Detail předmětu

Automatizace

FSI-6AAAk. rok: 2026/2027

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. Součástí tohoto okruhu je minimalizace logických funkcí (pomocí zákonů Booleovy algebry, Karnaughových map a Quine-McCluskeyho metody) a návrh logických obvodů pro slovně zadané úlohy.

Druhá část kurzu obsahuje základní poznatky z lineárních spojitých řídicích systémů. Řeší problémy analýzy prostřednictvím impulsních a přechodových funkcí a frekvenčních metod. Matematickým základem je Laplaceova transformace. Důležitou částí je základní teorie zpětnovazebních systémů včetně vyšetřování jejich stability, přesnosti a kvality regulace, které podle typu řízeného systému završuje volba typu regulátoru a metody návrhu jeho parametrů.

Třetí část kurzu zahrnuje základy diskrétního řízení. Matematickým základem jsou diferenční rovnice a jejich řešení pomocí Z-transformace. V analogii na spojité systémy jsou zavedeny pojmy impulsní a přechodová funkce a frekvenční charakteristiky, ověření stability systému a metody návrhu číslicového regulátoru. 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Petr Hadraba, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a informatiky (ÚAI)

Vstupní znalosti

Základní znalosti matematiky včetně řešení systému obyčejných diferenciálních rovnic. Základní znalosti fyziky (zejména dynamiky) a elektrotechniky.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky udělení zápočtu: Základní podmínkou pro udělení zápočtu je aktivní absolvování všech laboratorních cvičení a zpracování elaborátů podle pokynů učitele. 
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.

Zkouška je písemná a příklady pokrývají všechny tři přednášené teoretické okruhy. 

Učební cíle

Cílem předmětu je získat základní poznatky z teorie automatického řízení a počítačového modelování a schopnost analyzovat logické, lineární spojité a diskrétní systémy a navrhovat podle požadované funkce jejich řízení s ohledem na stabilitu, přesnost a kvalitu regulace, u logických systémů s cílem minimalizovat počet použitých prvků.

Studijní opory

Prezentace přednášek (dostupné v e-learningu) a příklady řešené ve cvičeních, včetně modelování v prostředí LogoSoft a MATLAB/Simulink.

Základní literatura

Dorf,R.C.-Bishop,R.H.: Modern Control Systems,Addison-Wesley Publishing Company, New York 1995, ISBN 0-201-845559-8 (EN)
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. (EN)
Kuo,B.C.: Automatic Control Systems,Prentice-Hall International Editions, Sixth Edition, New Jersey 1991, ISBN 0-13-053505-2 (EN)
Morris, K.: Introduction to Feedback Control. Academic Press, London, 2002. ISBN 0125076606. (EN)
Ogata,K.: Modern Control Engineering, Prentice Hall, fourth edition, New Jersey 2002, ISBN 0-13-043245-8 (EN)
Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatizace-Automatické řízení, skriptum VUT FSI v Brně, CERM 2011. (CS)

Doporučená literatura

Raymond T. Stefani, Bahram Shahian, Clement J. Savant, Gene H. Hostetter: Design of Feedback Control Systems. Oxford University Press, 2001. ISBN-10: 0195142497 (EN)
Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatizace-Automatické řízení, skriptum VUT FSI v Brně, CERM 2011. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-MAI-P bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinný

  • Program B-ZSI-P bakalářský

    specializace STI , 3 ročník, letní semestr, povinný

  • Program C-AKR-P celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    specializace CLS , 1 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Hadraba, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do automatizace. Logické řízení, logické funkce, pravidla Booleovy algebry, vyjádření Booleovských funkcí, minimalizace pravidly Booleovy algebry, Karnaughovou mapou a Quine-McCluskeyho metodou.
  2. 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).
  3. 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.
  4. 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.
  5. Regulátory, regulační obvod, charakteristická rovnice, stabilita lineárního spojitého obvodu (nutná a obecná podmínka), algebraická kritéria stability.
  6. Frekvenční kritéria stability, přesnost regulace v ustáleném stavu.
  7. Kaskádní regulace.
  8. Kvalita regulace, Ziegler-Nicholsova metoda návrhu regulátoru, Whiteleyho standardní tvary, seřízení regulátorů podle přechodové charakteristiky regulované soustavy, syntéza regulačního obvodu.
  9. Diskrétní regulační obvod, vzorkovač, tvarovač, diferenční rovnice, Z-transformace.
  10. Z-přenos, diskrétní impulsní funkce a charakteristika, diskrétní přechodová funkce a charakteristika, frekvenční přenos, frekvenční charakteristika v komplexní rovině.
  11. Bloková algebra diskrétních systémů, stabilita diskrétního regulačního obvodu (obecná podmínka). Bilineární transformace. Číslicové regulátory (polohový a přírůstkový algoritmus).
  12. Regulátory se dvěma stupni volnosti.
  13. Informativně rozšiřující partie automatizace - rozvrhování výrobních procesů a navigace robotů v prostředí s překážkami.

Laboratorní cvičení

4 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Hadraba, Ph.D.

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

Ing. Petr Hadraba, Ph.D.

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.