Modelování a řízení dynamických systémů (FSI-9IDS)

Akademický rok 2021/2022
Garant: doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština či angličtina
Cíle předmětu:
Předmět je určen pro studenty se zájmem o mechatroniku.
Cílem je získání praktické zkušenosti s problematikou modelování dynamických systémů, identifikace parametrů z naměřených dat a moderních přístupů k návrhu a testování řídicích systémů.
Důraz je kladen na porozumění numerickým metodám implementovaným v simulačních nástrojích (MATLAB, Simulink, SimScape, SimMechanics)
a následnou práci v laboratoři s reálnými výukovými modely řízenými pomocí vstupně-výstupní karty MF624.
Klíčovou částí studia je realizace projektu, jehož zadání bude přizpůsobeno výchozím znalostem, tématu disertační práce a jiným odborným zájmům studenta.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti získají praktickou zkušenost s modelováním dynamických systémů v prostředí MATLAB, s měřením dat a řízením reálných výukových modelů v laboratoři. Podle zaměření individuálního projektu se dále do hloubky seznámí s konkrétními tématy v oblasti numerických metod, modelování, identifikace, filtrace a řízení.
Prerekvizity:
Schopnost programovat v prostředí MATLAB a/nebo ochota se to naučit. Základní znalosti z matematiky, numerické matematiky, předmětů mechaniky a ochota si potřebné vědomosti zopakovat.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět je určen pro studenty se zájmem o mechatroniku.
Cílem je získání praktické zkušenosti s problematikou modelování dynamických systémů, identifikace parametrů z naměřených dat a moderních přístupů k návrhu a testování řídicích systémů.
Důraz je kladen na porozumění numerickým metodám implementovaným v simulačních nástrojích (MATLAB, Simulink, SimScape, SimMechanics)
a následnou práci v laboratoři s reálnými výukovými modely řízenými pomocí vstupně-výstupní karty MF624.
Klíčovou částí studia je realizace projektu, jehož zadání bude přizpůsobeno výchozím znalostem, tématu disertační práce a jiným odborným zájmům studenta.
Metody vyučování:
Nejdůležitější částí výuky je samostudium doporučených materiálů. Na vybraná témata budou realizovány přednášky a workshopy v počítačové učebně.
Způsob a kritéria hodnocení:
Klíčovou částí hodnocení je projekt, jehož zadání bude přizpůsobeno výchozím znalostem, tématu disertační práce a jiným odborným zájmům studenta. Student vypracuje zprávu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Nejdůležitější částí výuky je samostudium doporučených materiálů. Na vybraná témata budou realizovány přednášky a workshopy v počítačové učebně.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  10 × 2 hod. nepovinná                  
Osnova:
    Přednáška - Úvod do práce v prostředí MATLAB a Simulink.
- Zopakování numerických metod pro řešení soustav lineárních a nelineárních rovnic.
- Řešení obyčejné diferenciální rovnice (ODE) v MATLABu. Numerické metody integrace ODE. Řešiče ODE v MATLABu/Simulinku.
- Modelování spojitých a diskrétních systémů. Diskretizace. Lineární simulace v prostředí MATLAB.
- Identifikace dynamických systémů.
- Stavové řízení, stavový pozorovatel.
- Filtrace dat, Kalmanův filtr.
- Rychlé prototypování řídicích systémů.
- Vybrané metody nelineárního řízení (přímovazební řízení, kompenzace tření, zpětnovazební linearizace, SMC (klouzavé řízení)).
- Úvod do real-time simulací v mechatronice. Rychlé prototypování řídicích systémů, Hardware-In-the-Loop simulace.
- Automatické generování kódu ze Simulinku. Aplikace pro simulátory i embedded zařízení.
- HW a SW nástroje pro real-time simulace. Simulátory dSPACE. Platforma PXI.
- Práce v laboratoři s multifunkční kartou MF624.
Literatura - základní:
1. Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995
2. Dynamic Simulation of Electric Machinery Using Matlab Simulink, Prentice Hall, 1998
3. NELLES, O. Nonlinear System Identification: From Classical Approaches to Neural Networks and Fuzzy Models. Springer, 2000-12-12. 814 p. ISBN: 9783540673699.
3. Karban, P.: Výpočty a simulace v programech MATLAB a Simulink, cpress 2006
5. BOLTON, W. Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical Engineering. Pearson Education, 1999. 372 p. ISBN: 9780582357051.
Literatura - doporučená:
1. Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995
1. NELLES, O. Nonlinear System Identification: From Classical Approaches to Neural Networks and Fuzzy Models. Springer, 2000-12-12. 814 p. ISBN: 9783540673699.
2. Pelánek, R.: Modelování a simulace komplexních systémů, MUNI, 2011
5. BOLTON, W. Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical Engineering. Pearson Education, 1999. 372 p. ISBN: 9780582357051.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
D-IME-P prezenční studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 Z
D-APM-P prezenční studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 Z
D-APM-K kombinované studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 Z
D-IME-K kombinované studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 Z