Vodenje sistemov

Opis predmeta

Uvod v vodenje sistemov: splošno, vrste, učinki, gradniki, celostni in sistemski pristop.

Modeliranje: cilji, sistem, proces, model, simulacija, teoretično, eksperimentalno in kombinirano modeliranje, ciklični postopek modeliranja in simulacije, primeri: avtomobilsko vzmetenje, ogrevanje prostora, ekološki model žrtev in roparjev. Prikazi modelov v okolju Dymola-Modelica.

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

Simulacija: osnovne metode (indirektni način, sim. prenosnih funkcij), vpeljava okolja Matlab-Simulink .

Računalniško podprta analiza, modeliranje in simulacija.

Analiza sistemov v časovnem prostoru: vpliv polov in ničel, proporcionalni, integrirni in diferencirni sistemi, stabilnost.

Vodenje sistemov: odprtozančni sistem, zaprtozančni sistem, sledilno delovanje, regulacijsko delovanje, pokazatelji kvalitete reg. sistema, obravnava v delovni točki, ustaljeno stanje reg. sistemov, stabilnost.

Regulacijski algoritmi: PID regulator, določevanje parametrov z nastavitvenimi pravili, optimiranje parametrov s pomočjo okolja Matlab, primerne cenilke, računalniška izvedba PID algoritma.

Analiza in načrtovanje regulacijskih sistemov z diagramom lege korenov.

Analiza in načrtovanje regulacijskih sistemov v frekvenčnem prostoru.

Analiza in načrtovanje regulacijskih sistemov v prostoru stanj.

Predmet učimo na programih

Elektrotehnika 2. stopnja

Cilji in kompetence

Osnovni cilj je predstavitev avtomatike oz. vodenja sistemov na zanimiv način preko številnih primerov, z uporabo računalniških orodij in s praktičnim delom v dobro opremljenem laboratoriju. Pridobljene kompetence so naslednje: modeliranje in simulacija sistemov, ki se pojavljajo v avtomatiki, razumevanje principov povratne zanke, načrtovanje enostavnejšega PID vodenja in zahtevnejšega vodenja (kompenzacijske metode, regulator stanj, …), poznavanje najnaprednejših računalniških orodij za analizo sistemov, modeliranje, simulacijo in načrtovanje vodenja.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja (s številnimi primeri), laboratorijske vaje.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno opravljenem predmetu naj bi bili študenti zmožni:

– razviti matematične modele enostavnejših procesov, tudi laboratorijskih modelnih naprav,

– izbrati računalniško orodje za modeliranje, simulacijo in načrtovanje vodenja,

– razviti simulacijske modele v okolju Matlab-Simulink in Dymola-Modelica,

– uporabiti računalniška orodja Matlab-Simulink in Control Systems Toolbox za modeliranje, simulacijo in načrtovanje vodenja,

– razviti več načinov vodenja (PID, regulator stanj, kompenzator) v simulacijskem okolju,

– primerjati načine vodenja v simulacijskem okolju,

– načrtati računalniško vodenje realnih naprav, npr. laboratorijskih modelnih naprav,

– izdelati vodenje realnega procesa z mikrokrmilnikom Arduino.

Temeljni viri in literatura

Osnovna/basic:

B. Zupančič, Vodenje sistemov, delovna verzija učbenika, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2017.
Gregor Klančar, Vodenje sistemov, Praktikum, delovna verzija gradiva za laboratorijske vaje, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2014.
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:

B. Zupančič, Zvezni regulacijski sistemi del, Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2010.
B. Zupančič, Zvezni regulacijski sistemi del, Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 2010.
B. Zupančič, Računalniška simulacija, delovna verzija učbenika za predmet Računalniška simulacija, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko , 2015.
B. Zupančič, Modelica, delovna verzija učbenika za predmet Računalniška simulacija, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko , 2015.
R. Karba, Modeliranje procesov, Založba FE in FRI, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 1999.
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.