Detail předmětu

Modelování a simulace II

FSI-RKDAk. rok: 2025/2026

Předmět se zabývá modelováním kinematiky a dynamiky řízených mechatronických systémů. Rozvíjí znalosti získané v předchozím studiu Mechaniky, především směrem k numerickému řešení problémů na počítači a simulačnímu modelování. Mechanismy jsou chápány jakou soustavy tuhých těles propojených vazbami.
Cvičení probíhají na počítači s využitím programu MATLAB.
Přímý i inverzní kinematický model jsou řešeny analytickými i numerickými metodami. Numerickým metodám je věnován prostor také jako obecným nástrojům pro řešení nelineárních rovnic a optimalizačních úloh. Tvorba dynamického modelu je prováděna metodou uvolňování, pomocí Lagrangeových rovnic a automaticky (MATLAB/Simulink Multibody). Uvedeny jsou způsoby a možnosti modelování elektrických, regulační a jiných submodelů v interakci s modelem mechanismu. 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Vstupní znalosti

Vektorová algebra. Maticová algebra. Základy kinematiky a dynamiky. Metoda uvolňování a Lagrangeovy rovnice. Programování v prostředí MATLAB/Simulink.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Hodnocení předmětu je založeno na standardní bodové škále 0–100 bodů. V průběhu semestru studenti absolvují průběžný test a klasifikovaný zápočet. Průběžný test je hodnocen maximálně 30 body. Klasifikovaný zápočet je hodnocen maximálně 70 body, z čehož 30 bodů je možné získat za teoretické otázky a 40 bodů za praktické úlohy na PC, které jsou podobné úlohám z cvičení. Celkové hodnocení je kombinací bodů z obou částí.

Účast na cvičení je povinná. Kontrola výuky se provádí na cvičení.

Učební cíle

Studenti se během kurzu seznámí s moderními přístupy k řešení problémů kinematiky a dynamiky mechanismů. Předmět je zaměřen na řízení reálných strojů a jejich simulačních modelů, přičemž klíčový důraz je kladen na využití počítačové podpory. Teoretické poznatky budou aplikovány při řešení konkrétního problému v rámci semestrálního projektu.

Po absolvování předmětu budou studenti schopni:

sestavit a řešit přímý (analytický) a inverzní (analytický i numerický) kinematický model libovolného otevřeného kinematického řetězce, posoudit vhodnost konkrétní metody pro modelování kinematiky, sestavit a řešit analytický dynamický model jednodušších mechanických soustav a orientovat se v problematice numerického modelování komplexních mechatronických systémů.

Základní literatura

Corke,P.I.: A Robotics Toolbox for Matlab, IEEE Robotics and Automation Magazine, pp.24–32, 1996
Murray, R. M.; Sastry, S. S. & Zexiang, L. A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation CRC Press, Inc., 1994
Sciavicco, L.; Siciliano, B. & Sciavicco, B. Modelling and Control of Robot Manipulators Springer-Verlag New York, Inc., 2000
Spong, M. W.; Hutchinson, S. & Vidyasagar, M. Robot Modeling and Control Wiley, 2005

Doporučená literatura

Grepl, R. Kinematika a dynamika mechatronických systémů CERM, Akademické nakladatelství, 2007
Grepl, R. Modelování mechatronických systémů v Matlab/SimMechanics BEN - technická literatura, 2007
Kratochvíl, C., Slavík, J.: Mechanika těles-dynamika, PC-DIR, skriptum VUT Brno, 1997
Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995

Zařazení předmětu ve studijních plánech

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

  1. Přímá a inverzní kinematika (fkine, ikine)
  2. Denavit-Hartenbergovy (DH) parametry
  3. Robotic Toolbox a robot UR5
  4. Praktický úkol na fkine/ikine
  5. Kvaterniony
  6. Kinematika a dynamika kolových vozidel
  7. Dynamika a kinetostatika mechanismů (opakování LR2)
  8. SimScape (opakování)
  9. SimScape Multibody
  10. Řešení n rovnic o m neznámých, metoda nejmenších čtverců (OLS)
  11. Identifikace systémů I.
  12. Identifikace systémů II.
  13. Feedforward řízení

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

  1. Přímá a inverzní kinematika (fkine, ikine)
  2. Denavit-Hartenbergovy (DH) parametry
  3. Robotic Toolbox a robot UR5
  4. Praktický úkol na fkine/ikine
  5. Kvaterniony
  6. Kinematika a dynamika kolových vozidel
  7. Dynamika a kinetostatika mechanismů (opakování LR2)
  8. SimScape (opakování)
  9. SimScape Multibody
  10. Řešení n rovnic o m neznámých, metoda nejmenších čtverců (OLS)
  11. Identifikace systémů I.
  12. Identifikace systémů II.
  13. Feedforward řízení