi-objective optimization, the shape of the resonátor is subsequently changed to fit requested frequency properties. Particle swarm optimization and frequency domain finite element method are used. Accuracy of the different number of elements was tested. Values of several optimization parameters were balanced to reach the maximal efficiency of the optimization.

Práce se zabývá syntézou mikrovlnných rezonátorů v prostředí programu Matlab. S využitím multikriteriální optimalizace je postupně upravován tvar rezonátoru tak, aby se jeho frekvenční vlastnosti (rozsah pásma jednovidovosti) co nejvíce blížily požadovaným. Pro optimalizaci byla zvolena metoda roje částic. K zjištění hodnot kritických kmitočtů slouží modální analýza metodou konečných prvků. Byl pozorován vliv počtu konečných prvků na přesnost analýzy. Dále je věnována pozornost hledání vhodných hodnot koeficientů metody roje částic pro co nejefektivnější optimalizaci., The thesis deals with microwave resonators synthesis in Matlab environment. Due to the multi-objective optimization, the shape of the resonátor is subsequently changed to fit requested frequency properties. Particle swarm optimization and frequency domain finite element method are used. Accuracy of the different number of elements was tested. Values of several optimization parameters were balanced to reach the maximal efficiency of the optimization.

Teoretická část této práce se zabývá principy a vlastnostmi filtru s akustickou povrchovou vlnou. Je zde vysvětlen princip magnetostrikce a piezoelektrického jevu, který filtr využívá. V praktické části jsou v programu Comsol Multiphysics vytvořeny tři jednoduché modely SAW filtru. Jsou nalezeny některé vidy a vše je srovnáno s předem známými výsledky. V další fázi práce jsou modely důkladněji zkoumány pomocí parametrických analýz. V poslední fázi práce je aplikována globální optimalizační rutina PSO na admitanční charakteristiku jednoduché 2D struktury. Výsledky jsou porovnány s komerčně vyráběnými součástkami., The theoretical part of this thesis deals with principles and characteristics of the surface acoustic wave filter. It explained the principle of magnetostriction and piezoelectric effect, which uses a filter. In the practical part in the program Comsol Multiphysics are made three simple models of SAW filter. Some modes are founded and are compared to previously known results. In the next phase of project is further studied using the parametric analysis. In the last phase of project is applied global optimization PSO at admittance characteristic from simple 2D structure. The results are compared with the commercially produced devices.

Dizertační práce pojednává o návrhu a optimalizaci periodických struktur s elektromagnetickým zádržným pásmem (EBG – electromagnetic band gap) pro potlačení povrchových vln šířících se na elektricky tlustých dielektrických substrátech. Nepředvídatelné chování elektromagnetických vlastností těchto struktur v závislosti na parametrech elementární buňky činí jejích syntézi značně komplikovanou. Bez patřičného postupu je návrh EBG struktur metodou pokusu a omylu. V první části práce jsou shrnuty základní poznatky o šíření elektromagnetických vln v tzv. metamateriálech. Následně je diskutován správný způsob výpočtu disperzního diagramu ve vybraných komerčních programech. Jádrem dizertace je automatizovaný návrh a optimalizace EBG struktur využitím různých globálních optimalizačních algoritmů. Praktický význam vypracované metodiky je předveden na návrhových příkladech periodických struktur s redukovanými rozměry, dvoupásmovými EBG vlastnostmi, simultánním EBG a AMC (artificial magnetic conductor – umělý magnetický vodič) chováním a tzv. superstrátu. Poslední kapitola je věnována experimentálnímu ověření počítačových modelů., The thesis deals with the design and optimization of periodic structures for surface waves suppression on electrically dense dielectric substrates. The design of such structures is rather complicated due to the large factor of uncertainty how the electromagnetic band gap (EBG) properties change depending on the unit cell geometry. Without a proper approach, the design of EBGs is based on trial-and-error. In this thesis, the basic theory of electromagnetic wave propagation in metamaterials is presented first. Second, the correct dispersion diagram computation in the selected full-wave software tools is discussed. The main attention is turned then to the automated design and optimization of EBG structures using different global evolutionary algorithms. The practical exploitation of the developed technique is demonstrated on design examples of reduced-size and dual-band EBGs, periodic structures with simultaneous electromagnetic band gap and artificial magnetic conductor (AMC) properties and periodic structures acting as superstrates. The last chapter of the thesis is devoted to the experimental verification of computer models.

Práce se zabývá konstrukcí a využitím tepelných sítí k simulaci oteplení elektrických motorů velkých výkonú. Po úvodu do termiky a teorie proudění je popsána konstrukce tří různých typů sítí pro odlišné ventilační schémata motoru. Dále jsou popsány optimalizační metody a jejich možnosti k tepelné optimalizaci motorů. Je vybrána a vysvělena Marquard-Levenbergova metoda a na konkrétním případě je vysvětleno její použití a výhody pro optimalizaci chlazení elektrického motoru. V závěru se práce zabývá také citlivostí teplotních sití na jednotlivé vstupní parametry, porovnáním simulací s měřenými výsledky a také vlivem teplotních závislosti jenotlivých prvků sítě., The work deals with construction and usage of thermal networks to simulate the temperature rise in electrical motors of high power. After the introduction into heat transfer and flow theory, the construction of three different thermal networks is explained. Further the work handles different optimization methods and their usage for thermal optimization of electrical motors. The Levenberg-Marquard method is chosen and on the example is explained the procedure and an advantage against other methods for optimizing electrical motors. In the conclusion the thesis points out the most important input parameters of the thermal networks and their general sensitivity. It compares the results of the simulation with the results of tests obtained in test field. Another point of concern is the thermal dependence of various elements in the network.

