Course detail
Introduction to Cybernetics
FEKT-BPC-UKBAcad. year: 2018/2019
Introduction to the technical cybernetics
The physical signals – kinds and ways of description
Signals – frequency, amplitude, phase, power and energy of signals
Definition of the system, the system kinds and their properties (linearity, time-invariance, causality, etc.)
The static and the dynamic systems – system state, energy accumulators and system order
Systems – inputs/outputs, the ways of the systems description
Examples of basic systems, the analogy between the physical systems and RLC systems
The system structures (serial, parallel, antiparallel), explanation of positive/negative feedback
Stability of the systems, feedback use and the basic principle of automatic control, the main kinds of controllers (regulators)
The Laplace transform principle , solving the differential equations
The Z-transform principle, solving the difference equations
Language of instruction
Number of ECTS credits
Mode of study
Guarantor
Learning outcomes of the course unit
- describe and to explain the basic pronciples of technical cybernetics,
- define a signal and to destinguish the basic types of physical signals,
- describe the basic signals by mathematic equations,
- describe and apply the Laplace transform and Z-transform ,
- define a system and its basic properties (linearity, time-invariance, causality, etc.),
- distinguish between different kinds of systems and their structures,
- explain the system stability, system order and feedback,
- describe the basic principle of automatic control and enumerate basic types of controllers (regulators).
Prerequisites
Co-requisites
Planned learning activities and teaching methods
Assesment methods and criteria linked to learning outcomes
Course curriculum
2. Signals – definition, types, properties. A/D and D/A conversion.
3. Mathematical description of the basic signals. The harmonic signals - frequency, amplitude and phase. The complex numbers, their relation to the signals. The complex exponential signal and its properties.
4. Meaning of differentiation and integration in view of signals. Introduction to the modelling.
5. Systems - definition, types and their properties (linearity, time-invariance, causality, etc.).
6. Static and dynamic systems. System state, system energy, accumulators of energy and system order.
7. Examples of basic systems, analogy with the RLC systems. Description of systems.
8. Control - definition, types, properties. Examples of control.
9. Basic types of controlled systems (processess), their properties and examples.
10. Feedback and the basic principle of automatic control, the main kinds of controllers (regulators).
11. The Laplace transform and the Z transform - principle, properties, solving the differential (difference) equations.
12. Summary. Example of a control implementation.
13. Final test.
Work placements
Aims
Specification of controlled education, way of implementation and compensation for absences
Recommended optional programme components
Prerequisites and corequisites
Basic literature
Recommended reading
Classification of course in study plans
Type of course unit
Lecture
Teacher / Lecturer
Syllabus
2. Pojem „signál“ – definice, druhy fyzikálních signálů a jejich vlastnosti, A/D a D/A převod.
3. Matematický popis základních druhů signálů. Harmonické signály – frekvence, amplituda a fáze. Počítání s komplexními čísly – převody mezi tvary, Eulerovy vztahy, pojmy „amplituda“ a „fáze“ komplexního čísla. Komplexní exponenciální signál a jeho vlastnosti.
4. Význam derivace a integrace z pohledu signálů. Derivace a integrace základních signálů. Signálové toky a základy modelování.
5. Pojem „systém“ – definice, druhy systémů a jejich vlastnosti (linearita, časová invariance, kauzalita, apod.).
6. Statické a dynamické systémy. Stav systému, energie systému, akumulátory energie a řád systému.
7. Příklady a ukázka jednoduchých systémů, analogie s RLC systémy. Způsoby popisu dynamických systémů (vnější/vnitřní).
8. Pojem „řízení“ – definice, druhy řízení, řízení z pohledu technické kybernetiky, příklady řízení.
9. Základní typy řízených soustav (procesů) a jejich vlastnosti, příklady reálných soustav.
10. Využití zpětné vazby a princip regulace. Základní typy regulátorů (PID, on-off, a další) a jejich použití.
11. Laplaceova a Z transformace – základní princip a vlastnosti, řešení diferenciálních (diferenčních) rovnic.
12. Shrnutí a opakování učiva, ukázky reálné implementace řízení.
13. Závěrečný test.