Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Szabályozástechnika

    A tantárgy angol neve: Control Engineering

    Adatlap utolsó módosítása: 2006. július 1.

    Tantárgy lejárati dátuma: 2015. január 31.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Műszaki Informatika Szak

    Kötelező tantárgy

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIFO3215 5. 3/1/0/v 5 1/1
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Lantos Béla,
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Lantos Béla

    egyetemi tanár

    Irányítástechnika és Informatika

    dr. Kiss Bálint

    egyetemi adjunktus

    Irányítástechnika és Informatika

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Jelek és rendszerek, Analízis, Valószínűségszámítás

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    TárgyEredmény( "BMEVIEV2213" , "jegy" , _ ) >= 2 VAGY TárgyEredmény( "BMEVIEV1505" , "jegy" , _ ) >= 2 VAGY TárgyEredmény( "BMEVIEV2217" , "jegy" , _ ) >= 2 VAGY TárgyEredmény( "BMEVIEV2239" , "jegy" , _ ) >= 2 VAGY TárgyEredmény( "BMEVIEVF508" , "jegy" , _ ) >= 2 VAGY TárgyEredmény( "BMEVIHVA214" , "jegy" , _ ) >= 2

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:

    Jelek és rendszerek

    7. A tantárgy célkitűzése

    A szabályozástechnika alapfogalmainak és egyszerű alapstruktúráinak ismertetése. Az alapstruktúrák analízisének és szintézis módszereinek olyan tárgyalása, amely kellő elvi alapot ad a különböző műszaki informatikai alkalmazásokban megjelenő leggyakoribb szabályozási feladatok megértésére és megoldására, irányítástechnikai szoftver rendszerek fejlesztésére és a további speciálisabb ismeretbővítésre.

    A Szabályozástechnika tárgyat az Irányítástechnika és Informatika, valamint az Automatizálási és Alkalmazott Informatika tanszékek felváltva, egyforma tematikával és követelményrendszer mellett (a keresztfélévben is) adják elő. Amelyik tanszék tartja a normál előadást, ugyanaz a tanszék tartja a keresztféléves előadást is. Bármelyik tanszéken 1999. szeptember után aláírást szerzett hallgató bármelyik tanszék vizsgáján szerezhet osztályzatot.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    I. Bevezetés (l. hét)

    Folyamatok irányításának a célja és megvalósítási módja. Irányítási struktúrák. A szabályozási kör szerkezeti, működési és hatásvázlatai. Értéktartó és követő szabályozások.

    II Folyamatok modellezése és rendszertechnikai leírása (2-4. hét)

    Dinamikus rendszerek osztályozása. Folytonos idejű rendszerek állapotegyenlete, numerikus megoldás (Euler, Runge-Kutta, Adams módszer). Lineáris rendszer alapmátrixa és tranziense.

    Többváltozós (MIMO) rendszer átviteli függvénye, pólusa, zérushelye. Exponenciális mátrix, Leverrier-Faddajeva képlet. Koordinátatranszformáció hatása.

    Diszkrétidejű MIMO rendszer állapotegyenlete, tranziense, diszkrétidejű átviteli függvénye. Algebrai hasonlóság a folytonos és diszkrétidejű rendszerek között. Reverzibilis rendszerek.

    Nemlineáris rendszerek egyensúlyi helyzete, Ljapunov-stabilitás, perturbáció, linearizálás. Ljapunov direkt módszere. Kapcsolat a linearizált és nemlineáris rendszer stabilitása között.

    Szabályozástechnikai tervező programok szolgáltatásai, MATLAB, Control System Toolbox.

    III. Folytonosidejű egyváltozós (SISO) rendszerek tervezése (5-6. hét)

    Az állapotegyenlet szabályozó és megfigyelő alakja. Alapkapcsolások, szabályozási kör, felnyitott kör. Alaptagok, körerősítés, típusszám, PID szabályozó.

    Követési tulajdonságok. Stabilitás kritériumok (Hurwitz, Nyquist, Bode) és alkalmazásuk. Fázistöbblet és túllövés kapcsolata.

    Szabályozóbeállítás tervezése előírt statikus pontosság és fázistöbblet esetén. Holtidős rendszer kompenzálása. Gyökhelygörbe módszer, dinamikus minőségi jellemzők, domináló póluspár. Statikus nemlinearitások figyelembevétele.

    IV. Diszkrétidejű egyváltozós (SISO) rendszerek tervezése (7-9. hét)

    A mintavételi törvény alakja idő- és frekvenciatartományban. Kauzalitás, tartószervek. Áttérés folytonos időről diszkrét időre. Domináló póluspár helye a z-síkon.

    Analóg kompenzáló tag mintavételes implementálása. Közelítések és ekvivalenciák. Stabilitási tulajdonságok, frekvencia torzulás. Diszkrétidejű szabályozás tervezése folytonosidejű módszerekkel. PID algoritmusok, integrátor windup.

