BME VIK - Irányításelmélet

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

Hálózatok és rendszerek, Szabályozástechnika

6. Előtanulmányi rend

Ajánlott:

Szabályozástechnika

7. A tantárgy célkitűzése

A tárgy célja, hogy összefoglalja az irányítástechnika korszerű elméleti irányzatait a mintavételes, optimális, adaptív és fuzzy/neurális irányítások területén, amelyek feltehetően még hosszú ideig hatni fognak az irányítástechnika elméletére és gyakorlatára. A módszerek többsége többváltozós rendszerek tervezésére szolgál.

8. A tantárgy részletes tematikája

I. Mintavételes SISO szabályozások tervezése (1-2. hét)

Szabályozó tervezés Tustin-transzformációval

Végesbeállású szabályozó tervezése

Smith-prediktor tervezése

Kétszabadságfokú szabályozó tervezése referenciamodell alapján

II. Állapottér módszerek (3-5. hét)

Irányíthatóság, megfigyelhetőség, elérhetőség, rekonstruálhatóság. Kanonikus alakok. Folytonos és diszkrét idejű rendszerek algebrai hasonlósága. Áttérés, logaritmikus mátrix.

Pólusáthelyezés állapotvisszacsatolással. Minimálisrendű állapotmegfigyelő. Szétcsatolás.

III. Nemlineáris és optimális irányítási rendszerek (6-8. hét)

Stabilitás (Ljapunov, aszimptotikus, globális). Ljapunov direkt módszere. La Salle-tétel. Lineáris rendszer stabilitása. Ljapunov egyenlet.

A statikus és dinamikus optimum analitikus feltételei. Kuhn-Tucker tétele. Lokális infimum elv. Pontrjagin-féle maximum elv.

Optimumkereső módszerek. Gradiens, konjugált gradiens és Newton módszer.

Optimális irányítás kvadratikus kritérium szerint. A probléma megoldása lineáris rendszer esetén, Riccati-egyenlet. A diszkrét idejű feladat és megoldása. A diszkrét idejű Kalman-szűrés mint optimum feladat megoldása.

IV. Adaptív és prediktív irányítások (9-11. hét)

Lineáris paraméterbecslési feladat. LS és rekurzív LS becslés.

Stabil operátorok l₂ térben. A k-lépéssel előretartó prediktor.

Diszkrétidejű rendszermodellek: AR, ARX, ARMAX, OE, Box-Jenkins, PEM. Identifikáció a legkisebb négyzetek (LS) és a segédváltozók (IV) módszerével. Paraméteroptimalizálás kvázi-Newton módszerrel ARMAX modell esetén. A Sytem Identification Toolbox szolgáltatásai.

MIMO önhangoló adaptív szabályozások.

Általánosított prediktív irányítás SISO rendszer esetén. CARIMA modell, célfüggvény, algoritmus.

V. Fuzzy szabályozások (12. hét)

Fuzzy halmazok, relációk, következtetések. Defuzzifikációs módszerek. TSK-típusú fuzzy rendszerek.

MacVicar-Whelan metaszabályok. Fuzzy tudásalapú szabályozók.

VI. Neurális rendszerek (13-14. hét)

Mesterséges neuron, aktivációs függvények.

Hoppfield-modell, perceptron, feedforward hálózatok.

Többrétegű hálózatok, back propagation (BP).

Modellezés és identifikáció neurális hálózatokkal.

Szubtraktív klaszterezés. Nulladrendű Sugeno (Wang) modell NN alakja, inicializálása és tanítása.

Adaptív hálózat alapú fuzzy következtető rendszerek (ANFIS).

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

(előadás, gyakorlat, laboratórium):

A tárgy előadásból áll, amelynek anyagába beillesztésre kerülnek az elméletet magyarázó illusztrációs példák. A tárgy intenzíven épít a MATLAB-ot használó Control System Toolbox és Optimization Toolbox irányítástechnikai tervező programokra.

10. Követelmények

a. A szorgalmi időszakban:

1 házi feladat (ki: 4. hét, be: 12. hét), osztályzata a vizsgába beszámít (20%). A házi feladat a vizsgaidőszakban nem pótolható.

Az aláírás és a vizsgára bocsátás feltétele: érvényes házi feladat.

b. A vizsgaidőszakban:

írásbeli vizsga;

11. Pótlási lehetőségek

Sikertelen házi feladat különeljárási díjjal a szorgalmi időszak végéig pótolható.

12. Konzultációs lehetőségek

Hallgatói igény esetén a 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.

Lantos Béla: Irányítási rendszerek elmélete és tervezése II. Korszerű szabályozási rendszerek. Akadémia Kiadó, Budapest, 2003.

Lantos Béla: Fuzzy systems and genetic algorithms. Műegyetemi Kiadó, 2002.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	56
Félévközi készülés órákra	30
Házi feladat elkészítése	32
Vizsgafelkészülés	32
Összesen	150

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:	Beosztás:	Tanszék, Int.:
Dr. Lantos Béla	egyetemi tanár	Irányítástechnika és Informatika