Modelování a simulace II (FSI-RKD-A)

Studenti se během kurzu seznámí s moderními přístupy k řešení problémů kinematiky a dynamiky mechanismů. Předmět je zaměřen na řízení reálných strojů a jejich simulačních modelů, přičemž klíčový důraz je kladen na využití počítačové podpory. Teoretické poznatky budou aplikovány při řešení konkrétního problému v rámci semestrálního projektu.

Po absolvování předmětu budou studenti schopni:

sestavit a řešit přímý (analytický) a inverzní (analytický i numerický) kinematický model libovolného otevřeného kinematického řetězce, posoudit vhodnost konkrétní metody pro modelování kinematiky, sestavit a řešit analytický dynamický model jednodušších mechanických soustav a orientovat se v problematice numerického modelování komplexních mechatronických systémů.

Vektorová algebra. Maticová algebra. Základy kinematiky a dynamiky. Metoda uvolňování a Lagrangeovy rovnice. Programování v prostředí Matlab/Simulink.

Předmět se zabývá modelováním kinematiky a dynamiky řízených mechatronických systémů. Rozvíjí znalosti získané v předchozím studiu Mechaniky, především směrem k numerickému řešení problémů na počítači a simulačnímu modelování. Mechanismy jsou chápány jakou soustavy tuhých těles propojených vazbami.
Cvičení probíhají na počítači s využitím programu MATLAB.
Přímý i inverzní kinematický model jsou řešeny analytickými i numerickými metodami. Numerickým metodám je věnován prostor také jako obecným nástrojům pro řešení nelineárních rovnic a optimalizačních úloh. Tvorba dynamického modelu je prováděna metodou uvolňování, pomocí Lagrangeových rovnic a automaticky (MATLAB/Simulink Multibody). Uvedeny jsou způsoby a možnosti modelování elektrických, regulační a jiných submodelů v interakci s modelem mechanismu. 

Hodnocení předmětu je založeno na standardní bodové škále 0–100 bodů. V průběhu semestru studenti absolvují průběžný test a klasifikovaný zápočet. Průběžný test je hodnocen maximálně 30 body. Klasifikovaný zápočet je hodnocen maximálně 70 body, z čehož 30 bodů je možné získat za teoretické otázky a 40 bodů za praktické úlohy na PC, které jsou podobné úlohám z cvičení. Celkové hodnocení je kombinací bodů z obou částí.

Účast na cvičení je povinná. Kontrola výuky se provádí na cvičení.

1. Úvod do problematiky kinematiky tuhých těles, přímý kinematický model
2. Způsoby reprezentace polohy a orientace tělesa v prostoru, transformace, inverzní kinematický model - analytické metody
3. Inverzní kinematický model - numerický přístup
4. Optimalizační metody - gradientní sestup
5. Quaterniony
6. Metody plánování trajektorie pro kinematické mechanismy
7. D-H parametry
8. Úvod do problematiky dynamiky tuhých těles, přímá a inverzní úloha
9. Modelování v prostředí Matlab/Simulink Multibody
10. Kinematika a dynamika kolových vozidel
11. Linearizace
12. Konzultace semestrálních projektů
13. Rezerva přednášejícího

1. Přímá a inverzní kinematika (fkine, ikine)


2. Denavit-Hartenbergovy (DH) parametry


3. Robotic Toolbox a robot UR5


4. Praktický úkol na fkine/ikine


5. Kvaterniony


6. Kinematika a dynamika kolových vozidel


7. Dynamika a kinetostatika mechanismů (opakování LR2)


8. SimScape (opakování)


9. SimScape Multibody


10. Řešení n rovnic o m neznámých, metoda nejmenších čtverců (OLS)


11. Identifikace systémů I.


12. Identifikace systémů II.


13. Feedforward řízení