Automatizace (FSI-6AA)

Akademický rok 2012/2013
Garant: prof. RNDr. Ing. Miloš Šeda, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚAI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je formulovat a získat základní poznatky z automatického řízení, počítačového modelování, teorie a algoritmizace řídících systémů.
Výstupy studia a kompetence:
Schopnost analyzovat a navrhovat lineární spojité i diskrétní zpětnovazební regulační systémy. Studenti získají základní znalosti z automatizace, popisu a klasifikace řídících systémů a určení jejich charakteristik. Studenti budou schopni řešit problémy stabilty regulačních systémů.
Prerekvizity:
Základní znalosti matematiky včetně řešení systému obyčejných diferenciálních rovnic. Základní znalosti fyziky (zejména dynamiky) a elektrotechniky.
Obsah předmětu (anotace):
Cílem kurzu je seznámit studenty s hlavními pojmy z automatizace a z řídicích systémů. První část kurzu seznamuje s logickými řídicími systémy. Uvádí logické funkce, logické prvky a kombinační a sekvenční logické obvody. Samozřejmě včetně minimalizace logických funkcí zejména použitím Karnaughových map. Druhá část kurzu obsahuje základní poznatky z lineárních spojitých řídicích systémů. Řeší problémy analýzy prostřednictvím impulsních a přechodových funkcí a frekvenčními metodami. Matematickým základem je Laplaceova transformace. Důležitou částí je základní teorie zpětnovazebních systémů včetně vyšetřování jejich stability, přesnosti a kvality regulace. Třetí část kurzu zahrnuje základy diskrétního řízení. Matematickým základem je Z - transformace a diferenční rovnice. Základní popis systémů jsou impulsní a přechodová funkce. Otázky stability jsou řešeny např. bilineární transformací a PSD algoritmus číslicového regulátoru vychází ze Z - transformace.
Metody vyučování:
Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu: Základní podmínkou pro udělení zápočtu je aktivní absolvování všech laboratorních cvičení a zpracování elaborátů podle pokynů učitele. Zkouška je písemná a ústní. V písemné části student shrnuje dvě základní témata která byla přednášena a řeší tři příklady. Ústní část zkoušky obsahuje diskuzi o těchto úlohách a možné doplňující otázky.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičení je povinná. Vedoucí cvičení provádějí průběžnou kontrolu přítomnosti studentů, jejich aktivity a základních znalostí. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu. Jednorázovou neúčast je možno nahradit cvičením s jinou studijní skupinou v tomtéž týdnu nebo zadáním náhradních úloh, delší neúčast se nahrazuje písemným vypracováním náhradních úloh podle pokynů cvičícího.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod.
    Cvičení s poč. podporou  11 × 2 hod.
    Laboratoře a ateliéry  2 × 2 hod.
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod do automatizace. Logické řízení, logické funkce, pravidla Booleovy algebry, vyjádření Booleovských funkcí, minimalizace pravidly Booleovy algebry a Karnaughovou mapou.
2. NAND, NOR, kombinační logické obvody, sekvenční logické obvody, programovatelné automaty.
3. Spojitý regulační obvod, princip regulace, vnější a vnitřní popis, Laplaceova transformace, diferenciální rovnice, přenos.
4. Impulsní funkce a charakteristika, přechodová funkce a charakteristika, dělení regulačních členů.
5. Frekvenční přenos, frekvenční charakteristiky v komplexní rovině a v logaritmických souřadnicích, póly a nuly, bloková algebra.
6. Regulátory, regulační obvod, charakteristická rovnice (stabilita), Ziegler-Nicholsova metoda (simulační verze).
7. Stabilita regulačního obvodu (nutná a obecná podmínka), algebraická kritéria stability.
8. Frekvenční kritéria stability, přesnost regulace.
9. Kvalita regulace, Ziegler-Nicholsova metoda (početní verze), seřízení regulátorů podle přechodové charakteristiky regulované soustavy, dopravní zpoždění, syntéza regulačního obvodu.
10. Diskrétní regulační obvod, vzorkovač, tvarovač, Z-transformace, diferenční rovnice.
11. Z-přenos, diskrétní impulsní funkce a charakteristika, diskrétní přechodová funkce a charakteristika, frekvenční přenos, frekvenční charakteristika v komplexní rovině.
12. Bloková algebra diskrétních systémů, číslicové regulátory (polohový a přírůstkový algoritmus), stabilita diskrétního regulačního obvodu (obecná podmínka).
13. Kritéria stability diskrétních regulačních obvodů.
    Cvičení s poč. podporou 1. Logické řízení (algebraická minimalizace logické funkce, bloková schémata, seznámení se Siemens LOGO!Soft).
2. Logické řízení (slovní zadání, pravdivostní tabulka, minimalizace Karnaughovou mapou, kombinační logické obvody - simulace).
3. Logické řízení (sekvenční logické obvody – simulace).
4. Spojité lineární řízení (diferenciální rovnice, přenos, impulsní a přechodová funkce, impulsní a přechodová charakteristika, simulace v LabVIEW+MathScript).
5. Spojité lineární řízení (frekvenční přenos, frevenční charakteristika v komplexní rovině, frekvenční charakteristiky v logaritmických souřadnicích, simulace).
6. Spojité lineární řízení (bloková algebra, regulátory, simulace).
7. Spojité lineární řízení (regulační obvod, stabilita regulačního obvodu, simulační verze Ziegler-Nicholsovy metody, simulace).

10. Spojité lineární řízení (početní verze Ziegler-Nicholsovy metody, kritéria stability regulačního obvodu, simulace).
11. Spojité lineární řízení (přesnost regulace, kvalita regulace, simulace).
12. Zápočtová písemka.
13. Zápočet, oprava zápočtové písemky.
    Laboratoře a ateliéry 8. Laboratorní cvičení (laboratoř programovatelných automatů, laboratoř elektrických prostředků).
9. Laboratorní cvičení (laboratoř programovatelných automatů, laboratoř elektrických prostředků).
Literatura - základní:
1. Dorf,R.C.-Bishop,R.H.: Modern Control Systems,Addison-Wesley Publishing Company, New York 1995, ISBN 0-201-845559-8
2. Kuo,B.C.: Automatic Control Systems,Prentice-Hall International Editions, Sixth Edition, New Jersey 1991, ISBN 0-13-053505-2
3. Ogata,K.: Modern Control Engineering, Prentice Hall, fourth edition, New Jersey 2002, ISBN 0-13-043245-8
4. Franklin, G.F., Powell, J.D. and Emami-Naeini, A.: Feedback Control of Dynamic Systems. Prentice-Hall, New Jersey, 2002. ISBN 0-13-098041-2.
5. Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatizace-Automatické řízení, skriptum VUT FSI v Brně, CERM 2011.
6. Morris, K.: Introduction to Feedback Control. Academic Press, London, 2002. ISBN 0125076606.
Literatura - doporučená:
1. Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatizace-Automatické řízení, skriptum VUT FSI v Brně, CERM 2011.
3. Švarc,I.: Teorie automatického řízení, podpory FSI, www stránky fakulty 2003
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2I-P prezenční studium M-LPR Letecký provoz P pro absolventy B-PRP zá,zk 5 Povinně volitelný 2 1 L
B3A-P prezenční studium B-MAI Matematické inženýrství -- zá,zk 6 Povinný 1 2 L
B3S-P prezenční studium B-STI Strojní inženýrství -- zá,zk 5 Povinný 1 2 L
B3S-P prezenční studium B-SSZ Stavba strojů a zařízení -- zá,zk 5 Povinný 1 2 L