455-0516/01 – Analýza regulačních systémů (ARS)
Garantující katedra | Katedra měřicí a řídicí techniky | Kredity | 6 |
Garant předmětu | prof. Ing. Vilém Srovnal, CSc. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Vilém Srovnal, CSc. |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
Rok zavedení | 2003/2004 | Rok zrušení | 2003/2004 |
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.Posluchači budou schopni prakticky provést identifikaci dynamických systémů a analýzu regulačních obvodů s využitím výpočetní techniky a zejména simulačního systému Matlab se Simulinkem. Svou náplní je předmět vhodný i pro posluchače jiných oborů a fakult, pokud se hodlají seznámit s problematikou teorie automatického řízení podrobněji.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Budou zde vysvětleny základní pojmy a vlastnosti 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:
Srovnal,V: Analýza regulačních systémů. Sylaby na WWW stránkách katedry,2007
Doporučená literatura:
Štecha,J: Teorie automatického řízení I. Praha, ČVUT 1990.
Vavřín,V.: Teorie dynamických systémů. Brno, VUT 1989.
Vavřín,P.: Teorie automatického řízení I. Brno, VUT 1991.
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Průběžná kontrola studia:
Dva průběžné testy kontroly a tři samostatné úlohy na počítači.Termíny odevzdání samostatných prací elektronickou formou (WEB), případně písemně - v týdnech 5, 10 a 14.
Obsah a forma jednotlivých hodnocených prací: Samostatné laboratorní práce, protokoly obsahující dokumentaci provedeného modelování na počítači v laboratoři. Student musí být schopen podle předložené dokumentace reprodukovat úlohu na počítači. Průběžné testy ověří připravenost studentů na řešení zadaných úloh.
Závěrečný test - písemná část zkoušky
Teoretická část testu obsahuje 20 otázek, které prověří studenty o celkové znalosti předmětu. Praktickou část testu ( 6 příkladů) student vypracuje písemně nebo na počítači. Celková doba trvání obou částí testu 180 min.
Podmínky udělení zápočtu:
Hodnocení studia
Zápočet - student je klasifikován na základě 2 testu, za 0-10 bodů, a 3 samostatných úloh 0-5 bodů nebo samostatného projektu za 0-15 bodů. Zápočet od 14.týdne. Podmínkou udělení zápočtu je dosažení min. 20 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
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
Základní pojmy z řídicí techniky. Typy regulačních systémů. Vlastnosti řídicích systémů. Příklady regulace. Základní pojmy a definice z teorie systémů. Systémový přístup. Dynamické systémy.
Analýza spojitého lineárního systému. Vnější popisy spojitých dynamických systémů. Popis systému diferenciální rovnicí. Přenos lineárního spojitého systému. Impulsní a přechodová funkce systému. Časové a frekvenční charakteristiky systému. Bloková schémata a signální diagramy. Základní
dynamické systémy - proporcionální, integrační, derivační, se setrvačností, systém 2. řádu, dopravní zpoždění.
Vnější popisy mnoharozměrových systémů. Přenosová matice. Nuly a póly. Vnější popisy diskrétních dynamických systémů. Diferenční rovnice. Přenos diskrétního systému. Impulzní a přechodové posloupnosti. Základní typy diskrétních systémů. Proporcionální člen. Sumační člen. Diferenční člen.
Setrvačný člen. Kmitavý člen prvého a druhého řádu. Průměrový člen. Diskrétní přenosy s dopravním zpožděním.
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.
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.
Souvislosti spojitého a diskrétního popisu systému. Diskretizace spojitých systémů. Frekvenční rozbor vzorkování. Tvarovací členy. Modifikovaný diskrétní přenos.
Stabilita. Kritéria stability lineárních spojitých systémů. Stabilita diskrétních systémů. Řiditelnost a dosažitelnost. Definice pojmů. Kritéria řiditelnosti a dosažitelnosti. Pozorovatelnost a rekonstruovatelnost.
Metody identifikace systémů.
Struktury systémů automatického řízení. Vlastnosti lineárních regulačních obvodů. Analýza regulačního obvodu.
Dynamické vlastnosti lineárních spojitých regulátorů a jejich realizace. Dynamické vlastnosti lineárních diskrétních regulátorů a jejich realizace.
Standardní typy přenosů ve spojitých zpětnovazebních obvodech. Základní vlastnosti. Stabilita lineárních spojitých zpětnovazebních obvodů. Nyquistovo kritérium stability.
Analýza spojitých regulačních obvodů. Statická přesnost. Dynamické vlastnosti. Kvalita regulace. Integrální kritéria kvality regulace
Analýza pomocí frekvenčních charakteristik. Metoda kořenového hodografu. Analýza spojitých regulačních obvodů ve stavovém prostoru.
Cvičení:
Příklady regulace. Příklady z Laplaceovy transformace.
TEST č.1: Vnější popisy systémů. Příklady na řešení vnějšího popisu diskrétních systémů.
TEST č.2: Vnitřní popisy systémů a stabilita.
Projekty:
Každý studen dostane zadány v průběhu semestru 3 samostatné práce, které zpracuje s využitím výpočetní techniky.
Počítačové laboratoře:
Příklady řešení vnějšího popisu spojitých systémů. Ověření vypočtených příkladů na počítači.Zadání písemné práce 1 pro modelování spoj. systémů.
Modelování zadaných vnějších popisů systémů na osobním počítači (písemná práce 1).
Příklady řešení vnějšího popisu diskrétních systémů. Ověření na počítači.
Příklady řešení stavových rovnic spojitých systémů. Ověření na počítači. Zadání písemné úlohy 2 pro modelování spojitého systému ve stavovém prostoru na osobním počítači.
Modelování zadaných úloh vnitřních popisů systémů na PC (písemná úloha 2).
Příklady řešení stavových rovnic diskrétních systémů. Ověření příkladů na PC.
Příklady numerického a grafického vyšetření stability soustav. Ověření příkladů na PC. Zadání písemné práce 3.
Příklady numerického řešení řiditelnosti a dosažitelnosti. Ověření příkladů na PC.
Příklady analýzy regulačního obvodu. Modelování regulačního obvodu na PC (písemná práce 3).
Příklady na výpočet přenosů. Příklady na stanovení stability regulačního obvodu. Ověření stability na PC.
Příklady na stanovení kvality regulace. Ověření příkladů na PC.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.