    Dead-beat (véges beállási idejű) szabályozás. Célkitűzés, tervezési módszer a beavatkozó jelre vonatkozó korlátok figyelembevételével. A mintavételi idő megválasztása, hullámzások kiküszöbölése.

    Kétszabadságfokú szabályozó tervezése polinomiális módszerrel.

    V. Irányíthatóság, megfigyelhetőség (10. hét)

    Irányíthatóság és megfigyelhetőség folytonos időben. Rangfeltétel az irányíthatóságra, az állapottér felbontása, lépcsős alak. A megfigyelhetőség dualitása az irányíthatósággal, rangfeltétel. Lineáris rendszer Kalman-féle felbontása. Diszkrétidejű rendszerek specialitása; elérhetőség, rekonstruálhatóság.

    VI. Tervezési módszerek állapottérben SISO rendszerek esetén (11-12. hét)

    Pólusáthelyezés állapotvisszacsatolással. Ackermann képlet. Állapotmegfigyelő és tervezése. Az alapjel figyelembevétele.

    VII. Optimalizálás, identifikáció (13. hét)

    Statikus optimalizálás, Lagrange-multiplikátor szabály, lineáris paraméterbecslés (batch és rekurzív alak).

    Optimum keresés végesdimenziós terekben, gradiens, konjugált gradiens és Newton-módszer.

    Diszkrétidejű rendszermodellek (ARX, ARMAX) és identifikációjuk.

    IX. Kitekintés (14. hét)

    Nemlineáris rendszerek modellezése visszacsatolás nélküli neurális hálózattal és fuzzy rendszerrel. Adaptív fuzzy/neurális hálózat (ANFIS). Optimalizálás genetikus algoritmussal. A szabályozástechnika modern és posztmodern irányzatai.

    A szabályozástechnikában használható MATLAB toolboxok. Gyors prototipus szabályozó tervezés, Real Time Toolbox és DSP alapú hardver architektúrák.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    (előadás, gyakorlat, laboratórium):

    A tárgy előadásból (heti 3 óra) és gyakorlatokból (kéthetente 2 óra, féléves átlagban heti 1 óra) áll. A gyakorlatokon számítógép, a MATLAB és a Control System Toolbox felhasználásával tipikus szabályozástechnikai tervezési feladatok megoldására kerül sor.

    10. Követelmények

    a. A szorgalmi időszakban:

    1 nagy ZH (10. hét), 1 pót ZH (13. hét) órarenden kívül erre fenntartott időben, 1 házi feladat (ki: 4. hét, be: 12. hét). Értékelésük 1,....,5 osztályzatokkal történik, elfogadásukhoz legalább elégséges osztályzat kell.

    Sikertelen nagy ZH egyszer pótolható a szorgalmi időszakban. Sikertelen házi feladat különeljárási díjjal az utolsó gyakorlatig pótolható. A házi feladat a vizsgaidőszakban nem pótolható.

    A félév lezárásához szükséges követelmény: legalább elégséges osztályzat a nagy ZH-ra és a házi feladatra.

    Nem kap aláírást a hallgató, ha a gyakorlatról való hiányzások összóraszáma a 30 %-ot meghaladja, vagy ha a házi feladatra nem sikerült legalább elégséges osztályzatot szerezni a szorgalmi időszakban, vagy ha a nagy ZH-ra nem sikerült legalább elégséges osztályzatot szerezni a szorgalmi időszakban illetve a vizsgaidőszak harmadik hetének végéig.

    Ebben az esetben a hallgató nem kap aláírást.

    A nagy ZH és a házi feladat osztályzat a vizsgajegybe beszámít (max. 20 %).

    A vizsgára bocsátás feltétele: aláírás.

    b. A vizsgaidőszakban:

    a vizsga írásbeli;

    a vizsgaosztályzat kialakítása: hozott pont: 2 * (ZH+HF osztályzat), vizsga teszt: 40 pont, vizsga feladat: 40 pont

    összesen: max. 100 pont

    Összpontszám: Osztályzat:

    1- 39 vagy teszt < 20: 1 (elégtelen)

    40 – 59: 2 (elégséges)

    60 – 74: 3 (közepes)

    75 – 84: 4 (jó)

    85 – 100: 5 (jeles)

    A vizsga teszt részénél semmi sem; feladat részénél minden használható.

    11. Pótlási lehetőségek

    Sikertelen nagy ZH egyszer pótolható a szorgalmi időszakban vagy egy alkalommal a vizsgaidőszak harmadik hetének végéig.

    12. Konzultációs lehetőségek

    Hallgatói igény esetén a ZH, pót ZH és vizsgák előtt az oktatóval egyeztetett időpontban.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Lantos Béla: Irányítási rendszerek elmélete és tervezése I. Egyváltozós rendszerek. Akadémia Kiadó, Budapest, 2001.

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

    :

    Kontakt óra

    56

    Félévközi készülés órákra

    28

    Felkészülés zárthelyire

    12

    Házi feladat elkészítése

    30

    Vizsgafelkészülés

    24

    Összesen

    150

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Lantos Béla

    egyetemi tanár

    Irányítástechnika és Informatika