Přednášky:
1. Úvod. Vymezení problematiky a rozsahu předmětu, návaznosti.
2. Technické prostředky pro řízení. Přehled, vlastnosti.
3. Programové prostředky pro řízení. Přehled, vlastnosti.
4. Speciální techniky RT modelování. Simulátory MIL, SIL, PIL, HIL.
5. Moderní přístupy k návrhům řídicích systémů. Model-based design.
Virtuální a vzdálené laboratoře.
6. Úvod do moderní teorie řízení. Přehled, kategorizace a historický vývoj
algoritmů.
7. Metody a výpočetní nástroje pro výpočet přípustných řízení a stavových
trajektorií nelineárních systémů. Přechod k řešení úlohy optimálního
řízení v otevřené a uzavřené smyčce.
8. Regulace typu LQR a LQG.
9. Adaptivní metody regulace.
10. Prediktivní regulace.
11. Robustní algoritmy. Robustní regulátor typu PID. Metoda H-nekonečno.
12. Komplexní prezentace vybraného řídicího systému.
13. Případová studie I. Návrh a realizace vybrané metody moderní teorie
řízení pro danou regulovanou soustavu. Identifikace regulované
soustavy, návrh vhodného regulátoru.
14. Případová studie II. Realizace vybraného regulátoru na zvolené
platformě, vizualizace, krátkodobé a dlouhodobé trendy.
Cvičení:
1. Úvod, bezpečnost, seznámení s mikrokontrolérem Arduino a softwarovým prostředím Arduino IDE – vstupy a výstupy digitální, analogové, sériová linka (odesílání a příjem), příklady a testování v rámci Arduino UNO.
2. Opakování metod syntézy spojitých regulátorů na příkladech, výpočty, testování a simulace v Matlabu, metody Ziegler-Nichols, Optimální modul, frekvenční charakteristiky, optimalizační metody.
3. Statická charakteristika soustavy, měření na motoru – práce s enkodérem, fyzikální popis soustavy (vstupní a výstupní veličiny, rozsahy). Dynamická charakteristika, měření na motoru, záznam přechodové charakteristiky – laboratorní úloha.
4. Identifikace soustavy z přechodové charakteristiky (nástroj Ident v Matlabu), návrh regulátoru vybranou metodou spojité syntézy, simulace a zhodnocení vlivu omezení akčního zásahu na reálné soustavě – laboratorní úloha.
5. Převod regulátoru do diskrétní oblasti, odvození rovnic přes ZOBD, zápis v Arduino IDE v podobě diskrétní rovnice v časové oblasti – laboratorní úloha.
6. Samostatná práce – identifikace soustavy, návrh regulátoru metodou optimálního modulu, realizace a porovnání se simulací – laboratorní úloha.
7. Wind-up efekt, beznárazové přepínání, regulace polohy – identifikace soustavy, návrh regulátoru a testování, zhodnocení výsledků – laboratorní úloha.
8. Regulace polohy se započtením nelineárního charakteru soustavy s motorem, Hammersteinův model – laboratorní úloha.
9. Rozvětvená regulace, regulace polohy, rychlosti, zrychlení, návrh, realizace, porovnání výsledků – laboratorní úloha.
10. Diskrétní regulátory – algebraický návrh, popis, odvození, simulace, testování, vliv periody vzorkování, omezení akčního zásahu – laboratorní úloha.
11. Řídicí systém REX a RPi + Arduino: seznámení s prostředím, práce, realizace některého z dříve navržených regulátorů, porovnání způsobu realizace v prostředí řídicího systému REX a v prostředí Arduino IDE.
12. Řídicí systém REX: samonastavující se regulátory, archivační a vizualizační možnosti.
13. Řídicí systém REX: realizace stavového regulátoru LQR/LQG.
14. Zápočet.
Projekty:
Každý student dostane zadán v průběhu semestru jeden samostatný projekt, který zpracuje s využitím výpočetní techniky dle zadání. Časová náročnost cca 20 hodin. Název projektu: Návrh a realizace regulátorů - případová studie.
