Modelování a řízení dynamických systémů (FSI-9IDS-A)

Akademický rok 2023/2024

Garant:	doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.
Garantující pracoviště:	ÚMTMB	všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky:	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.