450-2034/02 – Analýza regulačních systémů (ARS)
| Garantující katedra | Katedra kybernetiky a biomedicínského inženýrství | Kredity | 5 |
| Garant předmětu | Ing. Martin Pieš, Ph.D. | Garant verze předmětu | Ing. Martin Pieš, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 3 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | angličtina |
| Rok zavedení | 2015/2016 | Rok zrušení | 2016/2017 |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu je poskytnout posluchačům širší základ z oblasti analýzy dynamických soustav a regulačních obvodů. Tato část teorie automatického řízení je potřebná pro následující magisterské studium. Studenti budou schopni prakticky provést identifikaci dynamických systémů a analyzovat vlastnosti dynamických systémů a regulačních obvodů s využitím výpočetní techniky a zejména simulačních systémů Matlab a Simulink /Scilab.
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Projekt
Anotace
Kurz rozšiřuje znalosti z předmětu Kybernetika a podává detailnější vysvětlení pojmů z oblasti řízení a zabývá se vlastnostmi řídicích systémů. Posluchači se postupně seznámí s problematikou analýzy spojitých a diskrétních lineárních dynamických systémů, zejména s jejich vnějším a vnitřním popisem. Z vlastností dynamických systémů bude probrána stabilita, řiditelnost, dosažitelnost a pozorovatelnost. Seznámí se rovněž s metodami identifikace dynamických systémů. Dále bude následovat analýza lineárních regulačních obvodů jak ve frekvenční, tak i časové oblasti. Bude rovněž probrána stabilita regulačních obvodů, jejich statická přesnost a kvalita regulace.
Povinná literatura:
[1] Ožana, Š., Srovnal,V: Analýza regulačních systémů. Učební text a návody do cvičení. VŠB-TUO, FEI, 2012.
[2] Balátě, J. (2004). Automatické řízení. Praha, BEN - technická literatura.
[3] Vavřín,P.: Teorie automatického řízení I. Brno, VUT 1991.
Doporučená literatura:
Štecha,J: Teorie automatického řízení I. Praha, ČVUT 1990.
Vavřín,V.: Teorie dynamických systémů. Brno, VUT 1989.
Ogata, K. (2010). Modern control engineering. Boston, Prentice Hall.
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Klasifikovaný zápočet: student je klasifikován na základě 1 testu, za 40-75 bodů, a samostatného projektu za 11-25 bodů (absolvování testu i odevzdání projektu jsou podmínkami pro uzavření předmětu). Projekt se odevzdává elektronicky prostřednictvím elektronické pošty, nejpozději do konce zápočtového týdne. Klasifikovaný zápočet od 14.týdne. Dále je nutno splnit 80% docházky cvičení. Celkové hodnocení 51-100 bodů dle studijního řádu.
E-learning
Další požadavky na studenta
Student musí být schopen prokázat, že projekt zpracoval samostatně. Závěrečný test musí být zpracován samostatně, porušení zásady může být důvodem pro neúspěšné vykonání příslušné části. Není-li řečeno jinak, k výuce se používá pouze výpočetní technika přítomná v učebně, a to výhradně programy týkající se výuky. Detailní pravidla pro konkrétní učebnu jsou dány zásadami práce v laboratoři, které jsou vyvěšeny u vstupu do učebny.
Prerekvizity
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
1. Úvod do problematiky analýzy regulačních systémů.
2. Matematický základ potřebný pro řešení úloh analýzy systémů.
3. Základní dynamické systémy - proporcionální, integrační, derivační, se setrvačností, systém 2. řádu, dopravní zpoždění. Základní typy diskrétních systémů. Proporcionální člen. Sumační člen. Diferenční člen. Setrvačný člen. Kmitavý člen prvého a druhého řádu.
4. Vazby mezi systémy. Řešení stavových rovnic spojitých systémů. Matice přechodu. Generátory vstupních funkcí. Diagram stavových veličin. Vnitřní a vnější popis systému. Stavová rovnice a přenosová matice. Určení vnitřního popisu systému z popisu vnějšího. Frobeniův a Jordanův kanonický tvar.
5. Řešení stavových rovnic diskrétních systémů. Matice přechodu. Generátor vstupních funkcí. Diagram stavových veličin. Stavová reprezentace diskrétních systémů. Vnitřní a vnější popis systému. Stavová rovnice a přenosová matice. Určení vnitřního popisu systému z popisu vnějšího. Frobeniův a Jordanův kanonický tvar.
6. Souvislosti spojitého a diskrétního popisu systému. Diskretizace spojitých systémů. Frekvenční rozbor vzorkování. Tvarovací členy.
7. Zpětnovazební regulační obvod - detailní popis, funkčnost. Blokové schéma, standardní přenosy v regulačním obvodě.
8. Statické a dynamické vlastnosti regulátorů.
9. Metody identifikace systémů. Experimentální identifikace. Identifikace pomocí deterministických signálů. Identifikace pomocí stochastických signálů.
10. Analýza zpětnovazebních obvodů v časové oblasti. Stabilita, statická přesnost a kvalita regulace. Integrální kritéria kvality regulace. Kritéria řiditelnosti, dosažitelnosti, pozorovatelnosti a rekonstruovatelnosti. Analýza spojitých a diskrétních regulačních obvodů ve stavovém prostoru.
11. Analýza zpětnovazebních obvodů ve frekvenční oblasti. Stabilita. Analýza pomocí frekvenčních charakteristik. Metoda kořenového hodografu.
12. Nelineární regulační obvody.
13. Případové studie část 1 – analýza vybraných fyzikálních modelů v časové a frekvenční oblasti – laboratorní úloha.
14. Případové studie část 2 – analýza vybraných fyzikálních modelů v časové a frekvenční oblasti – laboratorní úloha.
Cvičení:
1. Seznámení s programem cvičení a laboratoří. Školení bezpečnosti práce. Příklady regulace.
2. Základní dynamické systémy a jejich statické a dynamické vlastnosti, demonstrace v programu Matlab a Simulink.
3. Vnitřní stavový popis spojitých systémů, demonstrace v programu Matlab a Simulink.
4. Vnitřní stavový popis diskrétních systémů, demonstrace v programu Matlab a Simulink.
5. Souvislosti spojitého a diskrétního popisu systému, demonstrace v programu Matlab a Simulink – laboratorní úloha.
6. Zpětnovazební regulační obvod, demonstrace v programu Matlab a Simulink.
7. Statické a dynamické vlastnosti regulátorů, demonstrace v programu Matlab a Simulink – laboratorní úloha.
8. Identifikace systémů, demonstrace v programu Matlab a Simulink – laboratorní úloha.
9. Analýza zpětnovazebních obvodů v časové oblasti.
10. Analýza zpětnovazebních obvodů ve frekvenční oblasti.
11. Práce na projektech.
12. Nelineární regulační obvody.
13. Případové studie – analýza výukových fyzikálních modelů a demonstrace jejich činnosti – laboratorní úloha.
14. Zápočty, kontrola projektů.
Projekty:
Každý student dostane zadán v průběhu semestru jeden rozsáhlejší projekt, který zpracuje s využitím výpočetní techniky. Časová náročnost cca 10 hodin. Název projektu: Analýza spojitých a diskrétních rozvětvených a vícerozměrných regulačních obvodů.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.