Tato dizertační práce se zabývá návrhem původního motor-generátoru s axiálním tokem a buzením permanetními magnety, zkonstruovaným specificky pro hybridní elektrický autobus. Návrhové zadání pro tento stroj přineslo požadavky, které vedly k této unikátní topologii tak, aby byl dosažen výkon, účinnost a rozměry stroje. Tato partikulární topologie motor-generátoru s axiálním tokem je výsledkem literární rešerše, kterou následoval výběr koncepce stroje s představeným návrhem jako výsledkem těchto procesů. Přístup k návrhu stroje s axiálním tokem sledoval „multi-fyzikální“ koncepci, která pracuje s návrhem elektromagnetickým, tepelným, mechanickým, včetně návrhu řízení, v jedné iteraci. Tím je v konečném návrhu zajištěna rovnováha mezi těmito inženýrskými disciplínami. Pro samotný návrh stroje byla vyvinuta sada výpočtových a analytických nástrojů, které byly podloženy metodou konečných prvků tak, aby samotný návrh stroje byl přesnější a spolehlivější. Modelování somtného elektrického stroje a celého pohonu poskytlo představu o výkonnosti a účinnosti celého subsytému v rozmanitých operačních podmínkách. Rovněž poukázal na optimizační potenciál pro návrh řízení subsystému ve smyslu maximalizace účinnosti celého pohonu. Bylo postaveno několik prototypů tohoto stroje, které prošly intensivním testováním jak na úrovni sybsytému, tak systému. Samotné výsledky testů jsou diskutovány a porovnány s analytickými výpočty parametrů stroje. Poznatky získané z prvního prototypu stroje pak sloužily k představení možností, jak zjednodušit výrobu a montáž stroje v příští generaci. Tato práce zaznamenává jednotlivé kroky během všech fází vývoje elektrického stroje s axiálním tokem, počínaje výběrem konceptu stroje, konče sumarizací zkušeností získaných z první generace prototypu tohoto stroje., This thesis deals with a design of a novel Axial-Flux Permanent Magnet Motor-Generator for a hybrid electric bus application. Thus, the design specification represents a set of requirements, which leads toward a concept of a unique topology meeting performance, efficiency and dimensional targets. The particular topology of the Axial-Flux Permanent Magnet Motor-Generator discussed in this work is an outcome of deep literature survey, followed by the concept selection stage with the layout of the machine as an outcome of this processes. The design approach behind this so-called Spoke Axial-Flux Machine follows an idea of multiphysics iterations, including electromagnetic, thermal, mechanical and controls design. Such a process behind the eventually proposed design ensured a right balance in between all of these engineering disciplines. A set of bespoke design and analysis tools was developed for that reason, and was backed up by extensive use of Finite-Element Analysis and Computational Fluid Dynamics. Therefore, the actual machine design gained higher level of confidence and fidelity. Modelling of the machine and its drive provided understanding of performance and efficiency of the whole subsystem at various operational conditions. Moreover, it has illustrated an optimization potential for the controls design, so that efficiency of the machine and power electronics might be maximized. Several prototypes of this machine have been built and passed through extensive testing both on the subsystem and system level. Actual test results are discussed, and compared to analytical predictions in terms of the machine's parameters. As a lesson learned from the first prototype of this machine, a set of redesign proposals aiming for simplification of manufacturing and assembly processes, are introduced. This work records steps behind all phases of development of the Axial Flux Machine from a basic idea as an outcome of concept selection stage, up to testing and wrap-up of experien

