Vyšší formy řízení (FSI-VVF)

Akademický rok 2019/2020
Garant: prof. Ing. Pavel Ošmera, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚAI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je poskytnout studentům znalosti fyzikální podstaty regulace, optimálního řízení, adaptivního řízení, fuzzy řízení a identifikace dynamických soustav.
Výstupy studia a kompetence:
Vybavit posluchače moderními nástroji pro řešení složitých úloh automatického řízení s využitím metod umělé inteligence.
Schopnost analyzovat a navrhovat moderní regulační systémy. Studenti získají základní znalosti o optimálním řízení, adaptivním řízení, fuzzy řízení a řízení pomocí umělých neuronových sítí.
Prerekvizity:
Základní znalosti metod používaných v analýze a navrhování lineárních spojitých systémů řízení. Základní znalosti metod používaných v analýze a navrhování nelineárních spojitých systémů řízení a diskrétních systémů řízení. Základní principy programovatelných automatů (PLC). Diferenciální rovnice systémů, přenosy, impulsní a přechodové funkce a charakteristiky, frekvenční přenos a frekvenční charakteristiky, stabilita systémů. Matematické programování a optimalizace.
Obsah předmětu (anotace):
Kurz je zaměřen na moderní metody návrhu a syntézy regulačních obvodů s využitím metod umělé inteligence. Prezentovány jsou vybrané metody umělé inteligence, optimální a adaptivní metody řízení, fuzzy řízení a neuronový regulátor. Student si osvojí jak teoretickou tak praktickou implementaci prezentovaných metod a RT řízení. Předmět rozšiřuje znalosti specifických částí aplikované informatiky do oblasti pokročilého řízení. Využita je nejmodernější softwarová i hardwarová technologie firem B&R Automation a Mathworks (Matlab/Simulink) i podstatné know-how autorů předmětu.
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. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu: Základní podmínkou pro udělení zápočtu je aktivní absolvování všech laboratorních cvičení a zpracování elaborátů podle pokynů učitele. Zkouška je písemná a ústní. V písemné části student shrnuje dvě základní témata, která byla přednášena a řeší tři příklady. Ústní část zkoušky obsahuje diskuzi o těchto úlohách a možné doplňující otázky.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičení je povinná. Vedoucí cvičení provádějí průběžnou kontrolu přítomnosti studentů, jejich aktivity a základních znalostí. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu. Jednorázovou neúčast je možno nahradit cvičením s jinou studijní skupinou v tomtéž týdnu nebo zadáním náhradních úloh, delší neúčast se nahrazuje písemným vypracováním náhradních úloh podle pokynů cvičícího.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  6 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  7 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Přednášky jsou rozděleny do 5 tématických bloků.
Blok 1: Fyzikální podstata regulace
Blok 2: PID regulátor (spojitý i diskrétní, andi-windup, beznárazové přepínání, pokročilé strukturální modifikace)
Blok 3: Identifikace dynamických soustav, Adaptivní řízení a regulace (samočinně se nastavující regulátor, možnosti umělé inteligence, rekurzivní metody nejmenších čtverců, regresní model, regulátory založené na metodě pole placement).
Blok 4: Optimální řízení a automatické generování regulačního zákona (aplikovaná gramatická evoluce, genetické programování, metody nelineární optimalizace)
Blok 5: Fuzzy regulátory (teorie fuzzy množin, principy inference, fuzzifikace a defuzzifikace, PI/PD/PID regulátory, normované tvary univerza, fuzzy supervizor, fuzzy přepínač, fuzzy regulátor s více vstupy).
    Laboratorní cvičení 1L: Matlab/Simulink a prostředky Data Acquisition, Real-Time Toolbox, Real-Time Workshop (regulace tepelné soustavy)
2-3L: Projekt: Automation Studio a technologie B+R Automation (regulace tepelné soustavy / řízení pohonů)
4-5L: Projekt: D-Space (Magnetická levitace / Helikoptéra / Stabilizace plošiny)
6L: Závěrečné prezentace projektů.
    Cvičení s počítačovou podporou 1C: Vlastnosti PID regulátoru, způsoby realizace.
2C: Optimalizace parametrů PID regulátoru (klasické a moderní přístupy).
3C: Automatické generování regulačního zákona.
4C: Identifikace dynamických soustav (neparametrické metody).
5C: Identifikace dynamických soustav (parametrické metody).
6C: Fuzzy regulátor.
7C: Neuronový regulátor.
Literatura - základní:
1. Vegte, V.D.J.: Feedback Control Systems, Prentice-Hall, New Jersey 1990, ISBN 0-13-313651-5
2. Levine, W.S. (1996) : The Control Handbook, CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida 1996 , ISBN 0-8493-8570-9
3. Morris,K.: Introduction to Feedback Control, Academic Press, San Diego, California 2002.
4. Franklin, G.F., Powell, J.D., Emami-Naeini, A. Feedback Control of Dynamic Systems, Prentice Hall 2002.
5. Nguyen, H.T., Prasad, N.R., Walker, C.L., Walker, E.A. A First Course in Fuzzy and Neural Control. Chapman & Hall/CRC 2002.
Literatura - doporučená:
1. Švarc,I.:: Automatizace-Automatické řízení, skriptum VUT FSI Brno, CERM 2002, ISBN 80-214-2087-1
2. Zelinka Ivan, Oplatková Zuzana, Šeda Miloš, Ošmera Pavel, Včelař František; Evoluční výpočetní techniky - principy a aplikace; BEN - technická literatura, Praha 2009; ISBN 978-80-7300-218-3
3. Morris,K.: Introduction to Feedback Control, Academic Press, San Diego, California 2002.
4. Nguyen, H.T., Prasad, N.R., Walker, C.L., Walker, E.A. A First Course in Fuzzy and Neural Control. Chapman & Hall/CRC 2002.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2I-P prezenční studium M-AIŘ Aplikovaná informatika a řízení P pro absolventy B-AIŘ zá,zk 6 Povinný 2 2 Z
M2I-P prezenční studium M-AIŘ Aplikovaná informatika a řízení -- zá,zk 6 Povinný 2 2 Z