Teorie automatického řízení I (FSI-VA1)

Akademický rok 2021/2022
Garant: prof. RNDr. Ing. Miloš Šeda, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚAI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je formulovat a získat základní poznatky z klasické teorie řízení. Poznatky upevnit pochopením souvislostí s různými způsoby syntézy PID regulátoru. Způsoby návrhu si osvojit.
Výstupy studia a kompetence:
Orientovat se v základech klasické teorie řízení. Být schopen(a) volit a použít přiměřené způsoby návrhu PID regulátoru pro řešení dané úlohy.
Prerekvizity:
Znalost základních principů a pojmů z oblasti automatizace, znalosti matematického základu (diferenciální a integrální počet, diferenciální rovnice), schopnost práce se systémem Matlab.
Obsah předmětu (anotace):
V předmětu je prezentován úvod do klasické teorie řízení. Soustřeďujeme se na lineární časově invariantní systémy (LTI) bez zpoždění s jedním stupněm volnosti v přenosovém tvaru a na syntézu PID regulátorů. Výklad je demonstrován na příkladech z různých aplikačních oblastí. Syntéza řídicích systémů může být snadno provedena s použitím Matlab Control System Toolbox
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.
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 × 3 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  4 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  9 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Spojité vs. diskrétní systémy/modely. Stabilita.
2. Příklady modelů z různých aplikačních oblastí.
3. Analytické sestavení přenosového modelu.
4. Úvod do identifikace přenosového modelu.
5. Kvalita regulace. Syntéza řídicího systému metodou Root-Locus.
6. Kompenzace fázového zpoždění a předstihu.
7. Pravidla ladění PID regulátorů metodou Ziegler–Nichols.
8. Syntéza PID regulátorů z frekvenční odezvy.
9. Syntéza PID regulátorů výpočtovou optimalizací.
10. Modifikace struktur PID.
11. Řízení se dvěma stupni volnosti.
12. Zlepšení odezvy umístěním nul.
13. Detailnější diskuse diskrétních modelů.
    Laboratorní cvičení 1. Dvoupolohová regulace teploty.
2. Regulace výšky vodního sloupce v nádrži.
3. Řízení stejnosměrného motoru.
4. Zápočet
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Spojité a diskrétní veličiny, modely
2. Příklady spojitých a diskrétních modelů
3. Přenosové modely technických soustav a a jejich parametry
4. Metody identifikací technických soustav
5. Návrh PID regulátoru metodou Root-Locus, příklady použití metod kompenzací fázového zpoždění a předstihu.
6. Návrh parametrů regulátoru metodou Ziegler-Nichols, návrh parametrů regulátoru s využitím frekvenční odezvy
7. Ladění parametrů regulátoru pomocí optimalizačních metod
8. Používané struktury PID regulátorů
9. Příklady návrh a použití regulátoru s dvěma stupni volnosti
Literatura - doporučená:
1. Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatizace-Automatické řízení, skriptum VUT FSI v Brně, CERM 2011.
2. Bernard Friedland: Control System Design: An Introduction to State-Space Methods. Dover Publications, 2005.
3. Švarc, I.: Teorie automatického řízení, podpory FSI, www stránky fakulty 2003.
4. Morris, K.: Introduction to Feedback Control. Academic Press, London, 2002.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-AIŘ-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 2 1 Z