Detail předmětu

Modelování a simulace

FSI-RDOAk. rok: 2020/2021

Tento předmět se zabývá modelováním dynamických systémů na počítači. Systémy mohou být popsány obyčejnými diferenciálními rovnicemi (ODE), diferenciálně-algebraickými rovnicemi nebo např. pomocí stavového automatu. Hlavním pracovním nástrojem je prostředí MATLAB/Simulink, součástí výkladu jsou i některé jeho pokročilejší vlastnosti a funkce. Teoretické poznatky jsou v laboratorním cvičení demonstrovány na konkrétních reálných modelech řízených z prostředí Simulink pomocí I/O karty MF624.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

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 v těchto oblastech:
• 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.

Prerekvizity

Vektory a matice. Obyčejné diferenciální rovnice. Matematika a fyzika v rozsahu předchozího studia. Znalost programovacího prostředí MATLAB z předchozího studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Přednášky, cvičení na počítači, laboratoře.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnocení předmětu probíhá na základě standardní bodové škály 0-100b. Pro udělení zápočtu je nutné získat alespoň 15 ze 30 bodů ze 3 testů ve cvičeních a laboratořích. Dále lze získat až 50 bodů za zpracování a obhajobu semestrálních projektů a 20 bodů u zkoušky.

Učební cíle

Studenti se seznámí s modelováním dynamických (mechanických, elektromechanických a řízených) systémů na počítači.

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

Účast na cvičení je povinná. Kontrola výuky se provádí na cvičení dle kritérií hodnocení.

Základní literatura

Aström, K. J. & Wittenmark, B.: Computer-controlled systems: theory and design (2nd ed.), 1990 (EN)
Dutton, K.; Thompson, S., Barraclough, B.: The Art of Control Engineering, 1997 (EN)
Pelánek, R.: Modelování a simulace komplexních systémů, MUNI, 2011 (CS)
Stejskal, V.; Valášek, M.: Kinematics and dynamics of machinery, Marcel Dekker, New York, 1996 (EN)

Doporučená literatura

Grepl, R.: Modelování mechatronických systémů v Matlab/SimMechanics, BEN - technická literatura, ISBN 978-80-7300-226-8 (CS)
Isermann, R.: Mechatronic Systems: Fundamentals, Springer, 2005 (EN)
Karban, P.: Výpočty a simulace v programech MATLAB a Simulink, cpress 2006 (CS)
Noskievič: Modelování a identifikace systémů, 1999 (CS)
Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3A-P bakalářský

    obor B-MET , 2 ročník, letní semestr, povinný

  • Program M2I-P magisterský navazující

    obor M-KSI , 2 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Brablc, Ph.D.
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Osnova

• Úvod do modelování dynamických systémů. Statický vs. dynamický systém. Příklady spojitých a diskrétních systémů. Další možnosti modelování (slovní popis, stavový automat, fyzikální modelování).
• Úvod do programování v MATLABu (opakování).
• Řešení obyčejné diferenciální rovnice (ODE) v MATLABu. Numerické metody integrace ODE. Řešiče ODE v MATLABu/Simulinku.
• Modelování spojitých a diskrétních systémů. Diskretizace. Lineární simulace v prostředí MATLAB.
• Návrh a programování GUI v MATLABu.
• Úvod do modelování v Simulinku (opakování).
• Další vlastnosti a funkce prostředí Simulink (algebraická smyčka, zero crossing detection, subsystémy a jejich maskování, struktura simulace, generování kódu).
• Linearizace modelu. Hledání rovnovážného stavu, význam pro návrh řídicích algoritmů.
• Kauzální a akauzální modelování. SimScape.
• Stavové automaty. StateFlow.
• Úvod do real-time systémů v prostředí Simulink. Vlastnosti I/O karty MF624, řešení s a bez generování kódu, pokročilejší HW a SW. Filtrace signálu, identifikace přenosu z odezvy na skok, návrh PID regulátoru.
• Efektivní modelování tření v mechanických systémech.
• Scilab a Xcos – volně dostupné nástroje pro modelování a simulaci dynamických systémů.

Cvičení s počítačovou podporou

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Appel, Ph.D.
Ing. Matej Rajchl
Ing. Martin Brablc, Ph.D.
Ing. Barnabás Dobossy, Ph.D.

Osnova

• Modelování dynamického systému v MATLABu.
• Modelování dynamického systému v Simulinku.
• Zpracování zadaných projektů.


Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

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.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz