450-2034/05 – Analýza regulačních systémů (ARS)

Garantující katedraKatedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvíKredity4
Garant předmětuIng. Martin Pieš, Ph.D.Garant verze předmětuIng. Martin Pieš, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný typu B
Ročník3Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2019/2020Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
PIE046 Ing. Martin Pieš, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 2+12

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.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Zápočet: Student je klasifikován na základě 1 testu, za 5-10 bodů, a samostatného projektu za 10-25 bodů (absolvování testu i odevzdání projektu jsou podmínkami pro udělení zápočtu). Projekt se odevzdává elektronicky prostřednictvím LMS Moodle VSB, nejpozději do konce 13. týdne semestru. Podmínkou přijetí (bodového ohodnocení) projektu je vypracování všech bodů zadání. Zápočet od 14. týdne. Podmínkou udělení zápočtu je dosažení min. 15 bodů, max. lze získat 35 bodů. Dále je nutno splnit 80% docházky cvičení. Zkouška: Sestává z písemné a ústní části. Písemná část obsahuje teoretickou část 5-10 bodů a praktickou část 10-45 bodů, celkem 15–55 bodů. Ústní část je hodnocena 1-10 body. Všechny tři části zkoušky povinné, minimum ústní části 1 b. Celkové hodnocení 51-100 bodů dle studijního řádu. Dodatky: Zápočtový test je bez náhrady, tj. nelze jej opakovat či absolvovat v jiném termínu, výjimkou je závažný důvod (posouzení je na garantovi předmětu). Ústní část zkoušky bude bodována jen tehdy, bude-li splněno minimum z písemné části. Při opakování předmětu z minulého roku nepřecházejí body z dílčích úkolů (test, projekt) automaticky do daného aktuálního roku.

E-learning

Další požadavky na studenta

Student musí být schopen prokázat, že projekt zpracoval samostatně. Zápočtový i zkouškový test musejí být vypracovány 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. Znalost práce v MATLABu a Simulinku; Znalost pojmů z předmětů Signály a soustavy a Kybernetika.

Prerekvizity

Kód předmětuZkratkaNázevPovinnost
450-2019 KYB Kybernetika Povinná

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: 1. Úvod do problematiky analýzy regulačních systémů. Matematický základ potřebný pro řešení úloh analýzy systémů. 2. 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. 3. 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. 4. 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. 5. Souvislosti spojitého a diskrétního popisu systému. Diskretizace spojitých systémů. Frekvenční rozbor vzorkování. Tvarovací členy. 6. Zpětnovazební regulační obvod - detailní popis, funkčnost. Blokové schéma, standardní přenosy v regulačním obvodě. 7. Statické a dynamické vlastnosti regulátorů. 8. 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. 9. Analýza zpětnovazebních obvodů ve frekvenční oblasti. Stabilita. Analýza pomocí frekvenčních charakteristik. Metoda kořenového hodografu. 10. Analýza nelineárních regulačních obvodů. 11. Metody identifikace systémů. Experimentální identifikace. Identifikace pomocí deterministických signálů. Identifikace pomocí stochastických signálů. 12. Metody online identifikace parametrů systémů. Řešení úloh metodou nejmenších čtverců. Modely OE, ARX, ARMAX a jejich využití při identifikaci parametrů systémů 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. Analýza zpětnovazebních obvodů v časové oblasti. 9. Analýza zpětnovazebních obvodů ve frekvenční oblasti. 10. Analýza nelineárních regulačních obvodů. 11. Identifikace systémů, demonstrace v programu Matlab a Simulink – laboratorní úloha. 12. Práce na projektech – praktická část offline identifikace 13. Práce na projektech – praktická část online identifikace. 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

Kombinovaná forma (platnost od: 2019/2020 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 35  15
        Zkouška Zkouška 65  16
Rozsah povinné účasti: Povinná účast na cvičeních, jsou akceptovány 2 omluvy.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (B0714A150001) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinně volitelný typu B stu. plán
2019/2020 (B0714A150001) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinně volitelný typu B stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku