Modelování a simulace II (FSI-RKD)

Akademický rok 2021/2022
Garant: doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Studenti se seznámí s moderními přístupy k řešení problémů kinematiky a dynamiky mechanismů. Předmět je orientován směrem k řízení reálných strojů a jejich simulačních modelů. Důraz je kladen na využití počítačů. Teoretické poznatky studenti aplikují při řešení konkrétního problému v rámci semestrálního projektu.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti budou po absolvování předmětu schopni:
- sestavit a řešit přímý (analytický) a inverzní (analytický a numerický) kinematický model libovolného otevřeného kinematického řetězce
- posoudit vhodnost použití konkrétní metody v oblasti modelování kinematiky
- sestavit a řešit analytický dynamický model jednodušších mechanických soustav
- orientovat se v problematice numerického modelování komplexních mechatronických systémů
Prerekvizity:
Vektorová algebra. Maticová algebra. Základy kinematiky a dynamiky. Metoda uvolňování a Lagrangeovy rovnice. Programování v prostředí Matlab/Simulink.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět se zabývá modelováním kinematiky a dynamiky řízených mechatronických systémů. Rozvíjí znalosti získané v předchozím studiu Mechaniky, především směrem k numerickému řešení problémů na počítači a simulačnímu modelování. Mechanismy jsou chápány jakou soustavy tuhých těles propojených vazbami.
Cvičení probíhají na počítači s využitím programu Matlab a Maple.
Přímý i inverzní kinematický model jsou řešeny analytickými i numerickými metodami. Tvorba dynamického modelu je prováděna metodou uvolňování, pomocí Lagrangeových rovnic a automaticky (Matlab/SimMechanics). Uvedeny jsou způsoby a možnosti modelování elektrických, regulační a jiných submodelů v interakci s modelem mechanismu.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Hodnocení předmětu probíhá na základě standardní bodové škály 0-100b. Studenti mohou získat až 40b za zpracování a obhajobu semestrálního projektu a 60b za zápočtový test, který se skládá z písemného testu, úloh zpracovaných na PC a ústní rozpravy. Při hodnocení zpracovaných úloh a projektů se přihlíží ke splnění funkčních požadavků i k úrovni zpracování.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičení je povinná. Kontrola výuky se provádí na cvičení.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod do problematiky kinematiky a dynamiky tuhých těles
2. Způsoby reprezentace polohy a orientace tělesa v prostoru, transformace
3. Přímý kinematický model - analytické metody
4. Inverzní kinematický model - analytický a numerický přístup
5. Generování trajektorie koncového členu mechanismu
6. Metoda kinetostatiky
7. Metody analytické tvorby dynamického modelu
8. Metody analytické tvorby dynamického modelu
9. Metody numerického řešení dynamických modelů
10. Modelování skokové změny parametrů systému
11. Simulace dynamického modelu v prostředí Matlab, Matlab/Simulink
12. Modelování elektrických submodelů a regulačních struktur
13. Problematika automatické tvorby dynamických modelů
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Program Matlab a jeho použití pro modelování kinematiky a dynamiky mechanismů, příklady hotových modelů (nekývající jeřáb, čtyřnohý, dvounohý robot)
2. Modelování kinematiky v Matlabu a za použití Robotic Toolbox
3. Modelování dynamiky v Matlabu, řešení příkladu
4. Modelování dynamiky v Matlab/Simulinku, řešení příkladu
5. Modelování dynamiky v Matlab/SimMechanics, řešení příkladu
6.-12. Práce na semestrálním projektu, konzultace problémů projektu
13. Prezentace semestrálního projektu, hodnocení
Literatura - základní:
1. Spong, M. W.; Hutchinson, S. & Vidyasagar, M. Robot Modeling and Control Wiley, 2005
2. Sciavicco, L.; Siciliano, B. & Sciavicco, B. Modelling and Control of Robot Manipulators Springer-Verlag New York, Inc., 2000
3. Murray, R. M.; Sastry, S. S. & Zexiang, L. A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation CRC Press, Inc., 1994
4. Corke,P.I.: A Robotics Toolbox for Matlab, IEEE Robotics and Automation Magazine, pp.24–32, 1996
Literatura - doporučená:
1. Grepl, R. Kinematika a dynamika mechatronických systémů CERM, Akademické nakladatelství, 2007
2. Grepl, R. Modelování mechatronických systémů v Matlab/SimMechanics BEN - technická literatura, 2007
3. Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995
4. Kratochvíl, C., Slavík, J.: Mechanika těles-dynamika, PC-DIR, skriptum VUT Brno, 1997
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-MET-P prezenční studium --- bez specializace -- kl 5 Povinný 2 1 Z