Popis předmětu - AE3B35MSD

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
AE3B35MSD Modeling and Simulation of Dynamic Systems
Role:  Rozsah výuky:2P+2L
Katedra:13135 Jazyk výuky:EN
Garanti:  Zakončení:Z,ZK
Přednášející:  Kreditů:6
Cvičící:  Semestr:Z

Webová stránka:

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

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:

Teach student to create models of realistically complex dynamic systems found in diverse application areas and analyze these by means of numerical simulations.

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:

The exercises will be dedicated to the work on assigned projects.

Literatura:

The course is based on
[1. ] F. T. Brown, Engineering System Dynamics. A Unified Graph-Centered Approach, Second Edition, 2nd ed. CRC Press, 2006.
The book is available in about 30 copies in the FEL library in NTK. In this course we will rely on students having access to the book. Another nice book, which can to some extent replace [1] is
[2. ] D.C. Karnopp et al. System Dynamics: Modeling and simulation of mechatronic systems. Wiley, 4. vyd., 2006.
But students will not be required to have an access to this book. For more tips on literature, visit the course website http://dce.fel.cvut.cz/msd

Požadavky:

Solid mastering all the parts of physics (at the undergraduate level), above all mechanics, electromagnetism and thermodynamics. Familiarity with basic results from differential calculus (differential equations and their numerical solution) and linear algebra (sets of linear equations and their numerical solution). Stránky předmětu: https://moodle.dce.fel.cvut.cz/

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14p+6l

Klíčová slova:

Modelling, simulation, dynamic systems

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán Obor Role Dop. semestr


Stránka vytvořena 28.3.2024 17:52:19, semestry: Z,L/2023-4, Z/2024-5, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)