455-0341/01 – Navrhování a realizace regulátorů (NRR)

Garantující katedraKatedra měřicí a řídicí technikyKredity4
Garant předmětudoc. Ing. Štěpán Ožana, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Štěpán Ožana, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
RočníkSemestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2003/2004Rok zrušení2009/2010
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
OZA77 doc. Ing. Štěpán Ožana, 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 seznámit posluchače podrobněji s problematikou návrhu různých typů regulátorů a jejich diskrétní realizací na programovatelných automatech a vestavěných řídicích systémech. Studenti na základě zadaného samostatného projektu prokáží své schopnosti návrhnout a realizovat různé typy regulátorů na praktické úloze. Svou náplní je předmět vhodný i pro posluchače jiných oborů a fakult, pokud se hodlají seznámit s problematikou návrhu a realizace regulátorů podrobněji. Návrh regulátorů pomocí klasických metod i moderní teorie řízení. Realizace na různých HW platformách.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Experimentální práce v laboratoři
Projekt

Anotace

Posluchači si rozšíří znalosti jednak z oblasti teorie návrhu regulátorů a také se seznámí s jejich realizací pomocí moderních prostředků výpočetní techniky na vybraných platformách. Postupně se seznámí s jednotlivými typy regulátorů a jejich funkci si ověří simulačně na modelu na osobním počítači. Praktické ověření pak bude realizováno na laboratorní úloze. Studenti se seznámí s diskrétní realizací regulátorů typu PID. Dále se budou zabývat návrhem optimálního regulátoru a jeho diskrétní realizaci. Rovněž se v kurzu seznámí s návrhem robustního regulátoru, se samonastavujícími se regulátory a s problematikou adaptivního a prediktivního řízení.

Povinná literatura:

Srovnal,V.:Navrhování a realizace regulátorů. Sylaby na WWW stránkách fakulty,2004 Roubal,J., Pekař,J., Pachner,D., Havlena,V.: Moderní teorie řízení - Cvičení. Skripta ČVUT, FEL 2005 Havlena, V., Štecha,J.: Moderní teorie řízení. Skripta ČVUT, FEL 2000

Doporučená literatura:

Bobál,V. a kol.: Praktické aspekty samočinně se nastavujících regulátorů. Brno, VUT Brno 1999. Havlena,V.,Štecha,J.: Moderní teorie řízení. ČVUT Praha 1994 Šimandl,M.: Adaptivní systémy. Plzeň, ZČU Plzeň 1993 Honec,J.: Teorie automatického řízení III. VUT Brno,1991. Masár,I.,Ivanov,I.: Aplikácie reálného času v programovou prostriedku MATLAB-SIMULINK. STU Bratislava, 2001. Astrom,K.J.: Automatic Tuning of PID Controllers. Insrument Society of America 1988 Dorf,C.,Bishop,R.: Modern Control Systems Tripathi,S.M.: Modern Control Systems:An Introduction Zak,H.: Systems and Control Paraskevopoulos,P.N.: Modern Control Engineering Zhou,K.,Doyle,J.C.,Glover,K.: Robust and Optimal Control O'Dwyer,A.: Handbook of Pi And Pid Controller Tuning Rules Nise,N.S.: Control Systems Engineering Lyshevski,S.E.: Control Systems Theory with Engineering Applications Shinners,S.M.: Advanced Modern Control System Theory and Design Vukic,Z.: Nonlinear Control Systems Kuo,B.C., Golnaraghi,F.: Automatic Control Systems Tewari,A.: Modern Control Design With MATLAB and SIMULINK Astrom,K.J., Wittenmark,B.: Computer-Controlled Systems: Theory and Design Leigh,J.R.Control Theory, 2nd Edition Albertos,P., Strietzel, R., Mort,N.: Control Engineering Solutions: A Practical Approach

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Průběžná kontrola studia: Jeden zápočtový test a jeden samostatný projekt. Termíny odevzdání samostatné práce elektronickou formou, případně písemně - ve 14. týdnu. Obsah a forma jednotlivých hodnocených prací: Samostatný projekt obsahuje dokumentaci k sestaveným řídicím algoritmům a programům na počítači v laboratoři. Studenti musí předvést běžící řešení úlohy na počítači. Zápočtový test ověří teoretickou připravenost studentů. Závěrečný test - písemná část zkoušky Teoretická část testu obsahuje 20 otázek, které prověří studenty o celkové znalosti předmětu. Praktickou část testu student vypracuje přímo na počítači. Celková doba trvání obou částí testu 120 min. Podmínky udělení zápočtu: Hodnocení studia Zápočet - student je klasifikován na základě 1 testu, za 0-10 bodů, a samostatného projektu za 0-25 bodů. Zápočet od 14.týdne. Podmínkou udělení zápočtu je dosažení min. 10 bodů , max. lze získat 35 bodů .Zkouška - Písemná část - závěrečný test - teoretická část 0-20 bodů, praktická část 0- 35 bodů, celkem 0 - 55 bodů. Ústní část 0 - 10 bodů. Celkové hodnocení 51 - 100 bodů dle studijního řádu.