Tato disertační práce se zabývá metodami modelování elektronického zařízení letadel. První část je stručným přehledem klasických metod modelování systémů a adaptivních, fuzzy a hybridních metod používaných převážně k black-box modelování. Cílem práce je vytvořit algoritmus pro identifikaci a modelování obecného systému, který může být nelineární, dynamický a velmi složitý, například co do množství rozměrů. Předpokládá se, že model má několik vstupů a výstupů. V hlavní části práce je rozebrána metoda, která patří mezi hybridní systémy, protože kombinuje fuzzy systém s parametricky definovanými pravidly a regresní neuronovou síť. Nejprve je zmíněn základní princip regresní sítě a způsob určení jejího parametru strmosti, dále se kapitola zabývá zavedením fuzzy pravidel do této sítě. Třetí část se zabývá jedním z hlavních bodů práce, paralelními výpočty. Výsledný algoritmus je navržen pro paralelní zpracování, protože výpočetní čas může být v případě složitějších modelů příliš vysoký, případně nelze výsledky získané ze sítě vyhodnotit pomocí výpočtu v jednom vlákně. V závěru práce je metoda ověřena na datech získaných z měření zmenšeného modelu letadla. Ověření je provedeno pomocí střední kvadratické odchylky a srovnáním s odpovídajícím modelem vytvořeným pomocí vícevrstvé neuronové sítě trénované zpětným šířením chyby s algoritmem Levenberg-Marquardt., This thesis is focused on methods for the aircraft equipment modeling. The first part provides a brief overview of classical system modeling approaches used for system description, identification, and modeling. Then adaptive, fuzzy and hybrid methods used mainly for black-box system modeling are introduced. Aim of the thesis is to develop an algorithm for identification and modeling of a general system, which can be nonlinear, dynamic and complex. Multiple inputs and multiple outputs of model are assumed. The main part of the thesis introduces a new method which falls into the hybrid systems. It combines fuzzy approach with parametrically defined rules and general regression neural network. Firstly, the fundamentals of simple general regression neural network and its smoothness parameter determination are presented. Secondly, the general regression neural network with the fuzzy rules is introduced. Third part of the thesis is focused on the parallel computing, one of the main objectives. The final algorithm is designed for the parallel machine, because the computational time can be significantly high and for the larger datasets, the model is not achievable when evaluated in single thread. Block diagram for parallel computing in Matlab and CUDA is provided, as well as the basic structure of CUDA source code. Finally, the method is verified on data obtained from the measurement of a miniaturized aircraft model using the antenna outside the aircraft and the probe inside the fuselage of the aircraft model. The validation of the method is done using mean squared error and compared to mean squared error of corresponding model performed using the multilayer neural network with backpropagation learning and Levenberg-Marquardt algorithm.

Planární antény se využívají v mnoha oblastech techniky. Do skupiny planárních antén se řadí hlavně mikropáskové antény, které jsou velmi oblíbené pro jejich přednosti, jako je nízká hmotnost, nízký profil, snadná výroba a možnost je vyrábět ve velkých sériích. Nevýhodou je u nich pak povětšinou nižší zisk a vznik povrchových vln v dielektrickém materiálu. Šíření povrchových vln je možno potlačit použitím dielektrického materiálu s elektromagnetickými zádržnými pásmy (EBG) namísto konvenčního substrátu. Mikropáskové antény na EBG substrátech jsou již několik let prezentovány v literatuře. Co však ještě publikováno nebylo a na co se zaměřuje tato disertační práce, je návrh takového materiálu pro potlačení povrchových vln na více kmitočtech, které by byly od sebe více vzdáleny, a tudíž by nebylo možné je pokrýt jedním širokým zádržným pásmem. Pro získání co nejlepších parametrů antén bude v práci využito také optimalizace některou globální metodou (genetické algoritmy, optimalizace rojem částic, optimalizace pomocí kolonie mravenců)., Planar antennas are used in several technical applications. The family of planar antennas contains microstrip antennas, which are very popular due to the low weight, low profile, simple manufacturing and easy mass production. Lower gain and excitation of surface waves are disadvantages of microstrip antennas. The propagation of surface waves can be efficiently suppressed if the conventional substrate is replaced by an electromagnetic bandgap (EBG) substrate. Microstrip antennas on EBG substrates have been presented in an open literature for several years. Nevertheless, no published work is devoted to the design of EBG substrates, which can suppress surface waves at several frequencies those cannot be covered by a single bandgap. In order to reach optimum parameters of designed antennas, selected global optimization methods are applied (genetic algorithms, particle swarm optimization, ant colony optimization).

Disertační práce se zabývá modelováním dispersních materiálů metodou konečných prvků v časové oblasti. V práci jsem navrhl matematický model zahrnující dispersní modely a aplikoval jsem na něj metodu konečných prvků. Pozornost jsem věnoval třem nejvíce používaným dispersním modelům. Jedná se o Debyeho model, Lorentzův model a Drudův model. Dále jsem se zabýval technikami implementace těchto dispersních modelů. Techniky jsem zabudoval do metody konečných prvků. Navíc jsem vyvinul novou metodu založenou na technice digitální filtrace. Funkčnost vyvinutých metod a technik jsem ověřil na řadě testovacích příkladů. Diskutoval jsem dosažené výsledky a navrhuji jejich možná vylepšení., The thesis deals with modeling dispersive media by the finite-element time-domain method. Mathematical model including dispersive models is proposed and finite element approximation of this model is presented. Three of the most commonly used dispersive models are investigated, namely the Debye model, the Lorentz model and the Drude model. The techniques for implementing these dispersive models are described. Presented techniques are incorporated into a finite element method. Finally, a new method based on a digital filtering technique is presented. Various test examples are used to verify all the developed methods. Achieved results are discussed, and possible improvements of methods are suggested.

