Detail předmětu

Řízené dynamické soustavy

FSI-RDOAk. rok: 2013/2014

Tento předmět se zabývá počítačovým modelováním dynamiky soustav tuhých těles. Přímo tak rozšiřuje znalosti a dovednosti z předchozího studia Mechaniky. Vlastní řešení soustavy ODE probíhá jednak v Matlabu a také v Simulinku. Zde je možné dynamickou mechanickou soustavu jednoduše doplnit o zpětnovazební řízení a modelovat její chování. Mimo to jsou probrány vybrané problémy simulačního modelování dynamiky, především otázka tření a kontaktních vazeb.
Teoretické poznatky jsou v laboratorním cvičení demonstrovány na konkrétních reálných modelech řízených z prostředí Simulink.
Při práci s laboratorními úlohami jsou využívány moderní prostředky pro rychlý návrh řídicích algoritmů včetně programovatelných hradlových polí (FPGA).

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Studenti získají znalosti a dovednosti z následujících oblastí:
- teorie dynamických systémů
- matematické modely prvků systémů
- lineární dynamické systémy a jejich analýza
- modelování v prostředí Matlab/Simulink
- modelování řízených soustav
- praktická zkušenost s řízením reálné soustavy pomocí I/O karty z prostředí Matlab/Simulink a mikrokontroléru PIC
- základy zpracování signálů a programování FPGA

Prerekvizity

Vektorová algebra. Maticová algebra. Matematika a fyzika v rozsahu předchozího studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.

Způsob a kritéria hodnocení

Předmět je hodnocen na základě aktivní účasti ve cvičení a semestrálního projektu.

Učební cíle

Studenti se seznámí s modelováním dynamiky mechanických, elektromechanických a řízených systémů na počítači.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Kontrola výuky se provádí na cvičení. Studenti vypracují semestrální projekt.

Doporučená literatura

Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3A-P bakalářský

    obor B-MET , 3. ročník, letní semestr, povinný

  • Program M2I-P magisterský navazující

    obor M-KSI , 2. ročník, letní semestr, volitelný (nepovinný)

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Osnova

1. Úvod, motivace, příklady
2. Dynamický systém se spojitým časem
3. Řešení obyčejné diferenciální rovnice v Matlabu
4. Řešení obyčejné diferenciální rovnice v Simulinku
5. Použití Maple pro sestavení pohybových rovnic mechanických systémů
6. Modelávání rázu, tření a kontaktu v mechanice soustav tuhých těles
7. Stavové modely lineárních soustav, linearizace
8. Řízení linearizovaných soustav, Metodika ověřování modelu řízené soustavy s nelineárním modelem
9. Úvod do Rapid Control Prototyping, použití RT Toolboxu, karty MF 624, PIC Target
10. Generování C kódu, výpočty s pevnou desetinnou čárkou
11. FPGA – úvod do programování a aplikace
12. Automatické generování kódu pro FPGA ze Simulinku
13. Prezentace výsledků semestrálních projektů

Cvičení s počítačovou podporou

6 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do Matlabu a Simulinku
2.-3. Modelování dynamiky lineárního oscilátoru

Laboratoře a ateliéry

7 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Osnova

4.-5 Seznámení se s prostředím Matlab/Simulink, RealTime Toolbox, použití karty MF624
6 - 8. Polohové a rychlostní řízení DC motoru pomocí RT Toolboxu.
9. – 10. Základy práce s vývojovým kitem FPGA.
11. – 12. Generování C kódu ze Simulinku – aplikace pro FPGA (DSP System Generator)