Detail předmětu
Modelování a simulace
FSI-RDO Ak. rok: 2019/2020 Letní semestr
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
Zajišťuje ústav
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
Předmět je hodnocen na základě:
• aktivní účasti na cvičení
• zpracování zadaných projektů
• průběžných testů a zápočtového testu.
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.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B3A-P: Aplikované vědy v inženýrství, bakalářský
obor B-MET: Mechatronika, povinný
Program M2I-P: Strojní inženýrství, magisterský navazující
obor M-KSI: Konstrukční inženýrství, volitelný (nepovinný)
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
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.
Laboratorní cvičení
13 hod., povinná
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.
Cvičení s počítačovou podporou
13 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
• Modelování dynamického systému v MATLABu.
• Modelování dynamického systému v Simulinku.
• Zpracování zadaných projektů.