Detail předmětu

Modelování a simulace I

FSI-RDO-A Ak. rok: 2027/2028 Zimní semestr

Předmět je vyučován blokově. V úvodních blocích si studenti osvojí základy práce v MATLABu a Simulinku a procvičí tvorbu, spouštění a vyhodnocování jednoduchých modelů. Po úvodní části dostane každý student zadání individuálního semestrálního projektu. Na projektu pracuje samostatně a jeho průběh průběžně konzultuje s vyučujícím. Další bloky rozvíjejí modelování dynamických systémů, zejména mechanických, elektromechanických a řízených soustav. Praktická výuka zahrnuje také řízení DC motoru s enkodérem pomocí Simulinku a I/O karty MF624.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

8

Garant předmětu

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky

Vstupní znalosti

Předpokládají se znalosti vektorů a matic, obyčejných diferenciálních rovnic a matematiky a fyziky v rozsahu předchozího studia. Předchozí znalost MATLABu ani Simulinku není nutná.

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Předmět je zakončen klasifikovaným zápočtem. Výsledná známka se stanoví výhradně podle individuálního semestrálního projektu a vychází ze standardní bodové škály 0–100 bodů. Student projekt zpracovává samostatně a průběžně jej konzultuje s vyučujícím. Hodnocení zohledňuje splnění zadání, odbornou správnost a funkčnost modelu, kvalitu simulace a interpretaci výsledků.

Učební cíle

Studenti se seznámí s modelováním dynamických systémů (mechanických, elektromechanických a řízených) na počítači. V průběhu kurzu získají znalosti a dovednosti v následujících oblastech:

  • Lineární dynamické systémy a jejich analýza
  • Modelování v prostředí MATLAB/Simulink
  • Modelování řízených soustav
  • Praktická zkušenost s řízením reálné soustavy prostřednictvím I/O karty z prostředí MATLAB/Simulink

Tento kurz kombinuje teoretické poznatky s praktickým využitím v inženýrských aplikacích.

Studijní opory

[1] GREPL, Robert. Modelování mechatronických systémů v Matlab SimMechanics. Praha: BEN – technická literatura, 2007. ISBN 978-80-7300-226-8. (in Czech)

[2] HUMUSOFT. MF 624 Multifunction I/O Card User’s Manual. Online. 2014. Available from: https://www.humusoft.eu/docs/en/datacq/manuals/mf624um.pdf. [cited 2026-11-11]. (in English)

[3] MATHWORKS. Simscape Multibody Documentation. Online. Available from: https://www.mathworks.com/help/sm/. [cited 2026-11-11]. (in English)

[4] PELÁNEK, Radek. Modelování a simulace komplexních systémů. Jak lépe porozumět světu. Brno: Masarykova univerzita, 2011. ISBN 978-80-210-5318-2. (in Czech)

[5] VALÁŠEK, M. et al. Mechatronika. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 1995. ISBN 80-01-01276-X. (in Czech)

Použití předmětu ve studijních plánech

Program B-STI-Z: Fundamentals of Mechanical Engineering, bakalářský, doporučený kurs

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Osnova


  1. Přímá a inverzní kinematika (fkine, ikine)

  2. Denavit-Hartenbergovy (DH) parametry

  3. Robotic Toolbox a robot UR5

  4. Praktický úkol na fkine/ikine

  5. Kvaterniony

  6. Kinematika a dynamika kolových vozidel

  7. Dynamika a kinetostatika mechanismů (opakování LR2)

  8. SimScape (opakování)

  9. SimScape Multibody

  10. Řešení n rovnic o m neznámých, metoda nejmenších čtverců (OLS)

  11. Identifikace systémů I.

  12. Identifikace systémů II.

  13. Feedforward řízení

Laboratorní cvičení

18 hod., povinná

Osnova

• Základy práce s I/O kartou MF624 v prostředí MATLAB/Simulink.
• Řízení DC motoru s enkodérem z prostředí Simulink pomocí I/O karty MF624. Návrh PID regulátoru pro řízení rychlosti a polohy.
• Zpracování zadaného projektu.

Cvičení s počítačovou podporou

21 hod., povinná

Osnova


  1. Přímá a inverzní kinematika (fkine, ikine)

  2. Denavit-Hartenbergovy (DH) parametry

  3. Robotic Toolbox a robot UR5

  4. Praktický úkol na fkine/ikine

  5. Kvaterniony

  6. Kinematika a dynamika kolových vozidel

  7. Dynamika a kinetostatika mechanismů (opakování LR2)

  8. SimScape (opakování)

  9. SimScape Multibody

  10. Řešení n rovnic o m neznámých, metoda nejmenších čtverců (OLS)

  11. Identifikace systémů I.

  12. Identifikace systémů II.

  13. Feedforward řízení