Popis předmětu - A3B35MSD

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
A3B35MSD Modelování a simulace dynamických systémů Rozsah výuky:2P+2L
Garanti:  Role:PO,V Jazyk výuky:CS
Vyučující:  Zakončení:Z,ZK
Zodpovědná katedra:13135 Kreditů:6 Semestr:Z

Anotace:

Cílem předmětu je naučit se vytvářet matematické modely složitých dynamických systémů, a to sice modely použitelné coby podklad pro návrh řídicích algoritmů. Budeme se soustředit na systémy obsahující podsystémy různé fyzikální povahy. Ukážeme si, že koncept energie (či výkonu), který je univerzálně platný napříč fyzikálními doménami, je tím správný nástrojem pro spojování subsystémů elektrických, mechanických, hydraulických, ale i termodynamických. Některé poznatky a dovednosti získané v tomto kurzu však budou alespoň částečně použitelné i v oblastech, kde koncept energie není tak užitečný (systémy sociologické, ekonomické). Představíme si tři skupiny metod, které konceptu energie využívají, a to sice analytické metody pro Lagrangeovské a Hamiltonovské modelování známé z teoretické mechaniky, objektově orientované modelování coby alternativu více rozšířeného modelování pomocí blokových diagramů, a především velmi intuitivní metodiku vazebních grafů. Ať už se k matematickému modelu dostaneme jakoukoliv cestou, jedním ze způsobů jeho analýzy je simulace, tedy numerické řešení souvisejících diferenciálních či algebro-diferenciálních rovnic. V kurzu si představíme aspoň základní metody pro numerické řešení obyčejných diferenciálních rovnic s motivací získat porozumění problematice aproximačních chyb, numerické stability i vhodnosti různých metod pro různé modely.

Cíle studia:

Naučit studenty vytvářet modely realisticky složitých dynamických systémů nejrozmanitější fyzikální povahy, a tyto modely s využitím moderních softwarových nástrojů analyzovat pomocí numerické simulace.

Osnovy přednášek:

1.) Přehled formátů matematických modelů pro dynamické systémy
2.) Základní koncepty a komponenty pro modelování dynamiky pomocí vazebních grafů. Ilustrace pro mechanické, elektrické a hydraulické systémy
3.) Modelování jednoduchých systémů pomocí vazebních grafů, doplnění kauzality a extrakce signálových modelů z vazebních grafů
4.) Exktrakce stavových rovnic z kauzálních vazebních grafů; další příklady modelování vazebními grafy; redukce modelů úpravami vazebních grafů
5.) Úvod do metod analytické mechaniky - Lagrangeova metoda
6.) Použití Lagrangeova přístupu pro odvozování modelů složitějších systémů
7.) Příklady průmyslových projektů, kde modelování a simulace výrazně přispěly k monitorování neměřených či neměřitelných veličin v reálném čase, podpoře dispečerského řízení, návrhu algoritmů automatického řízení či plánování operací
8.) Software pro modelování a simulaci dynamických systémů
9.) Hybridní dynamické systémy
10.) Tepelné systémy pomocí vazebních grafů
11.) Numerická simulace dynamických systémů
12.) Numerická simulace dynamických systémů
13.) Modelování systémů s rozprostřenými parametry pomocí vazebních grafů

Osnovy cvičení:

Náplní samotného cvičení je práce na zadaných projektech.

Literatura:

Předmět je postaven na následující knize
[1. ] F. T. Brown, Engineering System Dynamics. A Unified Graph-Centered Approach, Second Edition, 2nd ed. CRC Press, 2006.
Kniha je v počtu cca 30 kusů k dispozici ve fakultní knihovně v NTK k zapůjčení pro studenty předmětu na celý semestr. Předmět je do značné míry založen i na samostatné práci studentů s knihou. Další doporučenou knihou, která je do značné míry záměnná s [1] je
[2. ] D.C. Karnopp et al. System Dynamics: Modeling and simulation of mechatronic systems. Wiley, 4. vyd., 2006.
Avšak nebudeme se na přístup studentů k této knize nikterak spoléhat. Další doporučení na literaturu jsou na webu předmětu na http://dce.fel.cvut.cz/msd.

Požadavky:

Solidní zvládnutí všech partií vysokoškolské fyziky, zejména mechaniky, elektromagnetismu a termodynamiky. Základy z diferenciálního počtu (diferenciální rovnice a jejich numerické řešení) a lineární algebry (soustava lineárních rovnic a její numerické řešení). Stránky předmětu: http://moodle.fel.cvut.cz

Webová stránka:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/A3B35MSD

Klíčová slova:

Modelování, simulace, dynamický systém

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán Obor Role Dop. semestr
BPOI1 Počítačové systémy V 5
BPOI_BO Před zařazením do oboru V 5
BPOI3 Softwarové systémy V 5
BPOI2 Informatika a počítačové vědy V 5
BPKYR1 Robotika V
BPKYR_BO Před zařazením do oboru V
BPKYR3 Systémy a řízení V
BPKYR2 Senzory a přístrojová technika V
BPKME1 Komunikační technika V 5
BPKME5 Komunikace a elektronika V 5
BPKME_BO Před zařazením do oboru V 5
BPKME4 Síťové a informační technologie V 5
BPKME3 Aplikovaná elektronika V 5
BPKME2 Multimediální technika V 5
BPEEM1 Aplikovaná elektrotechnika V 5
BPEEM_BO Před zařazením do oboru V 5
BPEEM2 Elektrotechnika a management V 5
BPKYR3 Systémy a řízení PO 5
BMI(ECTS) Manažerská informatika V 5
BWM(ECTS) Web a multimedia V 5
BIS(ECTS) Inteligentní systémy (bakalářský, dobíhající pro nástupní ročníky před 2013) V 5
BSI(ECTS) Softwarové inženýrství V 5


Stránka vytvořena 11.12.2019 12:50:36, semestry: Z,L/2020-1, L/2018-9, Z,L/2019-20, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)
Za obsah odpovídá: doc. Ing. Ivan Jelínek, CSc.