Předmět: Číslicové řízení

» Seznam fakult » FM » MTI
Název předmětu Číslicové řízení
Kód předmětu MTI/CRI
Organizační forma výuky Přednáška + Cvičení
Úroveň předmětu Magisterský
Rok studia nespecifikován
Semestr Zimní
Počet ECTS kreditů 5
Vyučovací jazyk Čeština, Angličtina
Statut předmětu Povinný
Způsob výuky Kontaktní
Studijní praxe Nejedná se o pracovní stáž
Doporučené volitelné součásti programu Není
Vyučující
  • Hlava Jaroslav, doc. Dr. Ing.
Obsah předmětu
Přednášky: Z transformace, diferenční rovnice, přenosy diskrétních systémů. Diskrétní stavové modely, stabilita lineárních diskrétních systémů. Diskretizace spojitých systémů. Číslicová aproximace spojitých regulátorů, volba periody vzorkování. Návrh číslicových regulátorů metodou přiřazení pólů. Návrh regulátorů s konečnou dobou regulace, principy algebraických metod návrhu. Hlavní myšlenky prediktivního řízení založeného na modelu (Model Predictive Control - MPC). MPC založené na modelech typu oříznutá přechodová odezva (Dynamic Matrix Control - DMC) pro systémy s jedním vstupem a výstupem. Rozšíření DMC na systémy s více vstupy a výstupy, dopředná kompenzace měřitelných poruch. DMC založené na numerické optimalizaci a zjednodušená suboptimální realizace DMC. MPC založené na stavových modelech a jeho vztah k DMC. Použití pozorovatelů stavu a Kálmánových filtrů v MPC založeném na stavových modelech. Modifikace a varianty kriteriální funkce používané v rámci MPC, řešitelnost optimalizační úlohy, měkké omezující podmínky. Průmyslové implementace MPC, příklady aplikací. Cvičení: Matematické metody číslicového řízení a jejich použití. Aplikace kritérií stability diskrétních systémů. Diskretizace spojitých systémů. Regulační obvody používající číslicové aproximace spojitých regulátorů. Vliv vzorkování na stabilitu regulačních obvodů, vliv různých metod číslicové aproximace regulátoru na průběh regulačních pochodů a kvalitu regulace. Matematické metody číslicového řízení, řešení polynomiálních diofantických rovnic. Návrh a simulace číslicových regulátorů založených na metodě přiřazení pólů. Návrh a simulace číslicových regulátorů navržených pomocí algebraických metod. Návrh a simulace DMC regulátorů bez omezujících podmínek. Omezující podmínky v DMC, numerické metody kvadratického programování. Aplikace DMC na rozsáhlejší průmyslovou případovou studii. Návrh a simulace MPC regulátorů založených na stavovém modelu. Srovnání výsledků dosažených pomocí MPC Toolboxu pro Matlab a vlastní implementace. Aplikace MPC na rozsáhlejší průmyslovou případovou studii.

Studijní aktivity a metody výuky
Monologický výklad (přednáška, prezentace, vysvětlování), Laboratorní praktika
  • Účast na výuce - 56 hodin za semestr
Výstupy z učení
Cílem tohoto předmětu je poskytnout studentům dobré základy návrhu a implementace číslicových řídicích systémů. K tomuto účelu je nejprve probrán matematický aparát používaný k popisu systémů s diskrétním časem a diskretizovaných modelů spojitých systémů. V návaznosti na to jsou probrány klasické přístupy k návrhu číslicových regulátorů: číslicová aproximace spojitých regulátorů, metoda přiřazení pólů uzavřeného regulačního obvodu a algebraické metody návrhu číslicových regulátorů. Těžištěm předmětu je nicméně prediktivní řízení založené na modelu (MPC).
Absolvent předmětu je schopen navrhovat číslicové regulátory pro většinu běžných aplikací. Dokáže řízený systém popsat diskrétním modelem a v závislosti na jeho složitosti a cílech řízení zvolit vhodný regulátor i jeho nastavení. Spektrum regulátorů, které ovládá sahá od jednoduchých číslicových analogií klasických PID regulátorů až k prediktivním regulátorům založeným na modelu, které jsou vhodné pro složité aplikace.
Předpoklady
Podmínka registrace: není stanovena

Hodnoticí metody a kritéria
Kombinovaná zkouška, Ústní zkouška, Písemná zkouška

Vypracování zadaných semestrálních prácí, aktivní účast na laboratorních praktikách, zápočet, souhrnná zkouška. Předpokládají se znalosti z kurzu Automatické řízení a dobrá orientace v maticovém počtu a v základech spojitého lineárního řízení.
Doporučená literatura
  • Albertos, P., Sala, A. Multivariable Control Systems. Springer Verlag,, 2004. ISBN 1852337389.
  • Franklin, G., F. & Powell, J., D. & Workman, M., L. Digital Control of Dynamic Systems.. Addison - Wesley, 1998.
  • Hanuš, B. - Olehla, M. - Modrlák, O. (2000) Číslicová regulace technologických procesů. Algoritmy, matematicko-fyzikální analýza, identifikace, adaptace. Brno: VUTIUM.
  • Ljung, L.:. System Identification. Theory for the User. Prentice - Hall, Inc. Upper Saddle River. New Jersey, 1999.
  • Rossiter, J.A. (2003), Model-based predictive control, A Practical Approach, CRC Press.
  • Šulc, B. & Vítečková, M. (2004), Teorie a praxe návrhu regulačních obvodů, Praha: Vydavatelství ČVUT.


Studijní plány, ve kterých se předmět nachází
Fakulta Studijní plán (Verze) Kategorie studijního oboru/specializace Doporučený ročník Doporučený semestr
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Automatické řízení a inženýrská informatika (2016) Kategorie: Speciální a interdisciplinární obory 2 Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Zimní
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Mechatronika (2016) Kategorie: Speciální a interdisciplinární obory 2 Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Zimní