Tato dizertační práce se zabývá vytvořením nového algoritmu pro rekonstrukci impedančních obrazů v pozorovaných objektech. Nový algoritmus odstraňuje nedostatky s prostorovým rozlišením u předchozích metod rekonstrukce. Algoritmus využívá částečnou znalost uspořádání v pozorovaných objektech a jejich materiálové složení. Je konstruován pro rozpoznávání určitých důležitých oblastí zájmu, jako jsou defekty v materiálech nebo přítomnost krevních sraženin nebo nádorů v biologických obrazech. Proces rekonstrukce je rozdělen do dvou částí. V první části je zaměřen na průmyslové obrazy, kde jsou detekovány defekty ve vodivých materiálech. Druhá část je zaměřena na využití v biomedicíně. Je zde popsán numerický model, na kterém byl algoritmus testován. Testování bylo zaměřeno na hodnotu výsledné impedivity, vlivu regularizačního parametru, počáteční hodnotě impedivity numerického modelu a vlivu šumu na napěťových elektrodách na výsledky rekonstrukce. Dále je v dizertační práci diskutována možnost rekonstrukce impedančních obrazů z hodnot složek indukce magnetického pole měřené vně zkoumaného objektu. Toto magnetické pole je vytvořeno průchodem proudu pozorovaným objektem. Vytvořený algoritmus rekonstrukce impedančních obrazů vychází z navrženého algoritmu pro rekonstrukci EIT impedančních obrazů z napětí. Byly provedeny testy algoritmu na jeho stabilitu, vliv regularizačního parametru a počáteční konduktivitu. V práci je popsána metodika měření magnetického pole nukleární magnetickou rezonancí a zpracování změřených dat., This doctoral thesis proposes a new algorithm for the reconstruction of impedance images in monitored objects. The algorithm eliminates the spatial resolution problems present in existing reconstruction methods, and, with respect to the monitored objects, it exploits both the partial knowledge of configuration and the material composition. The discussed novel method is designed to recognize certain significant fields of interest, such as material defects or blood clots and tumors in biological images. The actual reconstruction process comprises two phases; while the former stage is focused on industry-related images, with the aim to detect defects in conductive materials, the latter one concentrates on biomedical applications. The thesis also presents a description of the numerical model used to test the algorithm. The testing procedure was centred on the resulting impedivity value, influence of the regularization parameter, initial value of the numerical model impedivity, and effect exerted by noise on the voltage electrodes upon the overall reconstruction results. Another issue analyzed herein is the possibility of reconstructing impedance images from components of the magnetic flux density measured outside the investigated object. The given magnetic field is generated by a current passing through the object. The created algorithm for the reconstruction of impedance images is modeled on the proposed algorithm for EIT-based reconstruction of impedance images from voltage. The algoritm was tested for stability, influence of the regularization parameter, and initial conductivity. From the general perspective, the thesis describes the methodology for both magnetic field measurement via NMR and processing of the obtained data.

Teoretická část této práce se zabývá principy a vlastnostmi filtru s akustickou povrchovou vlnou. Je zde vysvětlen princip magnetostrikce a piezoelektrického jevu, který filtr využívá. V praktické části jsou v programu Comsol Multiphysics vytvořeny tři jednoduché modely SAW filtru. Jsou nalezeny některé vidy a vše je srovnáno s předem známými výsledky. V další fázi práce jsou modely důkladněji zkoumány pomocí parametrických analýz. V poslední fázi práce je aplikována globální optimalizační rutina PSO na admitanční charakteristiku jednoduché 2D struktury. Výsledky jsou porovnány s komerčně vyráběnými součástkami., The theoretical part of this thesis deals with principles and characteristics of the surface acoustic wave filter. It explained the principle of magnetostriction and piezoelectric effect, which uses a filter. In the practical part in the program Comsol Multiphysics are made three simple models of SAW filter. Some modes are founded and are compared to previously known results. In the next phase of project is further studied using the parametric analysis. In the last phase of project is applied global optimization PSO at admittance characteristic from simple 2D structure. The results are compared with the commercially produced devices.

