Základy řízení systémů

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra řídicí techniky

Anotace:

Předmět představuje základní pojmy a dovednosti z oblasti automatického řízení, jakou jsou zpětná vazba, stabilita, či jednoduchý návrh regulátoru. Důraz bude kladen na nalézání zpětnovazebních principů v naprosto rozmanitých oborech jako jsou informatika, elektrotechnika, fyzika, chemie, ale i ekonomie, sociologie, biologie či medicína. Studenti také získají praktické dovednosti v používání specializovaného programového vybavení pro analýzu i návrh takových řídicích systémů.

http://dce.felk.cvut.cz/zrs/

Požadavky:

Předmět navazuje na předmět Modelování a simulace systémů. Předpokládá se dobrá znalost základů lineární teorie systémů v rozsahu tohoto předmětu - studovat tento předmět bez přehledu z tohoto předmětu postrádá veškerý smysl. Nemyslíme tím, že musíte umět všechny rovnice apod. nazpaměť, ale musíte být schopni se v těchto problémech orientovat s pomocí literatury. Dále se předpokládá dobrá znalost základních partií lineární algebry. Vzhledem k numerické náročnosti většiny postupů je velmi užitečná základní orintace v prostředí MATLAB, viz „Literatura“.

Osnova přednášek:

1.Motivace pro automatické řízení. Příklady řídicích systémů v technickém i netechnickém.

2.Stabilita systémů.

3.Zpětná vazba, regulační smyčka, stabilizace a změna dynamiky pomocí zpětné vazby.

4.Požadavky na kvalitu řízení v časové oblasti (rychlost, přesnost, oscilace, ...).

5.Jednoduché typy regulátorů: proporcionální, derivační, integrační.

6.Základní vlastnosti systémů (řiditelnost, pozorovatelnost).

7.Stavová zpětná vazba a odhadování (estimace) stavů. 8.Kvadraticky optimální stavový regulátor.

9.Návrh optimálního LQ regulátoru.

10.Vytvoření virtuálního modelu v Matlabu.

11.Tvorba matematického modelu pro návrh řízení na základě experimentálních dat.

12.Množina všech stabilizujících regulátorů.

13.Kvadraticky optimální polynomiální regulátor.

14.Návrh regulátoru pro reálný (laboratorní) model.

Redukce řádu matematického modelu .

Osnova cvičení:

Cílem cvičení je osvojení odpřednášené látky samostatnou prací při návrhu a testování regulátorů na jednoduchých modelech v programovém prostředí Matlab, případně na reálných modelech v laboratoři. Důraz je kladen na porozumění logice a principům řízení systémů a na programové zpracování algoritmů řízení.Ukázky modelů dynamických systémů v laboratoři teorie automatického řízení.

1.Ukázky regulace systémů na modelech v laboratoři teorie automatického řízení (vodárna, kulička na tyči, inverzní kyvadlo)

2.Linearizace diskrétních systémů.

3.Stabilita diskrétních systémů.

4.Zpětná vazba, hry s regulátory.

5.Změna vlastností dynamických systémů pomocí zpětné vazby.

6.PSD regulátory, vlastnosti, nastavení.

7.Samostatná práce na cvičení - návrh PSD regulátoru.

8.Řiditelnost a pozorovatelnost systémů.

9.Pozorovatel stavů, stavová zpětná vazba.

10.LQ regulátor

11.Řešení semestrální práce.

12.Řešení semestrální práce.

13.Řešení semestrální práce.

14.Obhajoba a prezentace semestrální práce, zápočet.

Cíle studia:

Studijní materiály:

C. T. Chen: Linear System Theory and Design, 3rd edn, Oxford University Press, 1998. ISBN 0-195-11777-8. [amazon]

Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini: Feedback Control of Dynamic Systems, 5th ed., Prentice Hall, 2006, ISBN: 0131499300. [amazon]

V. Havlena, J. Štecha: Moderní teorie řízení , Skriptum ČVUT, FEL 2000. ISBN 80-01-02095-9.

V. Kučera: Analysis and Design of Discrete Linear Control Systems, Prentice Hall, 1991. ISBN 0-130-33085-X. [amazon]

V. Kučera: Discrete Linear Control, Wiley, Chichester, 1979. ISBN 0-471-99726-9. [amazon]

L. Ljung: System Identification: Theory for the User, Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J., 1999. ISBN 0-471-99726-9. [amazon]

P. Noskievič: Modelování a identifikace systémů, Montanex, a.s., Ostrava, 1999. ISBN 80-7225-030-2.

F. L. Lewis, V. S. Syrmos: Optimal Control, New York: John Wiley & Sons, Chichester, 1995. ISBN 0-471-03378-2. [amazon]

J. Roubal, J. Pekař, D. Pachner, V. Havlena: Moderní teorie řízení - Cvičení. Skriptum ČVUT, FEL 2005. ISBN 80-01-03208-6.

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14+6

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Inteligentní systémy (povinně volitelný předmět)