Název: Automatické řízení Zkratka: ARI Typ: povinný Rozsah: 14 týdnů, týdně 4 hodiny přednášek + 3 hodiny laboratorních cvičení Kredity: 8 Způsob ukončení: zkouška Katedra: katedra řídicí techniky FM TUL Přednášející: Doc. Ing. Osvald Modrlák, CSc.
Stručná anotace předmětu:Cílem předmětu je prohloubení znalostí a praktických návyků z identifikace, analýzy a syntézy spojitých lineárních dynamických systémů. Předmět je zaměřen na principy experimentální identifikce, modely poruch a struktury regulačních obvodů, na analýzu a syntézu v časové a frekvenční oblasti s ohledem na robustnost obvodů. Je zahrnuta i problematika rozvětvených regulačních obvodů a základy analýzy a syntézy spojitých obvodů ve stavovém prostoru. Teoretická i praktická výuka využívá softwarové podpory Matlabu.
Témata přednášek:Základy identifikace spojitých systémů, model, signály a jejich charakteristiky, parametrická a neparametrická identifikace, metoda nejmenších čtverců. Parametrizace spojitého modelu na základě volby jeho struktury, zvoleného kritéria, optimalizační metody a realizovaného měření na reálném objektu.
Analýza dynamických systémů v časové oblasti, klasifikace dynamických systémů, obrazový přenos, dynamické charakteristiky systémů druhého a vyšších řádů, komplexní kořeny charakteristické rovnice, počáteční podmínky a jejich transformace, odezva systémů na vstupní periodický signál, systémy s dopravním zpožděním.
Bloková algebra - metoda postupných úprav, signálové rovnice.
Analýza dynamických systémů ve frekvenční oblasti, frekvenční charakteristika, Nyquistův a Bodeho graf, soustavy s dopravním zpožděním, systémy fázově minimální a neminimální. Frekvenční kritéria stability, Nyquistovo kritérium, fázová a amplitudová bezpečnost.
Syntéza jednoduchých regulačních obvodů, struktura regulačního obvodu s měřenými i neměřenými poruchami, dopředný a zpětnovazební regulátor. Regulátory typu PID, realizace D-členu, beznárazové přepínání ručního a automatického provozu. Vliv struktury regulátoru na ustálenou hodnotu regulační odchylky.
Principy optimálního seřízení PID regulátoru, podle minima zobecněné kvadratické regulační plochy, lineární regulační plochy, metodou optimálního modulu, metodou absolutního a relativního tlumení. Seřízení regulátoru metodou inverze dynamiky. Frekvenční metody syntézy, seřizování PID regulátoru a parametrů filtrů s fázovým předstihem a zpožděním. Návrh regulátoru s ohledem na robustnost regulačních obvodů. Metoda geometrického místa kořenů charakteristické rovnice. Model prediktivní řízení (MPC) jeho princip a nejdůležitější varianty.
Určení parametrů PID regulátoru numerickou iterační optimalizací zcela obecně zvoleného kritéria.
Rozvětvené regulační obvody, invariantnost obvodu vůči poruchám, regulační obvod s pomocnou akční a regulovanou veličinou, složitější struktury regulačních obvodů ( kaskádní a vlečná regulace).
Základy analýzy a syntézy spojitého regulačního obvodu ve stavovém prostoru, vztah k obrazovému přenosu, charakteristická rovnice, stavový model poruch, neúplná informace o stavech systému, estimace stavu. Spojitý stavový regulátor, metoda návrhu stavového regulátoru volbou pólů uzavřeného regulačního obvodu ( Poles Placement Method ), stavový regulátor pro vyrovnání trvalých poruch.
Náplň cvičení:Cvičení podporují přednášenou problematiku s důrazem na aplikace v reálných systémech s využitím SW podpory v prostředí MATLAB–Simulink, Control System, Identification, Fuzzy a Optimisation Tbxs. Forma cvičení je převážně laboratorní a seminární, převažuje individuální práce studentů na jejich semestrální práci.
V praktické části cvičení se provádí měření reakcí reálných dynamických systémů v laboratorních podmínkách s následným odhadem parametrů spojitých modelů předem zvolené struktury a verifikací takto získaných modelů. Důraz je dále kladen na frekvenční analýzu soustav s dopravním zpožděním ( výpočet frekvenčních charakteristik, Nyquistovo kritérium stability, určení fázové a amplitudové bezpečnosti stability).
Podle vybraných metod se provádí seřizování PID regulátorů na simulovaných regulačních obvodech i na fyzikálních modelech v laboratoři. Simulačním experimentem jsou vyšetřovány vlastnosti rozvětvených regulačních obvodů.
Stavový popis zadaného obvodu, návrh estimátoru, spojitého stavového regulátoru a následné simulační ověření vlastností regulačního obvodu včetně jednoduchého ověření jeho robustnosti.
Literatura:Lurie, B., J.-Engright, J., P.: Clasical Feedback Control. With Matlab. Marcel Dekker, Inc., New York, Basel, 2000.
Burl, B., J.: Linear Optimal Control. Addison Weslay Longman, Inc. 1999.
Kuo, B.C.: Automatic control systems. John Wiley & Sons, Inc. New York,1995.
Noskievič, P.: Modelování a identifikace systémů. MONTANEX a.s., 1999, Ostrava.
Havlena, V.-Štecha, J.: Moderní teorie řízení. Skriptum ČVUT FEL Praha, 1996.
Grace, A.-Laub, J. A.-Little, J. N.-Thompson, C. M.: Control System Toolbox.For Use with MATLAB. User's Guide. The Math Works,Inc.1995.
Janeček, J.- Modrlák, O.: Základy technické kybernetiky. Příklady.Skripta, Liberec, 1990.
Balda, M.-Hanuš, B., a kolektiv : Základy technické kybernetiky. SNTL/ALFA Praha 1986.
Prerekvizity: -Navazující: -
Datum poslední změny: 9.1.2002