Tato disertační práce se zabývá metodami modelování elektronického zařízení letadel. První část je stručným přehledem klasických metod modelování systémů a adaptivních, fuzzy a hybridních metod používaných převážně k black-box modelování. Cílem práce je vytvořit algoritmus pro identifikaci a modelování obecného systému, který může být nelineární, dynamický a velmi složitý, například co do množství rozměrů. Předpokládá se, že model má několik vstupů a výstupů. V hlavní části práce je rozebrána metoda, která patří mezi hybridní systémy, protože kombinuje fuzzy systém s parametricky definovanými pravidly a regresní neuronovou síť. Nejprve je zmíněn základní princip regresní sítě a způsob určení jejího parametru strmosti, dále se kapitola zabývá zavedením fuzzy pravidel do této sítě. Třetí část se zabývá jedním z hlavních bodů práce, paralelními výpočty. Výsledný algoritmus je navržen pro paralelní zpracování, protože výpočetní čas může být v případě složitějších modelů příliš vysoký, případně nelze výsledky získané ze sítě vyhodnotit pomocí výpočtu v jednom vlákně. V závěru práce je metoda ověřena na datech získaných z měření zmenšeného modelu letadla. Ověření je provedeno pomocí střední kvadratické odchylky a srovnáním s odpovídajícím modelem vytvořeným pomocí vícevrstvé neuronové sítě trénované zpětným šířením chyby s algoritmem Levenberg-Marquardt., This thesis is focused on methods for the aircraft equipment modeling. The first part provides a brief overview of classical system modeling approaches used for system description, identification, and modeling. Then adaptive, fuzzy and hybrid methods used mainly for black-box system modeling are introduced. Aim of the thesis is to develop an algorithm for identification and modeling of a general system, which can be nonlinear, dynamic and complex. Multiple inputs and multiple outputs of model are assumed. The main part of the thesis introduces a new method which falls into the hybrid systems. It combines fuzzy approach with parametrically defined rules and general regression neural network. Firstly, the fundamentals of simple general regression neural network and its smoothness parameter determination are presented. Secondly, the general regression neural network with the fuzzy rules is introduced. Third part of the thesis is focused on the parallel computing, one of the main objectives. The final algorithm is designed for the parallel machine, because the computational time can be significantly high and for the larger datasets, the model is not achievable when evaluated in single thread. Block diagram for parallel computing in Matlab and CUDA is provided, as well as the basic structure of CUDA source code. Finally, the method is verified on data obtained from the measurement of a miniaturized aircraft model using the antenna outside the aircraft and the probe inside the fuselage of the aircraft model. The validation of the method is done using mean squared error and compared to mean squared error of corresponding model performed using the multilayer neural network with backpropagation learning and Levenberg-Marquardt algorithm.

Práce analyzuje vznik deformací vysokofrekvenčního magnetického pole v okolí elektricky a magneticky vodivých vzorků. Je vytvořeno analytické řešení daného problému a řešena problematika numerického modelování. Práce rovněž teoreticky seznamuje s měřící metodou spinového echa magnetické rezonance, jejími vlastnostmi a možností využití v aplikaci zaměření projektu. Tato metoda je využita k provedení experimentálního měření elektricky vodivých vzorků zadaných tvarů v laboratoři NMR UPT AV ČR, Brno. Výsledky experimentálního měření jsou porovnány s numerickým řešením., The work analyses formation of deformations of RF magnetic field within the environment of electrically and magnetically conductive materials. An analytic solution of the problem is created and the problems of numerical modeling are solved. In theoretical way, the work also familiarize with the use of magnetic resonance imaging method - the spin echo method (SE), with its features and possibilities of its use within the aim of the project. This method is used for experimental measurements of electrically conductive materials in the NMR laboratory in ISI AV Czech Republic. Results of the simulation are compared with results of the experimental measurement.

Planární antény se využívají v mnoha oblastech techniky. Do skupiny planárních antén se řadí hlavně mikropáskové antény, které jsou velmi oblíbené pro jejich přednosti, jako je nízká hmotnost, nízký profil, snadná výroba a možnost je vyrábět ve velkých sériích. Nevýhodou je u nich pak povětšinou nižší zisk a vznik povrchových vln v dielektrickém materiálu. Šíření povrchových vln je možno potlačit použitím dielektrického materiálu s elektromagnetickými zádržnými pásmy (EBG) namísto konvenčního substrátu. Mikropáskové antény na EBG substrátech jsou již několik let prezentovány v literatuře. Co však ještě publikováno nebylo a na co se zaměřuje tato disertační práce, je návrh takového materiálu pro potlačení povrchových vln na více kmitočtech, které by byly od sebe více vzdáleny, a tudíž by nebylo možné je pokrýt jedním širokým zádržným pásmem. Pro získání co nejlepších parametrů antén bude v práci využito také optimalizace některou globální metodou (genetické algoritmy, optimalizace rojem částic, optimalizace pomocí kolonie mravenců)., Planar antennas are used in several technical applications. The family of planar antennas contains microstrip antennas, which are very popular due to the low weight, low profile, simple manufacturing and easy mass production. Lower gain and excitation of surface waves are disadvantages of microstrip antennas. The propagation of surface waves can be efficiently suppressed if the conventional substrate is replaced by an electromagnetic bandgap (EBG) substrate. Microstrip antennas on EBG substrates have been presented in an open literature for several years. Nevertheless, no published work is devoted to the design of EBG substrates, which can suppress surface waves at several frequencies those cannot be covered by a single bandgap. In order to reach optimum parameters of designed antennas, selected global optimization methods are applied (genetic algorithms, particle swarm optimization, ant colony optimization).

