Detail předmětu

Teorie automatického řízení

FSI-VZRAk. rok: 2025/2026

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. Samozřejmě včetně minimalizace logických funkcí zejména použitím Karnaughových map.
Druhá část kurzu obsahuje základní poznatky z lineárních spojitých řídicích systémů. Řeší problémy analýzy prostřednictvím impulsních a přechodových funkcí a frekvenčními metodami. Matematickým základem je Laplaceova transformace. Důležitou částí je základní teorie zpětnovazebních systémů včetně vyšetřování jejich stability, přesnosti a kvality regulace.
Třetí část kurzu zahrnuje základy diskrétního řízení. Matematickým základem je Z - transformace a diferenční rovnice. Základní popis systémů jsou impulsní a přechodová funkce. Otázky stability jsou řešeny např. bilineární transformací a PSD algoritmus číslicového regulátoru vychází ze Z - transformace.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Pavel Škrabánek, 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. Zkouška je písemná a ústní. V písemné části student shrnuje dvě základní témata, která byla přednášena a řeší dva příklady. Ústní část zkoušky obsahuje diskuzi o těchto úlohách a možné doplňující otázky.

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.

Učební cíle

Cílem předmětu je formulovat a získat základní poznatky z automatického řízení, počítačového modelování, teorie a algoritmizace řídících systémů.

Schopnost analyzovat a navrhovat lineární spojité i diskrétní zpětnovazební regulační systémy. Studenti získají základní znalosti z automatizace, popisu a klasifikace řídících systémů a určení jejich charakteristik. Studenti budou schopni řešit problémy stabilty regulačních systémů.

Základní literatura

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.
Morris, K.: Introduction to Feedback Control. Academic Press, London, 2002. ISBN 0125076606.
Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatické řízení. Akademické nakladatelství CERM, Brno, 2011. ISBN 978-80-214-4398-3.

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
Švarc, I., Matoušek, R., Šeda, M., Vítečková, M.: Automatické řízení. Akademické nakladatelství CERM, Brno, 2011. ISBN 978-80-214-4398-3.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-STR-P bakalářský

    specializace AIŘ , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program B-VTE-P bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program B-MET-P bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Škrabánek, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do automatizace. Logické řízení, logické funkce, Booleova algebra, vyjádření Booleovských funkcí, minimalizace pravidly Booleovy algebry a Karnaughovou mapou.
  2. Logické funkce NAND a NOR, kombinační a sekvenční logické obvody, programovatelné automaty.
  3. Spojitý regulační obvod, Laplaceova transformace, matematický popis regulačních systémů, diferenciální rovnice, přenos.
  4. Impulsní a přechodová funkce a charakteristika, dělení regulačních členů. Frekvenční přenos, frekvenční charakteristiky v komplexní rovině a v logaritmických souřadnicích, póly a nuly, bloková algebra.
  5. Dopravní zpoždění systémů, regulátory a jejich dynamické vlastnosti.
  6. Stabilita regulačního obvodu obecně, kritéria stability. Přesnost regulace v ustáleném stavu.
  7. Kaskádní regulace
  8. Kvalita regulace a nastavení regulátorů, Ziegler-Nicholsova metoda, seřízení regulátorů podle minima lineární a kvadratické regulační plochy.
  9. Diskrétní regulační obvod, vzorkovač, tvarovač, Z-transformace, diferenční rovnice.
  10. Z-přenos, diskrétní impulsní a přechodová funkce a charakteristika, frekvenční přenos a frekvenční charakteristika diskrétních systémů.
  11. Bloková algebra diskrétních systémů, číslicové regulátory (polohový a přírůstkový algoritmus), stabilita diskrétního regulačního obvodu obecně.
  12. Kritéria stability diskrétních regulačních obvodů.
  13. Regulátory se dvěma stupni volnosti.

Laboratorní cvičení

8 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Škrabánek, Ph.D.

Osnova

  1. Logické řízení (Siemens LOGO!Soft, řízení kombinačního obvodu pomocí programovatelného automatu).
  2. Logické řízení (řízení sekvenčního obvodu pomocí programovatelného automatu).
  3. Spojité lineární řízení (řízení regulačního obvodu stejnosměrným motorkem).
  4.  Spojité lineární řízení (Ziegler-Nicholsova metoda aplikovaná na obvod se stejnosměrným motorkem).

Cvičení s počítačovou podporou

18 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Škrabánek, Ph.D.

Osnova

  1. Logické řízení (Booleova algebra, 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. Úvod do Simulinku.
  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, regulační obvod, stabilita simulace).
  7. Diskrétní řízení (diskrétní regulační obvod, Z-transformace, diferenční rovnice).
  8. Diskrétní řízení (impulsní a přechodová funkce, stabilita).
  9. Zápočtový test.