Automatizace (FSI-6AA-A)

Akademický rok 2021/2022
Garant: prof. RNDr. Ing. Miloš Šeda, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚAI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je formulovat a získat základní poznatky z automatického
řízení, počítačového modelování, teorie a algoritmizace řídících systémů.
Výstupy studia a kompetence:
Schopnost analyzovat a navrhovat lineární spojité i diskrétní zpětnovazební regulační systémy. Studenti získají základní znalosti z automatizace, popisu a klasifikace řídících systémů a určení jejich charakteristik. Studenti budou schopni řešit problémy stabilty regulačních systémů.
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 automatizace a z řídicích systémů.
První část kurzu seznamuje s logickými řídicími systémy. Uvádí logické funkce, logické prvky a kombinační a sekvenční logické obvody. Samozřejmě včetně minimalizace logických funkcí zejména použitím Karnaughových map.
Druhá část kurzu obsahuje základní poznatky z lineárních spojitých řídicích systémů. Řeší problémy analýzy prostřednictvím impulsních a přechodových funkcí a frekvenčními metodami. Matematickým základem je Laplaceova transformace. Důležitou částí je základní teorie zpětnovazebních systémů včetně vyšetřování jejich stability, přesnosti a kvality regulace.
Třetí část kurzu zahrnuje základy diskrétního řízení. Matematickým základem je Z - transformace a diferenční rovnice. Základní popis systémů jsou impulsní a přechodová funkce. Otázky stability jsou řešeny např. bilineární transformací a PSD algoritmus číslicového regulátoru vychází ze Z - transformace.
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  2 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  11 × 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. NAND, NOR, kombinační logické obvody, 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), Ziegler-Nicholsova metoda (simulační verze).
7. Stabilita regulačního obvodu (nutná a obecná podmínka), algebraická kritéria stability.
8. Frekvenční kritéria stability, přesnost regulace.
9. Kvalita regulace, Ziegler-Nicholsova metoda (početní verze), seřízení regulátorů podle přechodové charakteristiky regulované soustavy, dopravní zpoždění, syntéza regulačního obvodu.
10. Diskrétní regulační obvod, vzorkovač, tvarovač, Z-transformace, diferenční rovnice.
11. Z-přenos, diskrétní impulsní funkce a charakteristika, diskrétní přechodová funkce a charakteristika, frekvenční přenos, frekvenční charakteristika v komplexní rovině.
12. Bloková algebra diskrétních systémů, číslicové regulátory (polohový a přírůstkový algoritmus), stabilita diskrétního regulačního obvodu (obecná podmínka).
13. Kritéria stability diskrétních regulačních obvodů.
    Laboratorní cvičení 8. Laboratorní cvičení (laboratoř programovatelných automatů, laboratoř elektrických prostředků).
9. Laboratorní cvičení (laboratoř programovatelných automatů, laboratoř elektrických prostředků).
    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. Spojité lineární řízení (diferenciální rovnice, přenos, impulsní a přechodová funkce, impulsní a přechodová charakteristika, simulace v LabVIEW+MathScript).
5. Spojité lineární řízení (frekvenční přenos, frevenční charakteristika v komplexní rovině, frekvenční charakteristiky v logaritmických souřadnicích, simulace).
6. Spojité lineární řízení (bloková algebra, regulátory, simulace).
7. Spojité lineární řízení (regulační obvod, stabilita regulačního obvodu, simulační verze Ziegler-Nicholsovy metody, simulace).

10. Spojité lineární řízení (početní verze Ziegler-Nicholsovy metody, kritéria stability regulačního obvodu, simulace).
11. Spojité lineární řízení (přesnost regulace, kvalita regulace, simulace).
12. Zápočtová písemka.
13. Zápočet, oprava zápočtové písemky.
Literatura - základní:
1. Dorf,R.C.-Bishop,R.H.: Modern Control Systems,Addison-Wesley Publishing Company, New York 1995, ISBN 0-201-845559-8
2. Kuo,B.C.: Automatic Control Systems,Prentice-Hall International Editions, Sixth Edition, New Jersey 1991, ISBN 0-13-053505-2
3. Ogata,K.: Modern Control Engineering, Prentice Hall, fourth edition, New Jersey 2002, ISBN 0-13-043245-8
4. Franklin, G.F., Powell, J.D. and Emami-Naeini, A.: Feedback Control of Dynamic Systems. Prentice-Hall, New Jersey, 2002. ISBN 0-13-098041-2.
5. Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatizace-Automatické řízení, skriptum VUT FSI v Brně, CERM 2011.
6. Morris, K.: Introduction to Feedback Control. Academic Press, London, 2002. ISBN 0125076606.
Literatura - doporučená:
1. Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatizace-Automatické řízení, skriptum VUT FSI v Brně, CERM 2011.
2. Raymond T. Stefani, Bahram Shahian, Clement J. Savant, Gene H. Hostetter: Design of Feedback Control Systems. Oxford University Press, 2001. ISBN-10: 0195142497
3. Švarc,I.: Teorie automatického řízení, podpory FSI, www stránky fakulty 2003
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-STI-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- zá,zk 5 Doporučený kurs 1 2 Z
B-STI-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- zá,zk 5 Doporučený kurs 1 1 Z