Detail předmětu

Číslicová řídicí technika

FEKT-BPC-CRTAk. rok: 2022/2023

Návrh, realizace a ověření různých variant spojitých a diskrétních regulátorů PID. Optimalizace nastavení parametrů a struktur PID regulátorů. Úvod do identifikace systémů. Řízení technologických procesů (základní struktury, operační systémy reálného času, příklady). Styk řídicího systému s prostředím. Čidla, normalizační členy, propojení, vliv rušení a jeho omezení, číslicová a analogová filtrace signálu. Binární řízení, Petriho sítě a GRAFCET.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

Ing. Libor Veselý, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT)

Výsledky učení předmětu

Absolvent kurzu je schopen navrhovat, realizovat a seřizovat řídicí systémy se standardně vyráběnými regulátory od připojení čidla až po akční člen. Dále by měl zvládnout návrh, nastavení a seřízení složitých řídicích algoritmů, případně být schopen řídicí systémy doplnit novými řídicími algoritmy a zařadit je do řídicího systému.

Prerekvizity

Základní znalosti pojmů z kurzu Signály a systémy: popis dynamického systému v Laplaceově a Z transformaci, stabilita a dynamika systémů.  Doporučený rozsah předběžných znalostí je dán kurzem Signály a systémy. V kurzu je vysvětlena fyzikální podstata řízení s pomocí jednoduchých matematických vztahů. Studenti si významě prohloubí a pochopí vzájemné souvislosti při návrzích řídicích systémů používaných v praxi.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

až 5 bodů za aktivity v laboratorních cvičeních.
až 35 bodů za projekty.
Kombinovaná zkouška - písemná část a ústní hodnocení písemného zpracování. Max. 60 bodů.

Osnovy výuky

1. Úvod.
2. Základy identifikace systémů.
3. Identifikace systémů – metoda nejmenších čtverců.
4. Fyzikální podstata řízení.
5. Filtrace žádané hodnoty. Realizace spojitých regulátorů PID typu. Varianty řídicích algoritmů regulátoru PID typu.
6.  Diskretizace spojitých systémů, realizace diskrétních variant PSD regulátorů.
7.  Metody návrhu parametrů regulátorů. Stabilita, ustálená odchylka.
8.  Metody návrhu parametrů regulátorů II, Integrální kritéria.
9.  Beznárazové přepínání a ochrana proti přebuzení. Základní kompenzace nelinearit.
10. Adaptivní systémy, automaticky se nastavující regulátory. Specifické problémy adaptivního řízení.
11. Operační systém reálného času. Programování v reálném čase, programovací jazyky, synchronizační prostředky. Programové vybavení pro řídicí systémy.
12. Styk řídicího systému s prostředím, stykové obvody, číslicové vstupy a výstupy, analogové vstupy a výstupy, napěťový a proudový vstup a výstup, galvanické oddělení. Čidla a normalizační členy, vedení signálu, vlivy rušení.
13. Diskrétní a analogová filtrace signálu. 

Učební cíle

Cílem kurzu je seznámit studenty s praktickým návrhem, realizací a nastavováním parametrů jednoduchých i pokročilých řídicích algoritmů při řízení reálných technologických procesů. Podrobně jsou probrány všechny aspekty nasazení regulátoru v řídicí smyčce. V projektu ve cvičení student navrhne, odladí a ověří jednoduchý řídicí algoritmus pracující v reálném čase.

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

Laboratorní cvičení jsou povinná, řádně omluvené cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit.

Základní literatura

Aström,K.J.-Wittenmark,B.:Computer-Controlled Systems, Theory and Design, Prentice-Hall Inc., London 1997 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-AMT bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Libor Veselý, Ph.D.

Osnova

1.Fyzikální podstata řízení I
2.Fyzikální podstata řízení II
3.Návrh a realizace spojitých regulátorů PID typu. Varianty řídicích algoritmů regulátoru PID typu, jejich realizace, nastavování a vzájemné porovnání, beznárazové přepínání a ochrana proti přebuzení.
4.Návrh a realizace diskrétních analogií spojitých PID regulátorů, různé varianty řídicích algoritmů, jejich realizace a vzájemné porovnání, beznárazové přepínání a ochrana proti přebuzení.
5.Filosofie procesu identifikace a návrhu řídicího algoritmu. Optimalizace nastavení parametrů regulátorů,
6.Adaptivní systémy, automaticky se nastavující regulátory. Specifické problémy adaptivního řízení.
7.Operační systém reálného času.
8.Programování v reálném čase, programovací jazyky, synchronizační prostředky. Programové vybavení pro řídicí systémy.
9.Styk řídicího systému s prostředím, stykové obvody, číslicové vstupy a výstupy, analogové vstupy a výstupy, napěťový a proudový vstup a výstup, galvanické oddělení.
10.Čidla a normalizační členy, vedení signálu, vlivy rušení.
11.Diskrétní a analogová filtrace signálu.
12.Ŕízení diskrétních systémů: Petriho sítě
13.GRAFCET

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Libor Veselý, Ph.D.

Osnova

1.Úvodní cvičení (organizace, instruktáž, bezpečnost a seznámení s pracovištěm). Demonstrační cvičení.
2.Programovací nástroj pro programovatelné automaty B&R: Automation studio
3.Programování S-funkcí
4.Realizace PID regulátoru, ověření na simulačním modelu.
5.Diskrétní analogie spojitého PID regulátoru
6.Realizace diskrétního filtru, ověření na simulačním modelu
7.Simulace v reálném čase v programu MATLAB, ve spojení s programovatelným automatem B&R
8.Ověření diskrétních PID regulátorů na fyzikálních modelech. Omezení přebuzení regulátoru
9.Další varianty PID regulátorů, beznárazové přepínání mezi regulátory.
10.Projekty: Řízení fyzikálních modelů.
11.Projekty: Řízení tepelného tunelu.
12.Projekty: Řízení synchronních motorů.
13.Odevzdávání individuálních projektů, hodnocení