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/index.php

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 světě.

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

11.Množina všech stabilizujících regulátorů.

12.Kvadraticky optimální polynomiální regulátor.

13.Redukce řádu matematického modelu.

14.Rychlé prototypování řídicích algoritmů v prostředí Matlab a Simulink pro real-time aplikace.

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:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Inteligentní systémy (povinně volitelný předmět)