Detail předmětu

Modelování a simulace II

FSI-RKD Ak. rok: 2025/2026 Zimní semestr

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

Garant předmětu

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky

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.

Použití předmětu ve studijních plánech

Program N-MET-P: Mechatronika, magisterský navazující, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

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

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