1. Úvod. Vymezení problematiky a rozsahu předmětu, návaznosti.
2. Technické prostředky pro řízení. Přehled, vlastnosti.
3. Programové prostředky pro řízení. Přehled, vlastnosti.
4. Speciální techniky RT modelování. Simulátory MIL, SIL, PIL, HIL.
5. Moderní přístupy k návrhům řídicích systémů. Model-based design.
Virtuální a vzdálené laboratoře.
6. Úvod do moderní teorie řízení. Přehled, kategorizace a historický vývoj
algoritmů.
7. Metody a výpočetní nástroje pro výpočet přípustných řízení a stavových
trajektorií nelineárních systémů. Přechod k řešení úlohy optimálního
řízení v otevřené a uzavřené smyčce.
8. Regulace typu LQR a LQG.
9. Adaptivní metody regulace.
10. Prediktivní regulace.
11. Robustní algoritmy. Robustní regulátor typu PID. Metoda H-nekonečno.
12. Komplexní prezentace vybraného řídicího systému.
13. Případová studie I. Návrh a realizace vybrané metody moderní teorie
řízení pro danou regulovanou soustavu. Identifikace regulované
soustavy, návrh vhodného regulátoru.
14. Případová studie II. Realizace vybraného regulátoru na zvolené
platformě, vizualizace, krátkodobé a dlouhodobé trendy.
Cvičení:
1. Úvod, bezpečnost, seznámení s mikrokontrolérem Arduino a softwarovým prostředím Arduino IDE – vstupy a výstupy digitální, analogové, sériová linka (odesílání a příjem), příklady a testování v rámci Arduino UNO.
2. Opakování metod syntézy spojitých regulátorů na příkladech, výpočty, testování a simulace v Matlabu, metody Ziegler-Nichols, Optimální modul, frekvenční charakteristiky, optimalizační metody.
3. Statická charakteristika soustavy, měření na motoru – práce s enkodérem, fyzikální popis soustavy (vstupní a výstupní veličiny, rozsahy). Dynamická charakteristika, měření na motoru, záznam přechodové charakteristiky – laboratorní úloha.
4. Identifikace soustavy z přechodové charakteristiky (nástroj Ident v Matlabu), návrh regulátoru vybranou metodou spojité syntézy, simulace a zhodnocení vlivu omezení akčního zásahu na reálné soustavě – laboratorní úloha.
5. Převod regulátoru do diskrétní oblasti, odvození rovnic přes ZOBD, zápis v Arduino IDE v podobě diskrétní rovnice v časové oblasti – laboratorní úloha.
6. Samostatná práce – identifikace soustavy, návrh regulátoru metodou optimálního modulu, realizace a porovnání se simulací – laboratorní úloha.
7. Wind-up efekt, beznárazové přepínání, regulace polohy – identifikace soustavy, návrh regulátoru a testování, zhodnocení výsledků – laboratorní úloha.
8. Regulace polohy se započtením nelineárního charakteru soustavy s motorem, Hammersteinův model – laboratorní úloha.
9. Rozvětvená regulace, regulace polohy, rychlosti, zrychlení, návrh, realizace, porovnání výsledků – laboratorní úloha.
10. Diskrétní regulátory – algebraický návrh, popis, odvození, simulace, testování, vliv periody vzorkování, omezení akčního zásahu – laboratorní úloha.
11. Řídicí systém REX a RPi + Arduino: seznámení s prostředím, práce, realizace některého z dříve navržených regulátorů, porovnání způsobu realizace v prostředí řídicího systému REX a v prostředí Arduino IDE.
12. Řídicí systém REX: samonastavující se regulátory, archivační a vizualizační možnosti.
13. Řídicí systém REX: realizace stavového regulátoru LQR/LQG.
14. Zápočet.
Projekty:
Každý student dostane zadán v průběhu semestru jeden samostatný projekt, který zpracuje s využitím výpočetní techniky dle zadání. Časová náročnost cca 20 hodin. Název projektu: Návrh a realizace regulátorů - případová studie.