Tato diplomová práce se zabývá problematikou prostorového zobrazování cílů s využitím časových odezev na max(t,0) puls. Problém je formulován jak pro dokonale elektricky vodivé, tak i dielektrické objekty. Hlavní cíl práce zahrnuje implementaci kódu pro výpočet profilových funkcí neznámého objektu ze zmíněných časových odezev a kódu pro jeho následnou rekonstrukci v programovém prostředí MATLAB. Za účelem testování bylo v rámci práce vytvořeno grafické uživatelské rozhraní zajišťující zároveň také větší variabilitu při rekonstrukci. Pro samotnou rekonstrukci objektu byla využita technika 3D pravděpodobnostní funkce, která dosahuje zajímavých výsledků, jež jsou prezentovány v závěrečné části této práce., This diploma thesis deals with a spatial imaging of targets using time-domain radar responses on the max(t,0) pulse. The problem is formulated for both perfectly electrically conductive and dielectric objects. The main aim of the thesis includes a code implementation calculating the profile functions of an unknown object from the mentioned time responses and a code for the subsequent reconstruction of an object in the MATLAB environment. A graphical user interface was created for testing purposes. The 3D probability function technique was used for the final reconstruction. The implemented technique achieves interesting results, which are presented in the final part of this thesis.

Dizertační práce pojednává o návrhu a optimalizaci periodických struktur s elektromagnetickým zádržným pásmem (EBG – electromagnetic band gap) pro potlačení povrchových vln šířících se na elektricky tlustých dielektrických substrátech. Nepředvídatelné chování elektromagnetických vlastností těchto struktur v závislosti na parametrech elementární buňky činí jejích syntézi značně komplikovanou. Bez patřičného postupu je návrh EBG struktur metodou pokusu a omylu. V první části práce jsou shrnuty základní poznatky o šíření elektromagnetických vln v tzv. metamateriálech. Následně je diskutován správný způsob výpočtu disperzního diagramu ve vybraných komerčních programech. Jádrem dizertace je automatizovaný návrh a optimalizace EBG struktur využitím různých globálních optimalizačních algoritmů. Praktický význam vypracované metodiky je předveden na návrhových příkladech periodických struktur s redukovanými rozměry, dvoupásmovými EBG vlastnostmi, simultánním EBG a AMC (artificial magnetic conductor – umělý magnetický vodič) chováním a tzv. superstrátu. Poslední kapitola je věnována experimentálnímu ověření počítačových modelů., The thesis deals with the design and optimization of periodic structures for surface waves suppression on electrically dense dielectric substrates. The design of such structures is rather complicated due to the large factor of uncertainty how the electromagnetic band gap (EBG) properties change depending on the unit cell geometry. Without a proper approach, the design of EBGs is based on trial-and-error. In this thesis, the basic theory of electromagnetic wave propagation in metamaterials is presented first. Second, the correct dispersion diagram computation in the selected full-wave software tools is discussed. The main attention is turned then to the automated design and optimization of EBG structures using different global evolutionary algorithms. The practical exploitation of the developed technique is demonstrated on design examples of reduced-size and dual-band EBGs, periodic structures with simultaneous electromagnetic band gap and artificial magnetic conductor (AMC) properties and periodic structures acting as superstrates. The last chapter of the thesis is devoted to the experimental verification of computer models.

Disertační práce, jež má teoretický charakter, je zaměřena na vylepšení a výzkum algoritmů pro zobrazování vnitřní struktury vodivých objektů, hlavně biologických tkání a orgánů pomocí elektrické impedanční tomografie (EIT). V práci je formulován teoretický rámec EIT. Dále jsou prezentovány a porovnány algoritmy pro řešení inverzní úlohy, které zajišťují efektivní rekonstrukci prostorového rozložení elektrických vlastností ve zkoumaném objektu a jejích zobrazení. Hlavní myšlenka vylepšeného algoritmu, který je založen na deterministickém přístupu, spočívá v zavedení dodatečných technik: level set a nebo fuzzy filtru. Kromě toho, je ukázána metoda 2-D rekonstrukce rozložení konduktivity z jediného komponentu magnetického pole a to konkrétně z-tové složky magnetického toku. Byly vytvořeny numerické modely biologické tkáně s určitým rozložení admitivity (nebo konduktivity) pro otestování těchto algoritmů. Výsledky získané z rekonstrukcí pomocí vylepšených algoritmů jsou ukázány a porovnány., The present theoretical thesis discusses the improvement and related research of algorithms for the imaging of the internal structure of conductive objects, biological tissues and organs in particular, via electrical impedance tomography (EIT). Within the thesis, the theoretical framework of EIT is formulated, together with a survey of approaches towards implementing the given technique. More concretely, in this context, algorithms for the solution of the inverse problem are proposed and researched; these algorithms ensure effective reconstruction of the spatial distribution of the electrical properties of the examined object and facilitate the imaging of such properties. The main idea of the algorithm improvement based on the deterministic approach lies in introducing additional techniques, namely, the level set or the fuzzy filter methods. Furthermore, a procedure for the 2-D reconstruction of conductivity distribution utilizing one component of the measured magnetic field, or the z-component of magnetic flux density, is presented. Numerical models for imaging the admittivity (or conductivity) distribution of a biological tissue were created to facilitate the implementation and testing of the algorithms. The results obtained via the basic application of the improved image reconstruction algorithms are discussed and compared.

