Avtomatsko vodenje sistemov

Opis predmeta

Uvod v avtomatsko vodenje: vrste, učinki, celostni pristop, struktura računalniškega vodenja v podjetju, gradniki sistemov vodenja, sistemski pristop pri načrtovanju vodenja.

Sistemi in signali: primeri sistemov, povezava z modeliranjem, procesi, osnovni signali, uvod v spektralno analizo.

Modeliranje procesov: cilji, vrste modelov, načini modeliranja, primeri.

Zapisi matematičnih modelov: diferencialne enačbe, prenosne funkcije, bločni diagrami.

Analiza sistemov v časovnem prostoru: vpliv polov in ničel, obravnava proporcionalnih, integrirnih in diferencirnih sistemov, stabilnost.

Simulacija: simulacijska shema, indirektni način, simulacija prenosnih funkcij.

Vodenje sistemov: vpeljava z bločnimi diagrami in tehnološkimi shemami, krmiljenje, regulacija, sledenje, odpravljanje motenj, učinki povratne zanke na ustaljeni pogrešek, stabilnost, primeri, osnovni industrijski regulacijski algoritmi, proporcionalno-integrirno-diferencirni-regulator: vloga posameznih členov, uglaševanje z nastavitvenimi pravili in s simulacijo, primeri.

Orodja za računalniško podprto analizo in načrtovanje vodenja: Matlab, Control Toolbox, orodje za simulacijo Matlab- Simulink, okolje za večdomensko objektno orientirano modeliranje in simulacijo Dymola-Modelica.

Primeri z uporabo orodij za analizo, modeliranje, simulacijo in načrtovanje vodenja: ogrevanje stavbe, avtomobilsko vzmetenje, populacijska dinamika, električni sistemi, regulacija rotacijskih sistemov, robotski sistem, hidravlični sistem, …

Cilji in kompetence

Osnovni cilj je predstavitev avtomatike oz. avtomatskega vodenja sistemov na zanimiv način preko številnih primerov in z uporabo računalniških orodij. Pridobljene kompetence: modeliranje in simulacija enostavnejših sistemov, razumevanje principov povratne zanke, načrtovanje avtomatskega vodenja enostavnejših procesov, poznavanje najnaprednejših računalniških orodij za analizo, modeliranje, simulacijo in načrtovanje sistemov avtomatskega vodenja.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja (s številnimi primeri), nekaj zanimivih tem zunanjih predavateljev, laboratorijske vaje

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu naj bi bili študenti zmožni:

-analizirati dinamične sisteme,

-razviti matematične modele enostavnih procesov,

-razviti enostavne simulacijske modele,

-izbrati računalniško orodje za modeliranje in simulacijo,

-uporabiti računalniško orodje Matlab-Simulink za modeliranje, simulacijo in načrtovanje vodenja,

-načrtovati enostavnejše avtomatsko vodenje – regulacijo ne preveč zahtevnih procesov.

Reference nosilca

1. ZUPANČIČ, Borut, SODJA, Anton. Computer-aided physical multi-domain modelling : some experiences from education and industrial applications. V: ALEXÍK, Mikuláš (ur.), ŠNOREK, Miroslav (ur.), CEPEK, Miroslav (ur.). EUROSIM 2010 : special issue, Simulation modelling practice and theory, Elsevier, ISSN 1569-190X, 2013, vol. 33, str. 45-67.
2. ZUPANČIČ, Borut, SODJA, Anton. Analysis and control design of thermal flows in buildings : efficient experimentation with a room model in Matlab-Modelica environment. V: 8th EUROSIM Congress on Modelling and Simulation, Cardiff, Wales. AL-BEGAIN, Khalid (ur.). Eurosim 2013. [et al.]: IEEE = Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2013, str. 155-160.
3. KARER, Gorazd, MUŠIČ, Gašper, ŠKRJANC, Igor, ZUPANČIČ, Borut. Feedforward control of a class of hybrid systems using an inverse model. V: 6th Vienna International Conference on Mathematical Modelling, February 11-13, 2009, Vienna, Austria. TROCH, Inge (ur.), BREITENECKER, Felix (ur.). Transactions of IMACS, (Mathematics and computers in simulation, ISSN 0378-4754, vol. 82, no. 3 (Nov. 2011)). Amsterdam [etc.]: Elsevier, 2011, str. 414-427.
4. SODJA, Anton, ZUPANČIČ, Borut. Modelling thermal processes in buildings using an object-oriented approach and Modelica. Simulation modelling practice and theory, ISSN 1569-190X, Jul. 2009, vol. 17, no. 6, str. 1143-1159.
5. TROBEC LAH, Mateja, ZUPANČIČ, Borut, KRAINER, Aleš. Fuzzy control for the illumination and temperature comfort in a test chamber. Building and environment, ISSN 0360-1323, 2005, letn. 40, št. 12, str. 1626-1637.

Temeljni viri in literatura

Osnovna/basic:

1. B. Zupančič, Avtomatsko vodenje sistemov, delovna verzija učbenika,  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2017.
2. S. Oblak, I. Škrjanc, Matlab s Simulinkom : priročnik za laboratorijske vaje, 1. izdaja, Založba FE in FRI, Univerza v  Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2005.

Dodatna/additional:

1. B. Zupančič,  Zvezni regulacijski sistemi del,  Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2010.
2. B. Zupančič, R. Karba, D. Matko, I. Škrjanc,  Simulacija dinamičnih sistemov,  Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko , 2010.
3. R. Karba, Modeliranje procesov,  Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 1999.
4. S. Strmčnik, R.Hanus, Đ. Juričić, R. Karba, Z. Marinšek, D.Murray-Smith, H. Verbruggen, B. Zupančič, Celostni pristop k računalniškemu vodenju procesov, 1. izdaja,  Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 1998.

R. C. Dorf, H. Bishop: Modern Control Systems, Pearson Education, Inc., Publishing As Pearson Prentice Hall, Tenth Edition, 2004.