Detail předmětu
Automatizace
FSI-6AA-A Ak. rok: 2026/2027 Zimní semestr
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.
Jazyk výuky
angličtina
Počet kreditů
5
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Základní znalosti matematiky včetně řešení systému obyčejných diferenciálních rovnic. Základní znalosti fyziky (zejména dynamiky) a elektrotechniky.
Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů
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.
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.
Učební cíle
Cílem předmětu je formulovat a získat základní poznatky z automatického
řízení, počítačového modelování, teorie a algoritmizace řídících systémů.
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.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B-STI-Z: Fundamentals of Mechanical Engineering, bakalářský, doporučený kurs
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
- Úvod do automatizace. Logické řízení, logické funkce, pravidla Booleovy algebry, vyjádření Booleovských funkcí, minimalizace pravidly Booleovy algebry, Karnaughovou mapou a Quine-McCluskeyho metodou.
- NAND, NOR, kombinační logické obvody, sekvenční logické obvody, programovatelné automaty. Návrh logických obvodů ze slovního zadání (kombinační např. automatické zapínání osvětlení na chodbě a automatické větrání v koupelně, sekvenční např. výtah, ovládání závor na přejezdu železnice).
- Příklady mechanických, elektrických a hydromechanických systémů a jejich popis diferenciální rovnicí (hmotnost, pružina, tlumení, translační a rotační pohyb; R, L, C; nádrže s přítokem a odtokem). Spojitý regulační obvod, princip regulace, vnější a vnitřní popis, diferenciální rovnice a její řešení pomocí Laplaceovy transformace, přenos, póly a nuly.
- Impulsní funkce a charakteristika, přechodová funkce a charakteristika, dělení regulačních členů. Frekvenční přenos, frekvenční charakteristiky v komplexní rovině a v logaritmických souřadnicích. Dopravní zpoždění. Bloková algebra.
- Regulátory, regulační obvod, charakteristická rovnice, stabilita lineárního spojitého obvodu (nutná a obecná podmínka), algebraická kritéria stability.
- Frekvenční kritéria stability, přesnost regulace v ustáleném stavu.
- Kaskádní regulace.
- Kvalita regulace, Ziegler-Nicholsova metoda návrhu regulátoru, Whiteleyho standardní tvary, seřízení regulátorů podle přechodové charakteristiky regulované soustavy, syntéza regulačního obvodu.
- Diskrétní regulační obvod, vzorkovač, tvarovač, diferenční rovnice, Z-transformace.
- Z-přenos, diskrétní impulsní funkce a charakteristika, diskrétní přechodová funkce a charakteristika, frekvenční přenos, frekvenční charakteristika v komplexní rovině.
- Bloková algebra diskrétních systémů, stabilita diskrétního regulačního obvodu (obecná podmínka). Bilineární transformace. Číslicové regulátory (polohový a přírůstkový algoritmus).
- Regulátory se dvěma stupni volnosti.
- Informativně rozšiřující partie automatizace – rozvrhování výrobních procesů a navigace robotů v prostředí s překážkami.
Laboratorní cvičení
4 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
8. Laboratorní cvičení (laboratoř programovatelných automatů, laboratoř elektrických prostředků).
9. Spojité lineární řízení (Ziegler-Nicholsova metoda aplikovaná na obvod se stejnosměrným motorkem).
Cvičení s počítačovou podporou
22 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
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 MATLABu).
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.