Rozsah:

4x30 hod
Moduly: Dynamika procesov s obmedzeniami, Kompenzácia časových oneskorení, Kompenzácia porúch, Riadenie nelineárnych sústav Každý modul:
4 h úvodný prezenčný workshop

4 h cvičení v počítačovej učebni alebo 2x5 h vypracovanie dvoch zadaní
120 h samoštúdia

Študijná podpora:konzultácie cez Internet, tlačené materiály, CD, glosár, podporný elektronický materiál, FAQ, diskusné fórum
Štandardná dĺžka trvania:4x4 týždn
Vstupné predpoklady:Základné znalosti z oblasti z matematiky a teórie systémov. Znalosť základnej práce s PC v prostredí Windows a základov práce s internetom.
Vstupné predpoklady budú overené pomocou vstupných testov.
Učebné osnovy:Absolvovanie kurzu prináša vedomosti, ktoré podstatne zvyšujú spoľahlivosť a kvalitu nastavenia existujúcich priemyselných regulátorov a ukazujú možnosti návrhu a nastavenia nových typov regulátorov zohľadňujúcich vždy existujúce obmedzenia akčných veličín, stavových veličín, resp. obmedzení na rýchlosť zmien výstupnej alebo akčnej veličiny.
1. Dynamika procesov s obmedzeniami, Úvod - základné princípy a pojmy, história, rozdelenie a význam systémov s obmedzeniami, dynamické triedy regulácií, Feľdbaumova veta. Návrh regulátorov dynamickej triedy 1 - reléové časovo optimálne riadenie, lineárne riadenie so zadávaním pólov, časovo optimálne riadenie so zadávaním pólov. Návrh regulátorov dynamickej triedy 2 na základe zmenšovania vzdialenosti od referenčných priamok, resp. kriviek - reléové časovo optimálne riadenie, lineárne riadenie so zadávaním pólov, vplyv obmedzenia akčnej veličiny, referenčné brzdné priamky a lineárny algoritmus riadenia, referenčné brzdné krivky, časovo optimálne riadenie so zadávaním pólov. Návrh regulátorov dynamickej triedy 2 na základe rozkladu dynamiky na zložky (paralelný model). Návrh regulátorov dynamickej triedy 2 s komplexnými pólmi uzatvoreného obvodu - tvarovanie vstupného signálu, programovanie zosilnení regulátora pri riadení sústav s oneskoreniami. Riadenie sústav vyšších rádov - rozklad na fázy, resp. zložky (módy) pri riadení sústav vyšších rádov, približné postupy využívajúce zníženie relatívneho rádu riadenej sústavy.
2. Kompenzácia časových oneskorení Pasívna kompenzácia oneskorení 1 - elementárne časové oneskorenia a ich vplyv na kvalitu prechodových dejov pri regulátoroch dynamickej triedy 1 (P-regulátoroch), optimálne nastavenie P-regulátora zodpovedajúce dvojnásobnému reálnemu dominantnému pólu, ekvivalentné póly. Pasívna kompenzácia oneskorení 2 - elementárne časové oneskorenia a ich vplyv na kvalitu prechodových dejov pri regulátoroch dynamickej triedy 2 (PD-regulátoroch), optimálne nastavenie PD-regulátora zodpovedajúce trojnásobnému reálnemu dominantnému pólu, ekvivalentné póly. Nastavenie regulátorov - z nameraných prechodových charakteristík, z merania na hranici stability a z reléového experimentu. Aktívna kompenzácia oneskorení - stavový a polynomiálny prístup.
3. Kompenzácia porúch
Dve dynamické triedy PI - regulátorov - odstránenie trvalej regulačnej odchýlky zavedením I-zložky na báze rekonštrukcie a kompenzácie porúch inverzným modelom, riešenie pre dominantnú dynamiku prvého rádu v spätnej väzbe a pre dynamiku prvého rádu v priamej vetve riadenia, porovnanie s tradičným PI-regulátorom. Tri dynamické triedy PID - regulátorov regulátorov - odstránenie trvalej regulačnej odchýlky zavedením I-zložky na báze rekonštrukcie a kompenzácie porúch inverzným modelom, riešenie pre dominantnú dynamiku druhého rádu v spätnej väzbe, pre dynamiku druhého rádu rozdelenú medzi priamou vetvou riadenia a spätnou väzbou a pre dynamiku druhého rádu v priamej vetve riadenia, porovnanie s tradičným PID-regulátorom. Kompenzácia trvalej odchýlky a časových oneskorení v stavovom priestore - kompenzácia porúch s aktívnou kompenzáciou akumulačných oneskorení a s aktívnou kompenzáciou dopravného oneskorenia, porovnanie troch dynamických tried PID regulátorov, obvody podľa Reswicka a Smitha a ich ďalšie modifikácie pre diskrétne a spojité obvody. Polynomiálny návrh obvodov s obmedzeniami
4. Riadenie nelineárnych sústav
Linearizácia nelineárnych sústav v okolí nerovnovážnych pracovných bodov - hraničné prípady: linearizácia v pevnom pracovnom bode, linearizácia v okamžitom stave (exaktná linearizácia), zásady na voľbu pracovného bodu pri požiadavke monotónnych prechodových dejov v diskrétnych obvodoch. Zavedenie I-zložky na báze rekonštrukcie a kompenzácie pôsobiacich porúch inverzným modelom - zásady na voľbu pracovného bodu pri požiadavke monotónnosti procesu rekonštrukcie, resp. riadenia v diskrétnych obvodoch. Obvody s viacerými obmedzeniami - obmedzenia na akčnú a stavové veličiny, obmedzenia akčnej veličiny a rýchlosti jej zmien, resp. rýchlosti zmien výstupnej veličiny.
Ciele:Po absolvovaní modulu by študujúci mali vedieť:
  • vysvetliť základné problémy syntézy systémov s obmedzeniami,
  • vymenovať základné prístupy k návrhu riadenia takýchto systémov i charakterizovať ich zložitosť a spoľahlivosť,
  • navrhovať regulátory dynamickej triedy 1 a 2,
  • vedieť charakterizovať fázy riadenia sústav vyšších rádov,
  • vedieť znížiť relatívny rád sústavy vhodnou voľbou fiktívneho výstupu.
  • vedieť nastaviť regulátor dynamickej triedy 1 (P-regulátor), resp. 2 (PD-regulátor) na základe nameraných prechodových charakteristík, z merania na hranici stability, resp. z reléového experimentu,
  • vedieť navrhnúť regulátory s aktívnou kompenzáciou dopravného oneskorenia, resp. akumulačného oneskorenia charakterizovaného časovou konštantou.
  • vysvetliť príčinu vzniku windup efektu v tradičných PID-regulátoroch,
  • navrhovať rôzne dynamické triedy regulátorov s kompenzáciou trvalej regulačnej odchýlky a s aktívnou kompenzáciou rôznych typov časových oneskorení v stavovom priestore a polynomiálnym prístupom
  • vedieť aplikovať linearizáciu sústavy v okolí nerovnovážnych pracovných bodov,
  • vedieť zásady na voľbu pracovného bodu linearizácie sústavy pri požiadavke monotónnosti prechodových dejov,
  • vedieť zásady na voľbu pracovného bodu linearizácie inverzného modelu pri rekonštrukcii porúch a požiadavke monotónnosti rekonštrukčných procesov,
  • vysvetliť postup návrhu pri existencii viacerých obmedzení v obvode.
Literatúra:
  1. Huba, M. Syntéza systémov s obmedzeniami I., II. Vydavateľstvo STU Bratislava 2003.
  2. Články z časopisov a zborníkov konferencií