Název:	Vyšší formy řízení
Zkratka:	VFR
Typ:	povinně volitelný
Rozsah:	14 týdnů, týdně 2 hodiny přednášek + 2 hodiny laboratorních cvičení
Kredity:	5
Způsob ukončení:	zkouška
Katedra:	katedra řídicí techniky FM TUL
Přednášející:	Dr. Ing. Mgr. Jaroslav Hlava

 
Stručná anotace předmětu:

Analýza řiditelnosti a vlastností vícerozměrových (MIMO) systémů (koeficient podmíněnosti, RGA a jejich použití), volba vhodných akčních veličin a struktury regulátoru, úvod do problematiky robustnosti MIMO systémů. Regulátory s vnitřním modelem pro řízení MIMO systémů. Algoritmy pro řízení složitých průmyslových MIMO systémů: model prediktivní řízení (MPC) a principy jeho nejdůležitějších variant (zejména DMC, MAC a PFC), používané struktury modelu a jeho identifikace, zahrnutí vlivu nelinearit a omezení do algoritmů MPC, problematika robustnosti MPC, implementace MPC v komerčně dostupných řídicích systémech. Řízení systémů s dopravním zpožděním, Smithův prediktor a jeho rozšíření na MIMO systémy, specielní postupy pro řízení systémů s vnitřními stavovými zpožděními. Metody detekce, diagnózy a identifikace poruch při řízení průmyslových procesů.

 
Témata přednášek:

Vlastnosti vícerozměrových (MIMO) systémů, přenosové matice, jejich nuly a póly, koeficient podmíněnosti, pole poměrných zesílení (RGA) a jeho použití.

Omezení na dosažitelnou kvalitu regulace vícerozměrových systémů: vliv dopravních zpoždění, nestabilních nul a pólů přenosové matice, volba vhodných akčních veličin a struktury regulátoru.

Neurčitost a způsoby jejího popisu, parametrická a neparametrická neurčitost. Pojmy robustní stability a robustní kvality regulace, formulace úloh robustní stability a kvality regulace s využitím formalismu H optimality a strukturovaných singulárních čísel (na úvodní a informativní rovině tak, aby nebyly nutné předchozí znalosti v této oblasti ani znalosti funkcionální analýzy, pro zájemce o hlubší studium těchto partií je k dispozici předmět Robustní řízení).

Nezbytnost zpětné vazby jako důsledek neurčitosti v popisu řízených soustav a neměřitelných poruchových vlivů, problémy vznikající v důsledku zpětné vazby a výhodné aspekty dopředného řízení. Sloučení výhod obojího ve struktuře regulátorů s vnitřním modelem. Návrh robustních regulátorů s vnitřním modelem pro jedno- a vícerozměrové systémy jako matematicky méně komplikovaná alternativa k přístupům založeným na H optimalizaci.

Princip model prediktivního řízení (MPC), ustupující horizont řízení, možnost zahrnutí vlivu nelinearit a omezení do algoritmů MPC. Vztah mezi MPC bez omezení a regulačními obvody s vnitřním modelem.

Parametrické a neparametrické modely používané v algoritmech MPC. Nejdůležitější algoritmy používané v komerčně dostupných řídicích systémech (Dynamic Matrix Control, Model Algorithmic Control a Predictive Functional Control).

Podrobnější pojednání problému zahrnutí různých typů omezení do algoritmů MPC, přehled nejběžnějších metod kvadratického programování. Problém nesplnitelnosti omezení a jeho řešení. Stabilita algoritmů MPC s omezeními.

Základní problémy spjaté s algoritmy nelineárního MPC, robustnost model prediktivního řízení.

Řízení systémů s dopravním zpožděním v řízení. Smithův prediktor, problém robustnosti a pomalé odezvy na poruchy působící na vstupu řízené soustavy. Rozšíření Smithova prediktoru pro astatické systémy a pro řízení vícerozměrových systémů. Systémy se zpožděnými stavy a jejich řízení pomocí regulátorů s vnitřním modelem.

Základní pojmy a postupy z oblasti detekce, diagnózy a identifikace poruch při řízení průmyslových procesů.

 
Náplň cvičení:

Cvičení probíhají v laboratoři vybavené počítači s programovým prostředím Matlab/Simulink a navazují bezprostředně na přednášky. Práce s jednoduchými simulačními modely, které slouží pouze k ilustraci a ověření metod vyložených na přednášce, je kombinována s návrhem a analýzou řídicích systémů pro propracovanější modely reálných průmyslových systémů vycházející z případových studií zveřejněných v odborných časopisech. Hlavní pozornost je věnována zejména následujícím tématům:

Analýza vlastností vícerozměrových systémů z hlediska řiditelnosti, interakcí mezi jednotlivými veličinami a vlivu neurčitostí a změn parametrů na chování řídicího systému. V centru pozornosti je problém, zda je s danou soustavou v principu možné splnit požadavky kladené na její regulaci, a s ním těsně související otázka výběru vhodné struktury regulačního obvodu a volby akčních a regulovaných veličin. Případová studie: letecký motor s plynovou turbínou.

Návrh robustních regulátorů, mu analýza a syntéza, regulátory s vnitřním modelem. Případová studie: zjednodušený model destilační kolony.

Model prediktivní řízení, návrh regulátoru některou z probíraných metod. Případová studie: sledovací servomechanismus se dvěma stupni volnosti (dvouosý optický zaměřovač).

Řízení systémů se zpožděními, robustnost Smithova prediktoru, řízení systémů se zpožděnými stavy. Případová studie: spalovací motor.

 
Literatura:

Allgöwer, F., Badgwell, T., Qin, S.J., Rawlings, J., & Wright, S.(1999), Nonlinear Predictive Control and Moving Horizon Estimation - An Introductory Overview. In: Advances in Control, Highlights of ECC’99, Springer Verlag, s. 391-449

Bemporad, A. & Morari, M. (1999), Robust Model Predictive Control: A Survey, in: Robustness in Identification and Control, A. Garulli, A. Tesi, A. Vicino (Eds.), Lecture Notes in Control and Information Sciences, vol. 245, Springer-Verlag, s. 207-226

Camacho, E.,F., & Bordons, C. (1999), Model Predictive Control, Springer Verlag

Chiang, L.H., Russell, E.L., & Braatz, R.D. (2001), Fault Detection and Diagnosis in Industrial Systems, Springer Verlag

Huang, S., & Tan, K.K. & Lee T., H. (2001), Applied Predictive Control, Springer Verlag

Mayne, D., Q., Rawlings, J., B., Rao, C., V., & Scokaert, P., O., M. (2000), Constrained model predictive control: Stability and optimality (Survey Paper), Automatica 36, s. 789-814

Morari, M., & Zafiriou, E. (1989), Robust Process Control, Prentice-Hall

Skogestad, S., & Poslethwaite, I. (1996), Multivariable Feedback Control. Analysis and Design, John Wiley & Sons

 
Prerekvizity: -

Navazující:    -

 
Datum poslední změny: 10.1.2002