Akademický rok 2019/2020 |
Garant: | Ing. Ondřej Andrš, Ph.D. | |||
Garantující pracoviště: | ÚVSSR | |||
Jazyk výuky: | čeština | |||
Cíle předmětu: | ||||
Cílem předmětu je formulovat a získat základní poznatky z oblasti automatického řízení, počítačového modelování, teorie a algoritmizace řídicích systémů. | ||||
Výstupy studia a kompetence: | ||||
Studenti získají základní znalosti a dovednosti z oblasti průmyslové automatizace, popisu a klasifikace řídicích systému. Budou schopni analyzovat a navrhovat základní lineární spojité i diskrétní zpětnovazební regulační systémy. Dále získají základní přehled o instrumentaci řídicího řetězce. | ||||
Prerekvizity: | ||||
Základní znalosti matematiky včetně řešení systému obyčejných diferenciálních rovnic. Základní znalosti fyziky (zejména dynamiky) a elektrotechniky. | ||||
Obsah předmětu (anotace): | ||||
Cílem kurzu je seznámit studenty s hlavními pojmy z oblasti průmyslové automatizace a řídicích systémů v návaznosti na Industry 4.0. První část kurzu je zaměřena na logické řízení a jeho aplikaci v současných řídicích systémech. Bude vysvětleno zavedení a použití logické funkce včetně její interpretace v prvcích sekvenčních a kombinačních obvodů. Dále bude v této části kurzu probrána minimalizace logických funkcí zejména použitím Karnaughových map. Druhá část kurzu obsahuje základní poznatky z lineárních spojitých řídicích systémů. Řeší se zde problémy analýzy prostřednictvím impulsních a přechodových funkcí a frekvenčními metodami. Matematickým základem této části je Laplaceova transformace. Dále je zde probrána základní teorie zpětnovazebních systémů včetně jejich syntézy, vyšetřování jejich stability, přesnosti a kvality regulace. Třetí část kurzu zahrnuje základy diskrétního řízení a jejich aplikací. Matematickým základem je Z - transformace a diferenční rovnice. Pro analýzu systémů je použita impulsní a přechodová funkce. Otázky stability jsou řešeny např. aplikací bilineární transformace. Dále je zde uveden algoritmus PSD číslicového regulátoru a jeho aplikace v současných řídicích systémech. |
||||
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 případně přednáškami odborníků z praxe nebo odbornou exkurzí. | ||||
Způsob a kritéria hodnocení: | ||||
Základní podmínkou pro udělení zápočtu je aktivní absolvování všech cvičení včetně laboratorních a zpracování elaborátů podle pokynů učitele. Zápočet je udělen na základě prokázání znalostí probrané látky formou testu s příklady. Zkouška je kombinovaná, písemná a ústní. V písemné části student shrnuje základní zadaná témata, která byla přednášena nebo odkazována v literatuře a samostatně řeší zadané 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 (např. formou vstupních testů). Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu. Jednorázovou neúčast je možno nahradit cvičením s jinou studijní skupinou ve vyučování stejné látky cvičení. Delší neúčast ve cvičení lze v ojedinělých případech nahradit s povolením garanta vypracováním náhradní písemné práce dle pokynů. | ||||
Typ (způsob) výuky: | ||||
Přednáška | 13 × 2 hod. | nepovinná | ||
Cvičení s počítačovou podporou | 13 × 2 hod. | povinná | ||
Osnova: | ||||