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: <BOD>Úvod do problematiky navrhování a realizace regulátorů. Srovnání klasických metod pro návrh a moderní teorie řízení. Základní metody návrhu. <BOD>Realizace regulátorů. Přehled možností softwarového návrhu. Řízení v reálném čase. Realizace algoritmů na vybraných platformách: PC, mikrokontroléry, PLC,embedded systémy, dSPACE. Moderní techniky návrhu: Hardware-in-the-loop simulace. Rapid prototyping. Model-based design. <BOD>Navrhování PID regulátorů. Průmyslové PID regulátory. Empirické metody nastavování PID regulátorů. Samočinně se nastavující PID regulátory. <BOD>Nelineární PID regulátory. Analogové PID regulátory. Volba struktury regulátorů pro typické aplikace. Pokročilé regulační techniky. <BOD>Číslicové PID regulátory (PSD). Stanovení parametrů regulátoru. Modifikace číslicových PID regulátorů. Volba periody vzorkování. PID regulátory pro provozní použití. Beznárazové připojení regulátoru. Wind-up efekt. Průmyslové PID regulátory. <BOD>Úvod do kvadraticky optimálního řízení. Strategie kvadraticky optimálního řízení. <BOD>Dynamické programování, princip optimality. Princip návrhu regulátorů podle minimalizace kvadratického kritéria. <BOD>Spojité kvadraticky optimální řízení, vlastnosti LQ regulátorů. Stochastický přístup k návrhu LQ regulátoru. Vlastnosti regulačního obvodu s LQ regulátorem. Podmínky pro realizaci návrhu. Adaptivní LQ řízení. Popis systému a návrh algoritmů řízení. <BOD>Lineární stochastický systém. Formulace problému odhadování stavů stochastických systémů na základě měření vstupů a výstupů. Statistické metody identifikace. <BOD>Adaptivní a učící se systémy. Adaptivní identifikace a adaptivní řízení. <BOD>Optimální filtrace na základě vnějšího popisu systému-Wienerův filtr. Optimální filtrace na základě vnitřního popisu systému-Kalmanův filtr: korelované/nekorelované šumy procesu a měření, rozšířený Kalmanův filtr. <BOD>LQG regulátor. Zpětná vazba od stavu pro stochastický systém. Zapojení s Kalmanovým filtrem. Metoda LTR. Diskrétní LQG regulátor. <BOD>Prediktivní strategie řízení, návrh prediktivního regulátoru. Predikce výstupu na základě přenosového a stavového popisu. MPC regulátor s omezením a bez omezení akční veličiny. <BOD>Robustní řízení. Základní pojmy. Použití robustních regulátorů. Normy signálů a systémů, citlivostní funkce. Úvod do popisu neurčitosti, strukturovaná a nestrukturovaná neurčitost, small gain theorem, robustní stabilita. Metodika návrhu robustních regulátorů. Metody H2 a H-nekonečno. <BOD>Nelineární systémy. Metody linearizace. Problematika nelineárního řízení. Fuzzy regulátor. Cvičení: Zásady práce v laboratoři. Vyhlášení témat samostatných prací Seznámení se s prostředky pro real-time návrh v prostředí Matlab/Simulink: xPC Target, Real Time Windows Target. Laboratoře: Návrh číslicového regulátoru PID a jeho ověření na reálné úloze. Ověření beznárazového připojení regulátoru na reálné úloze. Adaptivní identifikace na počítači ve spojení s reálnou soustavou. Návrh adaptivního regulátoru s modelem pro reálnou úlohu a jeho simulační ověření. Laboratorní úloha s kvadraticky optimálním regulátorem Laboratorní úloha s LQR regulátorem Laboratorní úloha s MPC regulátorem Laboratorní úloha s LQG regulátorem a Kalmanovým filtrem Výpočet normy H-2 a H-nekonečno.Citlivostní funkce Laboratorní úloha s robustním regulátorem Vyhodnocení jednotlivých navržených metod řízení. Zápočtová práce. Předvedení zadané regulační úlohy. Projekty: Každý student dostane zadán v průběhu semestru jeden samostatný projekt, který zpracuje s využitím výpočetní techniky dle zadání.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40 (40) 0
                Laboratorní práce Laboratorní práce 30  0
                Písemka Písemka 10  0
        Zkouška Zkouška 60 (60) 0
                Písemná zkouška Písemná zkouška 50  0
                Ústní zkouška Ústní zkouška 10  0
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2009/2010 (N2649) Elektrotechnika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2009/2010 (N2649) Elektrotechnika (2601T004) Měřicí a řídicí technika K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (N2649) Elektrotechnika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2008/2009 (N2649) Elektrotechnika (2601T004) Měřicí a řídicí technika K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2007/2008 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2007/2008 (N2649) Elektrotechnika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2007/2008 (N2649) Elektrotechnika (2601T004) Měřicí a řídicí technika K čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 5 volitelný odborný stu. plán
2006/2007 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3907T001) Elektroenergetika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2006/2007 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2006/2007 (N2649) Elektrotechnika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2006/2007 (N2649) Elektrotechnika (2601T004) Měřicí a řídicí technika K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 5 volitelný odborný stu. plán
2005/2006 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3907T001) Elektroenergetika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2005/2006 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy K čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 5 volitelný odborný stu. plán
2004/2005 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy P čeština Ostrava 3 volitelný odborný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3907T001) Elektroenergetika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2004/2005 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy K čeština Ostrava 3 volitelný odborný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava 5 volitelný odborný stu. plán
2003/2004 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy P čeština Ostrava 3 volitelný odborný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2601T004) Měřicí a řídicí technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2612T018) Elektronika a sdělovací technika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (10) Elektrické stroje a přístroje P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (2642T004) Elektrické stroje, přístroje a pohony (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3902T023) Inženýrská informatika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (M2612) Elektrotechnika a informatika (3907T001) Elektroenergetika P čeština Ostrava povinně volitelný stu. plán
2003/2004 (N2645) Elektrotechnika, sdělovací a výpočetní technika (2612T041) Řídící a informační systémy K čeština Ostrava 3 volitelný odborný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku