Modelování a simulace I (FSI-RDO-A)

Akademický rok 2022/2023

Garant:	doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.
Garantující pracoviště:	ÚMTMB	všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky:	angličtina
Cíle předmětu:
Studenti se seznámí s modelováním dynamických (mechanických, elektromechanických a řízených) systémů na počítači.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti získají znalosti a dovednosti v těchto oblastech: • lineární dynamické systémy a jejich analýza • modelování v prostředí Matlab/Simulink • modelování řízených soustav • praktická zkušenost s řízením reálné soustavy pomocí I/O karty z prostředí Matlab/Simulink.
Prerekvizity:
Vektory a matice. Obyčejné diferenciální rovnice. Matematika a fyzika v rozsahu předchozího studia. Znalost programovacího prostředí MATLAB z předchozího studia.
Obsah předmětu (anotace):
Tento předmět se zabývá modelováním dynamických systémů na počítači. Systémy mohou být popsány obyčejnými diferenciálními rovnicemi (ODE), diferenciálně-algebraickými rovnicemi nebo např. pomocí stavového automatu. Hlavním pracovním nástrojem je prostředí MATLAB/Simulink, součástí výkladu jsou i některé jeho pokročilejší vlastnosti a funkce. Teoretické poznatky jsou v laboratorním cvičení demonstrovány na konkrétních reálných modelech řízených z prostředí Simulink pomocí I/O karty MF624.
Metody vyučování:
Přednášky, cvičení na počítači, laboratoře, individuální semestrální projekt.
Způsob a kritéria hodnocení:
Hodnocení předmětu probíhá na základě standardní bodové škály 0-100b. Pro udělení zápočtu je nutné získat alespoň 15 ze 30 bodů ze 3 testů ve cvičeních a laboratořích. Dále lze získat až 20 bodů za zpracování a obhajobu semestrálních projektů a 50 bodů u zkoušky.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičení je povinná. Kontrola výuky se provádí na cvičení dle kritérií hodnocení.
Typ (způsob) výuky:
Přednáška	13 × 2 hod.	nepovinná
Laboratorní cvičení	13 × 1 hod.	povinná
Cvičení s počítačovou podporou	13 × 1 hod.	povinná
Osnova:
Přednáška	• Úvod do modelování dynamických systémů. Statický vs. dynamický systém. Příklady spojitých a diskrétních systémů. Další možnosti modelování (slovní popis, stavový automat, fyzikální modelování). • Úvod do programování v MATLABu (opakování). • 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. • Návrh a programování GUI v MATLABu. • Úvod do modelování v Simulinku (opakování). • Další vlastnosti a funkce prostředí Simulink (algebraická smyčka, zero crossing detection, subsystémy a jejich maskování, struktura simulace, generování kódu). • Linearizace modelu. Hledání rovnovážného stavu, význam pro návrh řídicích algoritmů. • Kauzální a akauzální modelování. SimScape. • Stavové automaty. StateFlow. • Úvod do real-time systémů v prostředí Simulink. Vlastnosti I/O karty MF624, řešení s a bez generování kódu, pokročilejší HW a SW. Filtrace signálu, identifikace přenosu z odezvy na skok, návrh PID regulátoru. • Efektivní modelování tření v mechanických systémech.

Laboratorní cvičení	• Základy práce s I/O kartou MF624 v prostředí MATLAB/Simulink. • Řízení DC motoru s enkodérem z prostředí Simulink pomocí I/O karty MF624. Návrh PID regulátoru pro řízení rychlosti a polohy. • Zpracování zadaného projektu.

Cvičení s počítačovou podporou	• Modelování dynamického systému v MATLABu. • Modelování dynamického systému v Simulinku. • Zpracování zadaných projektů.

Literatura - základní:
1. Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995
2. web Mathworks, http://www.mathworks.com/
3. Karban, P.: Výpočty a simulace v programech MATLAB a Simulink, cpress 2006
4. Pelánek, R.: Modelování a simulace komplexních systémů, MUNI, 2011
Literatura - doporučená:
1. Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995
2. web Mathworks, http://www.mathworks.com/
3. Grepl, R.: Modelování mechatronických systémů v Matlab/SimMechanics, BEN - technická literatura, ISBN 978-80-7300-226-8
4. Karban, P.: Výpočty a simulace v programech MATLAB a Simulink, cpress 2006

Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program	Forma	Obor	Spec.	Typ ukončení	Kredity	Povinnost	St.	Roč.	Semestr
B-STI-Z	příjezd na krátkodobý studijní pobyt	--- bez specializace	--	zá,zk	6	Volitelný	1	1	Z