Detail předmětu

Řízení lineárních časově invariantních systémů

FSI-VA1 Ak. rok: 2026/2027 Zimní semestr

Předmět se zaměřuje na metody návrhu řízení dynamických systémů ve spojité a diskrétní oblasti. Probírá struktury regulačních obvodů včetně MIMO a rozvětvených systémů, jejich stabilitu, autonomnost a možnosti kompenzace poruch a dopravního zpoždění. Výuka zahrnuje stavové řízení, řiditelnost, pozorovatelnost, návrh stavových regulátorů a pozorovatelů, metodu umísťování pólů, LQR a LQG regulátory. Dále jsou představeny principy prediktivního řízení MPC, evoluční metody návrhu regulátorů a fuzzy řízení. Okrajově je zmíněno také řízení nelineárních systémů.

Garant předmětu

doc. Ing. Pavel Škrabánek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automatizace a informatiky

Výsledky učení předmětu

Prerekvizity

Znalost základních principů a pojmů z oblasti automatizace, znalosti matematického základu (diferenciální a integrální počet, diferenciální rovnice), schopnost práce s programem Matlab a jeho nástavbou Simulink.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky udělení zápočtu: Základní podmínkou pro udělení zápočtu je aktivní absolvování všech laboratorních cvičení a úspěšné obhájení semestrálního projektu. Zkouška je písemná a ústní.

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.

Jazyk výuky

čeština

Cíl

Cílem předmětu je seznámit studenty s principy návrhu řízení ve spojitých a diskrétních regulačních obvodech. Studenti získají znalosti potřebné k návrhu a hodnocení MIMO a rozvětvených regulačních struktur, včetně kompenzace poruch a dopravního zpoždění. Součástí výuky je stavové řízení, návrh stavových regulátorů a pozorovatelů i moderní metody, jako jsou LQR, LQG a prediktivní řízení MPC. Předmět dále uvádí principy fuzzy řízení, řízení nelineárních systémů a základy evolučních metod.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Použití předmětu ve studijních plánech

Program N-AIŘ-P: Aplikovaná informatika a řízení, magisterský navazující
obor ---: bez specializace, 6 kredity, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Osnova


  1. Základy teorie řízení a přehled pokročilých metod návrhu řízení. Vnější a vnitřní popis dynamického systému ve spojité a diskrétní oblasti.

  2. Pomocná regulovaná a pomocná akční veličina. Obvody s měřením poruchy – invariantnost obvodu. Kompenzace dopravního zpoždění.

  3. Mnohorozměrové (MIMO) regulační obvody. Jejich stabilita a autonomnost. Vícerozměrné regulátory. Rozvětvené regulační obvody.

  4. Stavový popis. Stavové zpětnovazební řízení. Řiditelnost. Pozorovatelnost. Spojité a diskrétní vyjádření.

  5. Návrh stavového regulátoru, vliv poruchy. Metoda pole-placement.

  6. Zobecnění návrhu stavového řízení, vhodné struktury pro návrh stavového řízení. Koncept a návrh stavových pozorovatelů.

  7. LQR a LQG regulátory.

  8. Model Predictive Control.

  9. Základy návrhu regulátoru pomocí evolučních metod.

  10. Fuzzy množiny, fuzzy relace a jejich kompozice, fuzzy logika, lingvistická proměnná, inženýrská fuzzy implikace, přibližné usuzování.

  11. Fuzzy logické systémy typu Mamdani a Sugeno, fuzzyfikace, inference, defuzzyfikace, fuzzy logický regulátor založený na znalostech, tvorba báze pravidel fuzzy regulátoru použitím empirických znalostí o chování systému, tvorba báze pravidel fuzzy regulátoru použitím obecných metapravidel.

  12. Řízení nelineárních systémů.

  13. Případová studie.

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Osnova


  1. Dynamické vlastnosti systému, vyšetřování stability. Vlastnosti soustavy. PID regulátor.

  2. Simulace rozvětveného regulačního obvodu s měřením poruchové veličiny – průběh regulace bez a s měřením poruchy.

  3. Modelování vícerozměrného regulačního obvodu. Praktické zajištění autonomnosti obvodu.

  4. Stavový popis systému.

  5. Metoda pole-placement.

  6. Stavový pozorovatel

  7. LQR a LQG regulátory.

  8. MPC 1

  9. MPC 2

  10. Fuzzy regulátor.

  11. Řízení nelineárních systémů.

  12. Návrhu regulátoru pomocí evolučních metod.

  13. Zápočet.