Detail předmětu

Řízení lineárních časově invariantních systémů

FSI-VA1Ak. rok: 2026/2027

Předmět se zaměřuje na metody návrhu řízení dynamických systémů ve spojité a diskrétní oblasti. Probírá struktury regulačních obvodů včetně MIMO a rozvětvených systémů, jejich stabilitu, autonomnost a možnosti kompenzace poruch a dopravního zpoždění. Výuka zahrnuje stavové řízení, řiditelnost, pozorovatelnost, návrh stavových regulátorů a pozorovatelů, metodu umísťování pólů, LQR a LQG regulátory. Dále jsou představeny principy prediktivního řízení MPC, evoluční metody návrhu regulátorů a fuzzy řízení. Okrajově je zmíněno také řízení nelineárních systémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Pavel Škrabánek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a informatiky (ÚAI)

Vstupní znalosti

Znalost základních principů a pojmů z oblasti automatizace, znalosti matematického základu (diferenciální a integrální počet, diferenciální rovnice), schopnost práce s programem Matlab a jeho nástavbou Simulink.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky udělení zápočtu: Základní podmínkou pro udělení zápočtu je aktivní absolvování všech laboratorních cvičení a úspěšné obhájení semestrálního projektu. Zkouška je písemná a ústní.

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 seznámit studenty s principy návrhu řízení ve spojitých a diskrétních regulačních obvodech. Studenti získají znalosti potřebné k návrhu a hodnocení MIMO a rozvětvených regulačních struktur, včetně kompenzace poruch a dopravního zpoždění. Součástí výuky je stavové řízení, návrh stavových regulátorů a pozorovatelů i moderní metody, jako jsou LQR, LQG a prediktivní řízení MPC. Předmět dále uvádí principy fuzzy řízení, řízení nelineárních systémů a základy evolučních metod.

Základní literatura

ASTRÖM, K., HÄGGLUND, T. Advanced PID Control. ISA – Instrumentation, Systems, and Automation Society, Research Triangle Park, NC, 2006, ISBN 1-55617-942-1. (EN)
DORF, R. C., BISHOP, R. H. Modern Control Systems. Tenth Edition. Upper Saddle River – New Jersey: Pearson Prentice Hall, 2004, ISBN 0-13-145733-0.  (EN)
FRANKLIN, G. F., POWELL, J. D., Emami-Naeini, A. Feedback Control of Dynamic Systems. Fourth Edition. Prentice Hall, Upper Sadle River, 2002, ISBN 0-13-032393-4 . (EN)
GOODWIN G. C., GRAEBE, S. F., SALGADO, M. E. Control System Design. Pearson Education, Singapore, 2001, ISBN 81-297-0002-6 (EN)
OGATA,K.: Modern Control Engineering, Prentice Hall , fourth edition, New Jersey 2002, ISBN 0-13-043245-8 (EN)
ŠULC, B., VÍTEČKOVÁ, M. 2004. Teorie a praxe návrhu regulačních obvodů. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2004, ISBN 80-01-03007-5 (CS)
VÍTEČKOVÁ, M., VÍTEČEK, A. Vybrané metody seřizování regulátorů. VŠB – TU Ostrava, Ostrava, 2011, ISBN 978-80-248-2503-8 (CS)

Doporučená literatura

Bernard Friedland: Control System Design: An Introduction to State-Space Methods. Dover Publications, 2005. (EN)
Morris, K.: Introduction to Feedback Control. Academic Press, London, 2002. (EN)
Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatizace-Automatické řízení, skriptum VUT FSI v Brně, CERM 2011. (CS)
Švarc, I.: Teorie automatického řízení, podpory FSI, www stránky fakulty 2003. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-AIŘ-P magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Škrabánek, Ph.D.

Osnova

  1. Základy teorie řízení a přehled pokročilých metod návrhu řízení. Vnější a vnitřní popis dynamického systému ve spojité a diskrétní oblasti.
  2. Pomocná regulovaná a pomocná akční veličina. Obvody s měřením poruchy – invariantnost obvodu. Kompenzace dopravního zpoždění.
  3. Mnohorozměrové (MIMO) regulační obvody. Jejich stabilita a autonomnost. Vícerozměrné regulátory. Rozvětvené regulační obvody.
  4. Stavový popis. Stavové zpětnovazební řízení. Řiditelnost. Pozorovatelnost. Spojité a diskrétní vyjádření.
  5. Návrh stavového regulátoru, vliv poruchy. Metoda pole-placement.
  6. Zobecnění návrhu stavového řízení, vhodné struktury pro návrh stavového řízení. Koncept a návrh stavových pozorovatelů.
  7. LQR a LQG regulátory.
  8. Model Predictive Control.
  9. Základy návrhu regulátoru pomocí evolučních metod.
  10. Fuzzy množiny, fuzzy relace a jejich kompozice, fuzzy logika, lingvistická proměnná, inženýrská fuzzy implikace, přibližné usuzování.
  11. Fuzzy logické systémy typu Mamdani a Sugeno, fuzzyfikace, inference, defuzzyfikace, fuzzy logický regulátor založený na znalostech, tvorba báze pravidel fuzzy regulátoru použitím empirických znalostí o chování systému, tvorba báze pravidel fuzzy regulátoru použitím obecných metapravidel.
  12. Řízení nelineárních systémů.
  13. Případová studie.

Laboratorní cvičení

8 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Škrabánek, Ph.D.

Cvičení s počítačovou podporou

18 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Škrabánek, Ph.D.

Osnova

  1. Dynamické vlastnosti systému, vyšetřování stability. Vlastnosti soustavy. PID regulátor.
  2. Simulace rozvětveného regulačního obvodu s měřením poruchové veličiny – průběh regulace bez a s měřením poruchy.
  3. Modelování vícerozměrného regulačního obvodu. Praktické zajištění autonomnosti obvodu.
  4. Stavový popis systému.
  5. Metoda pole-placement.
  6. Stavový pozorovatel
  7. LQR a LQG regulátory.
  8. MPC 1
  9. MPC 2
  10. Fuzzy regulátor.
  11. Řízení nelineárních systémů.
  12. Návrhu regulátoru pomocí evolučních metod.
  13. Zápočet.