Přednáška | 1. Úvod do automatizace. Logické řízení, logické funkce, pravidla Booleovy algebry, vyjádření Booleovských funkcí, minimalizace pravidly Booleovy algebry a Karnaughovou mapou. 2. Kombinační a sekvenční logické obvody, programovatelné automaty. 3. Spojitý regulační obvod, princip regulace, vnější a vnitřní popis, Laplaceova transformace, diferenciální rovnice, přenos. 4. Impulsní funkce a charakteristika, přechodová funkce a charakteristika, dělení regulačních členů. 5. Frekvenční přenos, frekvenční charakteristiky v komplexní rovině a v logaritmických souřadnicích, póly a nuly, bloková algebra. 6. Regulátory, regulační obvod, charakteristická rovnice (stabilita), základní metody nastavení regulátorů. 7. Stabilita regulačního obvodu (nutná a obecná podmínka), kritéria stability. 8. Kvalita a přesnost regulace, syntéza regulačního obvodu. 9. Diskrétní regulační obvod, vzorkovač, tvarovač, Z-transformace, diferenční rovnice. 10. Z-přenos, diskrétní impulsní funkce a charakteristika, diskrétní přechodová funkce a charakteristika, frekvenční přenos, frekvenční charakteristika v komplexní rovině. 11. Bloková algebra diskrétních systémů, číslicové regulátory (polohový a přírůstkový algoritmus), stabilita diskrétního regulačního obvodu (obecná podmínka). 12. Použití číslicového regulátoru v řídicích systémech. 13. Instrumentace řídicích systému. |
|||
Cvičení s počítačovou podporou | 1. Logické řízení (algebraická minimalizace logické funkce, bloková schémata, seznámení se Siemens LOGO!Soft). 2. Logické řízení (slovní zadání, pravdivostní tabulka, minimalizace Karnaughovou mapou, kombinační logické obvody - simulace). 3. Logické řízení (sekvenční logické obvody – simulace). 4. Logické řízení (realizace modelové úlohy). 5. Spojité lineární řízení (diferenciální rovnice, přenos, impulsní a přechodová funkce, impulsní a přechodová charakteristika, simulace). 6. Spojité lineární řízení (frekvenční přenos, frekvenční charakteristika v komplexní rovině, frekvenční charakteristiky v logaritmických souřadnicích, simulace). 7. Spojité lineární řízení (bloková algebra, regulátory, simulace). 8. Spojité lineární řízení (regulační obvod, stabilita regulačního obvodu, simulační verze Ziegler-Nicholsovy metody, simulace). 9. Spojité lineární řízení (početní verze Ziegler-Nicholsovy metody, kritéria stability regulačního obvodu, simulace). 10. Spojité lineární řízení (přesnost regulace, kvalita regulace, simulace). 11. Modelová úloha z oblasti spojitého lineárního řízení. 12. Zápočtová písemka. 13. Zápočet, oprava zápočtové písemky. |
|||
Literatura - základní: | ||||
1. RICHARD C. DORF a ROBERT H. BISHOP. Modern control systems. 11th ed. New Jersey: Pearson Education, 2008. ISBN 0132067102. | ||||
2. BANERJEE, Soumitro. Dynamics for engineers. Hoboken, N.J.: Wiley, 2005. ISBN 0-470-86843-0. | ||||
3. ROBERT H. BISHOP. The mechatronics handbook: fundamentals and modeling. 2nd ed. Boca Raton, FL: CRC Press, c2008. ISBN 978-0-8493-9258-0. | ||||
4. OGATA, Katsuhiko. Modern control engineering. 4th ed. Upper Saddle River, N.J: Prentice-Hall, 2002. ISBN 0130432458. | ||||
5. ŠVARC, Ivan. Automatické řízení. Vyd. 2. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2011. ISBN 978-80-214-4398-3. |
Zařazení předmětu ve studijních programech: | |||||||||
Program | Forma | Obor | Spec. | Typ ukončení | Kredity | Povinnost | St. | Roč. | Semestr |
M2I-P | prezenční studium | M-VSR Výrobní stroje, systémy a roboty | P pro absolventy B-SSZ | zá,zk | 4 | Volitelný (nepovinný) | 2 | 1 | L |
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta strojního inženýrství
Technická 2896/2,
616 69 Brno
IČ 00216305
DIČ CZ00216305
+420 541 141 111
+420 726 811 111 – GSM O2
+420 604 071 111 – GSM T-mobile