Název: Základy kybernetiky Zkratka: ZKY_K Typ: povinný Rozsah v hod.: 20K + 36E Kredity: 5 Způsob ukončení: zkouška Katedra: katedra řídicí techniky FM TUL Přednášející: Doc. Ing. Josef Janeček, CSc.
Stručná anotace předmětu:Předmět je úvodem do problematiky zpětnovazebních obvodů. Posluchači se seznámí s metodami a obecnými zásadami nasazení programovatelných logických automatů (PLC), spojitých (PID) a diskrétních (PSD) regulátorů pro řízení strojů a technologických procesů. Jsou uvedeny základy modelování a simulace dynamických systémů. Analýza je založena na vyjádření dynamiky přenosovou funkcí. Předmět poskytuje informaci o chování zpětnovazebních obvodů, včetně základních metod optimalizace nastavení jejich parametrů. Důraz je kladen na experimentální přístupy a práci v laboratoři.
Témata přednášek:
- Logické řízení - vymezení pojmů (logický systém, signály analogové, číslicové, binární, logické hodnoty, statické a dynamické zobrazení informace, logické proměnné, logické operátory, logické funkce, …).
- Kombinační logické systémy - pravdivostní tabulka, algebraické úpravy a úspory, minimalizace pomocí K-mapy, kodéry, multiplexory.
- Sekvenční logické obvody - klopné obvody RS, JK, D. Popis sekvenčních logických obvodů (tabulka, graf, stavový diagram).
- Realizace logických obvodů, liniové schéma, blokové schéma, programové řešení. PLC - princip funkce, konstrukční a elektrické provedení, programovací prostředky, programování.
- Matematický popis dynamických systémů, základy identifikace, vyhodnocení přechodové charakteristiky, metoda aproximace.
- Modelování a simulace chování dynamických systémů, prostředky a metody modelování (metoda snižování řádu derivace, metoda postupné integrace), obecné buzení a počáteční podmínky. Praktické simulace v prostředí MATLAB - Simulink.
- Stabilita lineárních dynam.systémů, kritéria stability. Obrazový přenos, klasifikace dynam.systémů (řád, astatismus, časové konstanty, statické zesílení, ... ). Rozbor dynamiky systémů 1.a 2.řádu, statická a dynamické charakteristiky, fyzikální příklady.
- Regulační obvody s dvou a třípolohovou regulací, spojité regulační obvody s PID regulátorem. Vlastnosti PID regulátoru a jeho realizace.
- Oblast stability uzavřeného zpětnovazebního obvodu, vliv parametrů regulátoru na jeho statické a dynamické chování. Úvod do syntézy regulačních obvodů. Empirické a experimentální metody seřízení PID regulátoru (variace parametrů, Ziegler-Nicholsonova metoda). Číslicová regulace, PSD regulátory.
Náplň cvičení:Seznámení s programovacím prostředím Mosaic pro PLC Tecomat, základní dovednosti, práce se střadačem, logické a aritmetické operace, registry, čítače, časovače.
Jednoduché, společně řešené příklady logického řízení s praktickým ověřením na PLC.
Samostatně řešené příklady, programování PLC s využitím reálných laboratorních systémů a virtuálních modelů.
Určení diferenciální rovnice vybraného reálného dynam.systému matematicko - fyzikální analýzou, modelování a simulace jeho chování. Měření statických a dynamických charakteristik, vyhodnocení přechodové charakteristiky a určení matematického popisu s následnou simulací.
Regulační obvod dvou a třípolohové regulace (reálné měření a simulace jeho chování).
Empirické a experimentální seřízení parametrů PID regulátoru v simulovaném prostředí i na reálném fyzikálním objektu.
Literatura:[1] Bernard, J.M. a kol.: Od logických obvodů k mikroprocesorům. SNTL, Praha, 1988. IEC 1131-3. IEC 1993.
[2] Martinásková, M., Šmejkal, L.: Řízení programovatelnými automaty. ČVUT Praha 1998. ISBN 80-01-01766-4.
[3] Bayer, J., Hanzálek, Z., Šusta R.: Logické systémy pro řízení. ČVUT 2000.
[4] Firemní materiály Siemens, Teco.
[5] Nise,Norman S.: Control Systems Engineering. NY, John Wiley & Sons, Inc. 2000.
[6] Olehla, M.: Základy aplikované kybernetiky. /Skriptum/. Liberec, TUL 1997.
[7] Dušek, F.: Matlab a Simulink, úvod do používání. /Skriptum/. Univerzita Pardubice 2000.
[8] Studijní elektronické materiály předmětů řízení http://www.fm.vslib.cz/~krt/czframe.htm
[9] E-learning: systém elektronických studijních materiálů, textů, pomůcek, řešených příkladů a kontrolních testů dostupných v systému CLIX.
Prerekvizity: -Navazující: -
Organizace výuky :Výuka v kombinované formě studia je masivně podporována elektronickými studijními materiály dostupnými prostřednictvím Internetu. Jednak v klasické formě, v současné době běžně využívané studenty prezenčního studia, jednak ve formě e-learningových nástrojů v prostředí CLIX, včetně zavedené diskusní skupiny k tomuto předmětu. Velmi významným distančním nástrojem pro vytváření praktických zkušeností posluchačů je fungující R-laboratoř KŘT (remote = vzdálený), umožňující posluchačům prostřednictvím Internetu ovládat reálné fyzikální úlohy v laboratořích katedry. Prostřednictvím MATLAB Web serveru mohou navíc posluchači (opět prostřednictvím Internetu) pracovat ze vzdáleného pracoviště v simulačním prostředí MATLAB Simulink. Pokud posluchači nemají přístup k Internetu, mohou využít technického vybavení učeben a laboratoří katedry ve vyhrazených termínech. Samozřejmostí jsou všechny elektronické studijní materiály (jejichž charakter to umožňuje) vypálené na CD, které obdrží každý posluchač na začátku semestru.
V průběhu semestru posluchač absolvuje na TU 12 hod.přednášek, pokrývajících přibližně témata 1., 4., 5., 6. a 9. (viz Témata přednášek) , doplnění uvedených témat a ostatní témata 2., 3., 7. a 8. je předmětem samostudia. Osm hodin cvičení v laboratořích katedry je zaměřeno na zadání individuální semestrální práce, její specifikaci, naměření potřebných dat a seznámení posluchačů se systémem informací a nástroji vzdálené komunikace. Na posledním cvičení absolvují posluchači zápočtový test.
Závěrečné 8-mi hodinové soustředění v laboratořích katedry bude využito pro realizaci a ověření výsledků semestrální práce a její obhajobu. Na závěr soustředění je zařazen druhý, průřezový zápočtový test. V případě udělení zápočtu se výsledky tohoto testu zohlední u zkoušky.
Datum poslední změny: 15. 10. 2004