Předmět: Simulace dynamických systémů

« Zpět
Název předmětu Simulace dynamických systémů
Kód předmětu MTI/SDS
Organizační forma výuky Přednáška + Cvičení
Úroveň předmětu Bakalářský
Rok studia nespecifikován
Četnost výuky Každý školní rok
Semestr Zimní
Počet ECTS kreditů 5
Vyučovací jazyk Čeština
Statut předmětu Povinný
Způsob výuky Kontaktní
Studijní praxe Nejedná se o pracovní stáž
Doporučené volitelné součásti programu Není
Vyučující
  • Školník Petr, Ing. Ph.D.
  • Tůma Libor, doc. Ing. CSc.
Obsah předmětu
Přednášky: 1. Popis systému. Deduktivní a induktivní přístup k formulaci modelu. Matematicko-fyzikální analýza. 2. Simulační experiment 3. Vnitřní a vnější popis dynamického systému. Dynamická podobnost systémů. Pohyb dynamického systému, rovnovážný stav, stabilita. 4. Stavový popis systému, stavová trajektorie. Metody volby stavového vektoru. Technická funkce. Systémy s dopravním zpožděním. Stavový popis lineárního systému. 5. Číslicová simulace, simulační model. Simultánní integrace. Dynamická a statická část modelu, algebraická smyčka. 6. Ověření výsledků simulačního experimentu, chyby výpočtu. 7. Počítačový model. Numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic. Metody Runge-Kutta, metody prediktor-korektor. Volba časového kroku simulačního výpočtu. 8. Graf přenosu výkonu jako model dynamického systému. Konstrukce výkonového vazebního grafu. 9. Modely mechanických a elektrických systémů. 10. Modely snímačů, zesilovačů a měničů výkonu. 11. Kolize ve vazebních grafech výkonu. C-pole, I-pole, R-pole. 12. Simulační stavová schémata. Stavové rovnice. 13. - 14. Příklady komplexně řešených úloh. Cvičení Simulace základních i složitějších dynamických modelů založených na mechanickém, elektrickém principu. Programování experimentu v reálném čase. Verifikace počítačového modelu. Volba numerické metody. 1. MATLAB/Simulink, seznámení s prostředím a se základními funkcemi (rozšíření k Základům spojitého řízení). Grafické zobrazení dat, záznam, čtení, ukládání a další manipulace s daty. 2. Simulace lineárních dynamických systémů, ustálené hodnoty - model sedačky. 3. Simulace nelineárních dynamických systémů, omezení - pingpongový míček. 4. Simulace nelineárních dynamických systémů, skutečná nelinearita - nádrže. 5. Stavový popis - elektron v elmag poli. 6. Repetiční a iterační výpočty, přepočet okrajových podmínek - nosník. 7. Úlohy s dopravním zpožděním. 8. Úvod do konstrukce grafu toku výkonu. Řešení jednoduché úlohy (R,I,C + jeden uzel) elektrického obvodu a mechanického systému. 9. - 11. Řešení složitějších úloh grafu toku výkonu (R,I,C,TF,GY,0,1), sestavení simulačního schématu počítačového modelu, stavový popis, kolize hran, algebraická smyčka. 12. - 13. Řešení komplexního příkladu (automobilové odpružení). 14. Udílení zápočtů. Informace ke kombinované nebo distanční formě: Rozsah konzultací (soustředění) 18 hodin za semestr. Rozsah a obsahové zaměření individuálních prací studentů a způsob kontroly: Výuka v kombinované formě studia je podporována elektronickými studijními materiály dostupnými prostřednictvím Internetu. Jednak v klasické formě, v současné době běžně využívané studenty prezenčního studia, jednak ve formě e-learningových nástrojů v prostředí CLIX, včetně zavedené diskusní skupiny k tomuto předmětu.

Studijní aktivity a metody výuky
Monologický výklad (přednáška, prezentace, vysvětlování), Projektová výuka
  • Účast na výuce - 56 hodin za semestr
  • Domácí příprava na výuku - 34 hodin za semestr
  • Příprava na zápočet - 20 hodin za semestr
  • Příprava na zkoušku - 40 hodin za semestr
Výstupy z učení
V úvodní části předmětu se studenti seznámí se základy metodologie modelování a simulace systémů. Podstatná část předmětu je pak věnována číslicové simulaci lineárních i nelineárních spojitých deterministických systémů. Pro tvorbu počítačového modelu je použit jak matematický model vnějšího popisu systému, tak i stavový popis systému. Je ukázána systematická metoda modelování dynamických systémů různé fyzikální podstaty pomocí vazebního grafu toku výkonu. Praktické příklady pak mají ukázat možnosti aplikace MATLAB-Simulinku pro různé typy nelinearit a specifických omezení dynamiky simulovaného systému.
Student získá teoretické poznatky a praktické dovednosti z oblasti simulace lineárních i nelineárních systémů. Je schopen tvořit nejen rovnice popisující statické, ale i dynamické chování systémů a konstruovat graf toku výkonu.
Předpoklady
Podmínka registrace: zápočet z předmětu Matematika I a II, nutná znalost derivací a integrálů.

Hodnoticí metody a kritéria
Kombinovaná zkouška, Ústní zkouška, Písemná zkouška, Praktická demonstrace získaných dovedností

Podmínkou zápočtu je aktivní účast na cvičeních, úspěšné absolvování kontrolního testu. Zkouška je písemná a ústní.
Doporučená literatura
  • Horáček, P.:. Systémy a modely.. ČVUT Praha, 2000. ISBN 80-01-01923-3.
  • ZÍTEK, P., PETROVÁ, R.:. Matematické a simulační metody.. ČVUT Praha, 1996. ISBN 80-010-01524-6.
  • ZÍTEK, P.:. Simulace dynamických systémů.. SNTL, Praha, 1990. ISBN 80-03-00330-X.


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): Elektronické informační a řídicí systémy (2012) Kategorie: Elektrotechnika, telekomunikační a výpočetní technika 3 Doporučený ročník:3, Doporučený semestr: Zimní
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Elektronické informační a řídicí systémy (2012) Kategorie: Elektrotechnika, telekomunikační a výpočetní technika 3 Doporučený ročník:3, Doporučený semestr: Zimní