Modelování a simulace I (FSI-RDO)

Akademický rok 2023/2024
Garant: doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
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 20 ze 40 bodů ze 2 testů ve cvičeních a laboratořích. Zkouška je hodnocena maximálně 60 body.
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. Aström, K. J. & Wittenmark, B.: Computer-controlled systems: theory and design (2nd ed.), 1990
2. Dutton, K.; Thompson, S., Barraclough, B.: The Art of Control Engineering, 1997
3. Stejskal, V.; Valášek, M.: Kinematics and dynamics of machinery, Marcel Dekker, New York, 1996
4. Pelánek, R.: Modelování a simulace komplexních systémů, MUNI, 2011
Literatura - doporučená:
1. Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995
2. Karban, P.: Výpočty a simulace v programech MATLAB a Simulink, cpress 2006
3. Isermann, R.: Mechatronic Systems: Fundamentals, Springer, 2005
3. Noskievič: Modelování a identifikace systémů, 1999
4. Grepl, R.: Modelování mechatronických systémů v Matlab/SimMechanics, BEN - technická literatura, ISBN 978-80-7300-226-8
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-MET-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 1 3 Z