V práci jsou popsány možnosti výpočtu inverzní Laplaceovy transformace. Dále jsou popsány a odvozeny 3 algoritmy popisující numerický výpočet inverzní Laplaceovy transformace. Tyto 3 algoritmy jsou otestovány a popsány v prostředí Matlab na jednoduchých tabulkových příkladech a v poslední řadě na příkladech sdělovacího vedení. Numerické výsledky a vlastnosti testovaných algoritmů jsou porovnány a diskutovány., In the work are described possibilities of a calculation of the inverse Laplace transform. Further are described and derived 3 algorithms describing the numerical inversion of the Laplace transform. These 3 algorithms are tested and described in the Matlab environment on the simple tabular examples and on the examples from a transmission line theory. Numerical results and features of all tested algorithms are compared and discussed.

Disertace popisuje současné problémy v certifikaci malých letadel, které by se měly v budoucnu řešit numerickým modelováním. Tento postup má zefektivnit návrh a zlevnit certifikaci letadel. Práce je úzce spjata s projektem HIRF-SE, který se problematikou certifikace letadel numerickými metodami zabývá. Podstatná část práce je věnována popisu dvou modulů pro platformu HIRF-SE: řešič BUTFE založený na metodě konečných prvků v časové oblasti a budicí nástroj BUTFE_EXC. Práce popisuje řešení pohlcujících okrajových podmínek, modelování disperzních a anizotropních materiálů a aproximaci tenkých drátů. Speciální pozornost je věnována řešení aproximace tenkých drátů s ostrými ohyby, jejíž současná formulace způsobuje překryvy mezi jednotlivými segmenty drátu., The dissertation describes actual problems in certifying small airplanes, which are to be solved by numerical modeling of the airplanes. The work is closely linked to the European project HIRF-SE, which deals with this problem. The essential part of the work is devoted to describing design of two modules within the HIRF SE framework: time-domain finite-element solver BUTFE and its excitation module BUTFE_EXC. The thesis describes solution of absorbing boundary conditions, dispersive media, anisotropy and thin wire approximation. Special attention is devoted to a proper approximation of thin wires with sharp bends. Current implementation of the approximation leads to overlaps of wire segments.

Tato disertační práce se zabývá metodami modelování elektronického zařízení letadel. První část je stručným přehledem klasických metod modelování systémů a adaptivních, fuzzy a hybridních metod používaných převážně k black-box modelování. Cílem práce je vytvořit algoritmus pro identifikaci a modelování obecného systému, který může být nelineární, dynamický a velmi složitý, například co do množství rozměrů. Předpokládá se, že model má několik vstupů a výstupů. V hlavní části práce je rozebrána metoda, která patří mezi hybridní systémy, protože kombinuje fuzzy systém s parametricky definovanými pravidly a regresní neuronovou síť. Nejprve je zmíněn základní princip regresní sítě a způsob určení jejího parametru strmosti, dále se kapitola zabývá zavedením fuzzy pravidel do této sítě. Třetí část se zabývá jedním z hlavních bodů práce, paralelními výpočty. Výsledný algoritmus je navržen pro paralelní zpracování, protože výpočetní čas může být v případě složitějších modelů příliš vysoký, případně nelze výsledky získané ze sítě vyhodnotit pomocí výpočtu v jednom vlákně. V závěru práce je metoda ověřena na datech získaných z měření zmenšeného modelu letadla. Ověření je provedeno pomocí střední kvadratické odchylky a srovnáním s odpovídajícím modelem vytvořeným pomocí vícevrstvé neuronové sítě trénované zpětným šířením chyby s algoritmem Levenberg-Marquardt., This thesis is focused on methods for the aircraft equipment modeling. The first part provides a brief overview of classical system modeling approaches used for system description, identification, and modeling. Then adaptive, fuzzy and hybrid methods used mainly for black-box system modeling are introduced. Aim of the thesis is to develop an algorithm for identification and modeling of a general system, which can be nonlinear, dynamic and complex. Multiple inputs and multiple outputs of model are assumed. The main part of the thesis introduces a new method which falls into the hybrid systems. It combines fuzzy approach with parametrically defined rules and general regression neural network. Firstly, the fundamentals of simple general regression neural network and its smoothness parameter determination are presented. Secondly, the general regression neural network with the fuzzy rules is introduced. Third part of the thesis is focused on the parallel computing, one of the main objectives. The final algorithm is designed for the parallel machine, because the computational time can be significantly high and for the larger datasets, the model is not achievable when evaluated in single thread. Block diagram for parallel computing in Matlab and CUDA is provided, as well as the basic structure of CUDA source code. Finally, the method is verified on data obtained from the measurement of a miniaturized aircraft model using the antenna outside the aircraft and the probe inside the fuselage of the aircraft model. The validation of the method is done using mean squared error and compared to mean squared error of corresponding model performed using the multilayer neural network with backpropagation learning and Levenberg-Marquardt algorithm.

