Detail předmětu
Teorie automatického řízení I
FSI-VA1 Ak. rok: 2025/2026 Zimní semestr
Předmět poskytuje průpravu pro zvládnutí základních principů logického, spojitého a diskrétního zpětnovazebního řízení. Řízení je chápáno jako součinnost dvou objektů řízeného a řídícího, jejichž spojením vzniká regulační systém, od kterého požadujeme optimální chování. V rámci výuky jsou řešeny nejenom regulační obvody jednoduché, ale i rozvětvené a mnohorozměrové. Přitom se nezůstává jenom u klasického řešení, ale přecházíme i k modernímu pojetí řešení ve stavovém prostoru a používání stavových regulátorů. Zatímco „klasická" teorie řízení je založena na vstupně-výstupním (vnějším) popisu řízeného procesu, stavová teorie vychází z jeho stavového popisu (vnitřní popis), který je přirozeným produktem analytického modelování procesů.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Znalost základních principů a pojmů z oblasti automatizace, znalosti matematického základu (diferenciální a integrální počet, diferenciální rovnice), schopnost práce se systémem Matlab.
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 tři příklady. Ústní část zkoušky obsahuje diskusi 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 seznámit studenty s principy automatického řízení v logických, spojitých a diskrétních regulačních obvodech. Studenti získají znalosti potřebné k optimalizaci regulačních obvodů pomocí vhodného nastavení parametrů regulátorů. Součástí výuky je také řešení rozvětvených a mnohorozměrových obvodů, stejně jako porozumění a orientace ve stavovém řízení.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-AIŘ-P: Aplikovaná informatika a řízení, magisterský navazující, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
39 hod., nepovinná
Osnova
- Úvod do problematiky, definice pojmů a základů zpětnovazebního řízení systémů a procesů, vymezení znalostí pro předmět.
- Přesnost regulace – trvalá regulační odchylka v ustáleném stavu. Kvalita regulace a seřízení regulátorů obecně.
- Lineární a kvadratická regulační plocha a porovnání s praktickou metodou seřízení regulátorů Ziegler-Nichols. Metoda optimálního modulu.
- Frekvenční metody navrhování regulačních obvodů.
- Regulátory se dvěma stupni volnosti.
- Rozvětvené regulační obvody. Pomocná regulovaná a pomocná akční veličina. Obvody s měřením poruchy – invariantnost obvodu. Kompenzace dopravního zpoždění – Smithův prediktor
- Mnohorozměrové (MIMO) regulační obvody. Jejich stabilita a autonomnost.
- Diskrétní řízení, z-transformace a diferenční rovnice, matematický popis diskrétních regulačních systémů. Diskretizace spojitých řídicích systémů.
- Diskrétní PSD regulátory. Algoritmus číslicových regulátorů. Technické problémy s užitím číslicových regulátorů.
- Stabilita diskrétních systémů. Obecná podmínka stability, kritéria stability, bilineární transformace.
- Řízení ve stavovém prostoru. Úvodní pojmy. Převod diferenciálních rovnic na stavové rovnice.
- Převod stavových rovnic na přenosovou matici. Řešení stavových rovnic.
- Stavové regulátory. Stavové regulátory s pozorovatelem. Syntéza obvodů ve stavovém prostoru.
Laboratorní cvičení
8 hod., povinná
Osnova
- Zapojení spojitého PID regulátoru při regulaci otáček stejnosměrného motoru a nastavení optimálních parametrů regulátoru.
- Změna jednotlivých regulátorů P, I, PI, PD a PID a sledování kvality regulace při těchto změnách.
- Exkurze do výzkumného a vývojového pracoviště firmy Honeywell. Seznámení se s moderními přístroji v laboratořích firmy.
- Zápočet.
Cvičení s počítačovou podporou
18 hod., povinná
Osnova
- Návrh regulátorů pro regulační obvody v Simulinku metodou Ziegler-Nichols.
- Ověření teoretického výpočtu trvalé regulační odchylky na simulačním modelu v Simulinku. Vyzkoušení regulátorů s regulátory bez integrační složky a s integrační složkou.
- Na simulačním modelu měření frekvenční charakteristiky spojitého / diskrétního regulačního členu.
- Modelování jednoduchých regulačních obvodů a určení jejich stability výpočtem a následným ověřením na modelu
- Modelování obvodů s regulátorem s jedním stupněm a potom se dvěma stupni volnosti – zjistit výhody 2 DOF regulátorů.
- Simulace rozvětveného regulačního obvodu s měřením poruchové veličiny – průběh regulace bez a s měřením poruchy.
- Modelování vícerozměrného regulačního obvodu. Praktické zajištění autonomnosti obvodu.
- Namodelování jednotlivých typů číslicových regulátorů a ověření jejich dynamických vlastností na přechodové, impulzní a frekvenční charakteristice.
- Návrh obvodu se stavovým regulátorem.