Název:	Simulace dynamických systémů
Zkratka:	SDS
Typ:	povinný
Rozsah:	14 týdnů, týdně 2 hodiny přednášek + 2 hodiny seminárních cvičení
Kredity:	5
Způsob ukončení:	zkouška
Katedra:	katedra řídicí techniky FM TUL
Přednášející:	Ing. Libor Tůma, CSc.

 
Stručná anotace předmětu:

V úvodní části předmětu se studenti seznámí se základy metodologie modelování a simulace systémů. Podstatná část předmětu je pak věnována číslicové simulaci lineárních i nelineárních spojitých deterministických systémů. Pro tvorbu počítačového modelu je použit jak matematický model vnějšího popisu systému, tak i stavový popis systému. Je ukázána systematická metoda modelování dynamických systémů různé fyzikální podstaty pomocí vazebního grafu toku výkonu. Praktické příklady pak mají ukázat možnosti aplikace MATLAB-Simulinku pro různé typy nelinearit a specifických omezení dynamiky simulovaného systému.

 
Témata přednášek:

Popis systému. Deduktivní a induktivní přístup k formulaci modelu. Matematicko-fyzikální analýza. Simulační experiment.

Vnitřní a vnější popis dynamického systému. Dynamická podobnost systémů. Pohyb dynamického systému, rovnovážný stav, stabilita.

Stavový popis systému, stavová trajektorie. Metody volby stavového vektoru. Technická funkce. Systémy s dopravním zpožděním. Stavový popis lineárního systému.

Číslicová simulace, simulační model. Simultánní integrace. Dynamická a statická část modelu, algebraická smyčka. Ověření výsledků simulačního experimentu, chyby výpočtu.

Počítačový model. Numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic. Metody Runge-Kutta, metody prediktor-korektor. Volba časového kroku simulačního výpočtu.

Graf přenosu výkonu jako model dynamického systému. Konstrukce výkonového vazebního grafu. Modely mechanických a elektrických systémů. Modely snímačů, zesilovačů a měničů výkonu.

Kolize ve vazebních grafech výkonu. C-pole, I-pole, R-pole. Simulační stavová schémata. Stavové rovnice. Příklady komplexně řešených úloh.

 
Náplň cvičení:

MATLAB – Simulink, seznámení s prostředím a se základními funkcemi (rozšíření k Základům spojitého řízení). Grafické zobrazení dat, záznam, čtení, ukládání a další manipulace s daty.

Simulace nelineárních dynamických systémů, repetiční a iterační výpočty. Úlohy s dopravním zpožděním. Odstranění algebraické smyčky.

Programování experimentu v reálném čase, Real Time Toolbox. Verifikace počítačového modelu pomocí paralelně řízeného simulačního a reálného experimentu.

Volba numerické metody, systémy typu „stiff“. Vlastní naprogramování 4-bodové metody Runge-Kutta s pevným časovým krokem řešení.

Příklady sestavení vazebního grafu toku výkonu jednoduchých mechatronických systémů. Sestavení jejich simulačních schémat, stavových rovnic a počítačových modelů.

Součástí cvičení je vypracování semestrální práce, jejímž obsahem je matematicko-fyzikální analýza zadaného příkladu, sestavení matematického modelu vnějšího a vnitřního popisu a jejich počítačových modelů v MATLAB – Simulinku.

 
Literatura:

Zítek P.: Simulace dynamických systémů. SNTL Praha 1990. ISBN 80-03-00330-X

Zítek P., Petrová R.: Matematické a simulační modely. Skripta fakulty strojní, vydavatelství ČVUT 1996. ISBN 80-010-01524-6

Horáček P.: Systémy a modely. Skripta fakulty elektrotechnické, vydavatelství ČVUT 2000. ISBN 80-01-01923-3

 
Prerekvizity: -

Navazující:    -

 
Datum poslední změny: 18.10.2001