Tato diplomová práce se zabývá problematikou prostorového zobrazování cílů s využitím časových odezev na max(t,0) puls. Problém je formulován jak pro dokonale elektricky vodivé, tak i dielektrické objekty. Hlavní cíl práce zahrnuje implementaci kódu pro výpočet profilových funkcí neznámého objektu ze zmíněných časových odezev a kódu pro jeho následnou rekonstrukci v programovém prostředí MATLAB. Za účelem testování bylo v rámci práce vytvořeno grafické uživatelské rozhraní zajišťující zároveň také větší variabilitu při rekonstrukci. Pro samotnou rekonstrukci objektu byla využita technika 3D pravděpodobnostní funkce, která dosahuje zajímavých výsledků, jež jsou prezentovány v závěrečné části této práce., This diploma thesis deals with a spatial imaging of targets using time-domain radar responses on the max(t,0) pulse. The problem is formulated for both perfectly electrically conductive and dielectric objects. The main aim of the thesis includes a code implementation calculating the profile functions of an unknown object from the mentioned time responses and a code for the subsequent reconstruction of an object in the MATLAB environment. A graphical user interface was created for testing purposes. The 3D probability function technique was used for the final reconstruction. The implemented technique achieves interesting results, which are presented in the final part of this thesis.

Tato dizertační práce se zabývá vytvořením nového algoritmu pro rekonstrukci impedančních obrazů v pozorovaných objektech. Nový algoritmus odstraňuje nedostatky s prostorovým rozlišením u předchozích metod rekonstrukce. Algoritmus využívá částečnou znalost uspořádání v pozorovaných objektech a jejich materiálové složení. Je konstruován pro rozpoznávání určitých důležitých oblastí zájmu, jako jsou defekty v materiálech nebo přítomnost krevních sraženin nebo nádorů v biologických obrazech. Proces rekonstrukce je rozdělen do dvou částí. V první části je zaměřen na průmyslové obrazy, kde jsou detekovány defekty ve vodivých materiálech. Druhá část je zaměřena na využití v biomedicíně. Je zde popsán numerický model, na kterém byl algoritmus testován. Testování bylo zaměřeno na hodnotu výsledné impedivity, vlivu regularizačního parametru, počáteční hodnotě impedivity numerického modelu a vlivu šumu na napěťových elektrodách na výsledky rekonstrukce. Dále je v dizertační práci diskutována možnost rekonstrukce impedančních obrazů z hodnot složek indukce magnetického pole měřené vně zkoumaného objektu. Toto magnetické pole je vytvořeno průchodem proudu pozorovaným objektem. Vytvořený algoritmus rekonstrukce impedančních obrazů vychází z navrženého algoritmu pro rekonstrukci EIT impedančních obrazů z napětí. Byly provedeny testy algoritmu na jeho stabilitu, vliv regularizačního parametru a počáteční konduktivitu. V práci je popsána metodika měření magnetického pole nukleární magnetickou rezonancí a zpracování změřených dat., This doctoral thesis proposes a new algorithm for the reconstruction of impedance images in monitored objects. The algorithm eliminates the spatial resolution problems present in existing reconstruction methods, and, with respect to the monitored objects, it exploits both the partial knowledge of configuration and the material composition. The discussed novel method is designed to recognize certain significant fields of interest, such as material defects or blood clots and tumors in biological images. The actual reconstruction process comprises two phases; while the former stage is focused on industry-related images, with the aim to detect defects in conductive materials, the latter one concentrates on biomedical applications. The thesis also presents a description of the numerical model used to test the algorithm. The testing procedure was centred on the resulting impedivity value, influence of the regularization parameter, initial value of the numerical model impedivity, and effect exerted by noise on the voltage electrodes upon the overall reconstruction results. Another issue analyzed herein is the possibility of reconstructing impedance images from components of the magnetic flux density measured outside the investigated object. The given magnetic field is generated by a current passing through the object. The created algorithm for the reconstruction of impedance images is modeled on the proposed algorithm for EIT-based reconstruction of impedance images from voltage. The algoritm was tested for stability, influence of the regularization parameter, and initial conductivity. From the general perspective, the thesis describes the methodology for both magnetic field measurement via NMR and processing of the obtained data.

Tato diplomová práce se zabývá problematikou prostorového zobrazování cílů s využitím časových odezev na max(t,0) puls. Problém je formulován jak pro dokonale elektricky vodivé, tak i dielektrické objekty. Hlavní cíl práce zahrnuje implementaci kódu pro výpočet profilových funkcí neznámého objektu ze zmíněných časových odezev a kódu pro jeho následnou rekonstrukci v programovém prostředí MATLAB. Za účelem testování bylo v rámci práce vytvořeno grafické uživatelské rozhraní zajišťující zároveň také větší variabilitu při rekonstrukci. Pro samotnou rekonstrukci objektu byla využita technika 3D pravděpodobnostní funkce, která dosahuje zajímavých výsledků, jež jsou prezentovány v závěrečné části této práce., This diploma thesis deals with a spatial imaging of targets using time-domain radar responses on the max(t,0) pulse. The problem is formulated for both perfectly electrically conductive and dielectric objects. The main aim of the thesis includes a code implementation calculating the profile functions of an unknown object from the mentioned time responses and a code for the subsequent reconstruction of an object in the MATLAB environment. A graphical user interface was created for testing purposes. The 3D probability function technique was used for the final reconstruction. The implemented technique achieves interesting results, which are presented in the final part of this thesis.