Modeliranje in obdelava signalov

Opis predmeta

Uvod. Sistemi in sistemska teorija, primeri sistemov,  procesi, povezava sistemske teorije z modeliranjem.

Signali. Vrste, moč in energija. Osnovni signali, uvod v spektralno analizo,  Fourier-jeva vrsta, vzorčenje, digitalna obdelava, diskretna Fourier-jeva transformacija, digitalno filtriranje.

Modeliranje procesov. Cilji in pomembne zakonitosti pri modeliranju, vrste modelov, načini modeliranja: teoretično in eksperimentalno modeliranje, modeliranje in simulacija kot enovit ciklični postopek, primeri: avtomobilsko vzmetenje, ogrevanje v prostoru, primer iz populacijske dinamike.

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.

Orodja za računalniško podprto obdelavo signalov, analizo sistemov  in simulacijo: Matlab, Signal Processing Toolbox, Control Sytems Toolbox, orodje za simulacijo Matlab- Simulink, okolje za večdomensko objektno orienirano modeliranje in simulacijo Dymola-Modelica.

Cilji in kompetence

Študenti morajo osvojiti osnovna znanja iz teorije sistemov, obdelave signalov, osnovne pristope pri teoretičnem modeliranju, metode za simulacijo zveznih dinamičnih sistemov, ob tem morajo postati vešči uporabniki okolja Matlab-Simulink.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja in laboratorijske vaje.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu naj bi bili študenti zmožni:

-opisati signale v časovnem prostoru,

-poiskati frekvenčni spekter signalov,

-razviti matematične modele enostavnih procesov,

-izbrati računalniško orodje za modeliranje in obdelavo signalov,

-uporabiti računalniško orodje Matlab-Simulink,

-razviti enostavne simulacijske modele.

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, Modeliranje in obdelava signalov, 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. P. D. Cha , J. I. Molinder , Fundamentals of Signals and Systems: A Building Block Approach, Cambridge University Press, UK, 2006
2. B. Zupančič,  Zvezni regulacijski sistemi 1. del,  Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2010.
3. B. Zupančič, R. Karba, D. Matko, I. Škrjanc,  Simulacija dinamičnih sistemov,  Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko , 2010.
4. F. Mihelič,  Signali, Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Ljubljana, 2006
5. R. Karba, Modeliranje procesov, 1. izdaja, Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 1999.
6. P. Fritzson, Principles of Object Oriented Modeling and Simulation with Modelica 2.1, IEEE Press, John Wiley&Sons, Inc., Publication, USA, 2004
7. J.B. Dabney, T.L. Harman , Mastering SIMULINK , Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J., USA, 2004.
8. Dymola, Dynamic Modeling Laboratory, Users manual, ver 2014 FD01. Dessault Systems, Dynasim AB, Sweden, Lund, 2013.