Základy automatického řízení (FSI-VZR)

Akademický rok 2022/2023
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 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.
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. Úvod do automatizace, základy logického řízení.
2. Kombinační a sekvenční logické obvody, programovatelné automaty.
3. Vnější a vnitřní popis systému, Laplaceova transformace.
4. Charakteristiky v časové oblasti, bloková algebra, spojitý regulační obvod.
5. Frekvenční přenos a frekvenční charakteristiky, dělení regulačních členů
6. Stabilita regulačního obvodu, kritéria stability, přesnost regulace
7. Syntéza spojitého regulačního obvodu
8. Kritéria kvality regulace
9. Popis diskrétních systémů, Z-transformace, diskrétní charakteristiky v časové oblasti
10. Diskrétní regulační obvod, diskrétní frekvenční přenos a charakteristiky
11. Stabilita diskrétního regulačního obvodu, kritéria stability diskrétních regulačních obvodů
12. Syntéza diskrétního regulačního obvodu I
13. Syntéza diskrétního regulačního obvodu II
    Laboratorní cvičení 1. Logické řízení (Siemens LOGO!Soft, řízení kombinačního obvodu pomocí programovatelného automatu).
2. Logické řízení (řízení sekvenčního obvodu pomocí programovatelného automatu).
3. Spojité řízení (řízení regulačního obvodu stejnosměrným motorkem).
4. Spojité řízení (regulace tepelné soustavy).
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Logické řízení (algebraická minimalizace logické funkce , slovní zadání, pravdivostní tabulka, minimalizace Karnaughovou mapou, bloková schémata).
2. Spojité lineární řízení (diferenciální rovnice, přenos, impulsní a přechodová funkce, impulsní a přechodová charakteristika, simulace v Matlabu-Simulink).
3. Spojité lineární řízení (frekvenční přenos, frekvenční charakteristika v komplexní rovině, frekvenční charakteristiky v logaritmických souřadnicích - simulace).
4. Spojité lineární řízení (bloková algebra, regulátory, regulační obvod - simulace).
5. Spojité lineární řízení (stabilita regulačního obvodu - simulace).
6. Spojité lineární řízení (syntéza regulačního obvodu - výpočet, simulace).
7. Diskrétní řízení (převod mezi spojitým a diskrétním systémem, charakteristiky diskrétních systémů - simulace).
8. Diskrétní řízení (diskrétní regulátor, stabilita diskrétního regulačního obvodu - simulace).
9. Zápočtová písemka, zápočet
Literatura - základní:
1. Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatické řízení. Akademické nakladatelství CERM, Brno, 2011. ISBN 978-80-214-4398-3.
2. 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.
3. Morris, K.: Introduction to Feedback Control. Academic Press, London, 2002. ISBN 0125076606.
Literatura - doporučená:
1. Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatické řízení. Akademické nakladatelství CERM, Brno, 2011. ISBN 978-80-214-4398-3.
2. Raymond T. Stefani, Bahram Shahian, Clement J. Savant, Gene H. Hostetter: Design of Feedback Control Systems. Oxford University Press, 2001. ISBN-10: 0195142497
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 5 Povinný 1 1 Z
B-VTE-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinný 1 2 Z
B-STR-P prezenční studium AIŘ Aplikovaná informatika a řízení -- zá,zk 5 Povinný 1 2 Z