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

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

A tárgy célja, hogy korszerű és átfogó ismereteket nyújtson az ipari informatika olyan alkalmazásai területein, ahol a feladat egy rendszer köré épülő időkritikus információgyűjtési, feldolgozási és döntési ciklus autonóm működtetése. A tárgy bemutatja a szükséges informatikai komponensek fejlesztésének korszerű technológiáit, valamint azok rendszertechnikai hátterét.

A tárgyat sikeresen teljesítő hallgató képes lesz:

• (K1) bemutatni az autonóm rendszerek fejlesztésekor használt, irányítástechnikai célú, gyors prototípus tervezési (RCP) technológiák módszereit és azok szerepét a fejlesztési folyamatban,
• (K3) alkalmazni az RCP egyes szoftver és hardver eszközeit, használni a LabVIEW és a Matlab/Simulink fejlesztői környezeteket RCP célokra,
• (K2) elmagyarázni a folytonos és diszkrét állapotváltozókat tartalmazó dinamikus rendszerekből felépített, diagram alapú modellek futtatásának lépéseit, továbbá az egyes rendszerelemek leírásához szükséges adatstruktúrákat és metódusokat,
• (K3) alkalmazni egyes, a valós idejű szimulációt lehetővé tevő automatikus kódgenerálási technológiákat,
• (K4) egyszerűbb funkciót megvalósító fejlesztés specifikációjának elemzése nyomán javaslatot tenni a sz sükséges RCP környezet hardver és szoftver elemeire,
• (K3) lineáris időinvariáns modellekkel leírható dinamikus rendszerek esetében állapotteres megfigyelők és visszacsatolások tervezési eljárásait alkalmazni.
  

Előadások:

1. hét: Autonóm rendszerek irányítástechnikai gyors prototípus tervezésének módszertana. A rapid control prototyping (RCP) fogalma, helye az ipari informatikai fejlesztési folyamatban. A tervezés V-modellje, a gyors prototípustervezés szoftver- és hardver komponensei, a fejlesztői környezet tipikus elemei. Diagram alapú tervező eszközök alapfunkciói.

2. hét: Jelfolyamgráf-alapú, grafikus programozási paradigma. A LabVIEW környezet és a G nyelv: vezérlési szerkezetek.

3. hét: A párhuzamos működés biztosítása és tervezési minták használata LabVIEW környezetben.

4 hét: Diagram/modell futtatásának lépései, a futtatáshoz szükséges numerikus módszerek (algebrai hurok feloldása, integrálási eljárások, műveletek sorrendjének meghatározása stb.).

5. hét: Simulink modell és futtatása, elemkönyvtárak, iteráció előkészítése, iterációs hurok működése, az iteráció futtatásának befolyásolása. Adatintegritás és az adatátadás determinisztikusága különböző mintavételi idejű csomópontok között, a rate transition blokk működése.

6. hét: Dinamikus viselkedésű elemek felhasználói specifikációja. Dinamikus rendszer megadása, interfész az iteráló algoritmus felé, iterációs események kezelése.

7. hét: S-függvények, egyedi elemkönyvtárak létrehozása a Simulink használatával. A szimuláció gyorsításának eszközei: mex fájlok, Matlab compiler.

8. hét: Futtatás célrendszereken. A target fogalma, az automatikus kódgenerálás folyamata és eszközkészlete, a hangolást és analízist segítő szolgáltatások (kapcsolat a valós időben futó kóddal, paraméterek változtatása, jelek rögzítése).

9. hét: A célrendszeren történő futtatás szerepe az autonóm rendszerek funkciófejlesztési ciklusában. A software-in-the-loop, a processor-in-the-loop és a hardware-in-the-loop szimulációs technikák és alkalmazásuk területei.

10. hét: A Simulink Coder szolgáltatásai, elterjedt, moduláris célrendszerek (NI, dSPACE, Quanser, nyílt architektúrák).

11. hét: Célrendszeri futtatások vezérlése, eredmények tárolása, analízise. Kísérlettervezés, automatizált és távoli kísérletvezérlés. A rendszer jeleinek rögzítése, aszinkron és off-line megjelenítése, felhasználásuk a kísérletek lefutásának vezérlésében.

12. hét: Autonóm viselkedés megvalósítása önműködő érzékelés-döntéshozás-beavatkozás hurkon keresztül. Nyílt hurok fogalma, beavatkozás ismert vagy becsülhető állapotok esetén, a zárt hurok fogalma.

13. hét: Állapotbecslésen és állapotvisszacsatoláson alapuló módszerek. Determinisztikus becslők lineáris rendszerekhez (Luenberger-megfigyelő) folytonos és diszkrét időben.

14. hét: Összefoglalás, kitekintés. A megismert technológiák összefoglaló bemutatása esettanulmányokon, a technológia fejlődésének jelenlegi irányai, kapcsolat más informatikai technológiákkal (gyártásautomatizálás, termelésirányító rendszerek, elosztott rendszerek stb.).

Gyakorlatok:

1-2. gyak.: A LabView fejlesztői környezet és a gyors prototípus tervezést támogató egyes szolgáltatásainak vizsgálata.

3. gyak.: Dinamikus rendszerek szimulációja és ODE megoldók vizsgálata.

4. gyak.: A Simulink elemkönyvtárainak használata és dinamikus rendszerek megadása Matlab, illetve C nyelveken megírt S-függvények segítségével.

5. gyak.: Automatikus kódgenerálás a szimuláció gyorsításához, illetve jelátalakításokat megadó Simulink hatásvázlatok (diagrammok) futtatáshoz beágyazott platformon.

6. gyak.: Állapotteres visszacsatolás tervezése folytonos/diszkrét idejű, lineáris dinamikus rendszerekhez, a méretezés elvégzése Matlabbal és a zárt kör szimulációja.

7. gyak.: Állapotmegfigyelők tervezése, vizsgálata és implementálása valós időben, beépítésük a visszacsatolásba.

Heti két óra előadás, továbbá heti egy óra gyakorlat. A gyakorlatok az előadásokon elhangzott anyagrészekre építenek, a feladatok hatékony megoldásához előzetes felkészülést ajánlunk a kapcsolódó anyagrészekből. A gyakorlaton használt fejlesztőkörnyezetek távoli elérése felhő infrastruktúra használatával biztosított. A megfelelő alkalmazói szintű ismeretek elsajátításához szükség esetén a feladatok önálló megoldását, befejezését javasoljuk.

A szorgalmi időszakban: egy darab kilencven perces zárthelyi dolgozat (ZH) eredményes (legalább elégséges) megírása.

A ZH eredménye a vizsgajegybe 20%-kal beszámít. 

A vizsgaidőszakban: a vizsga írásbeli teljesítményértékelésből és az évközi ZH eredményének beszámításából áll. A vizsgába a ZH alapján beszámított évközi részeredmény a vizsgaidőszakban nem pótolható és nem javítható. A vizsga összpontszáma 50, melyből 10 pont a ZH pontszáma alapján arányosan adódik, 40 pont pedig az írásbeli teljesítményértékelés során szerezhető. A vizsga sikeres teljesítéséhez legalább 21 pontot kell szerezi az 50-ből.

A ZH a szorgalmi időszakban egy alkalommal pótolható, vagy annak eredménye egy alkalommal javítható. A ZH a pótlási héten nem pótolható, illetve nem javítható.

Az oktatók fogadóóráin, illetve hallgatói igény szerint előre egyeztetett időpontban, a ZH időpontját és vizsgaalkalmakat megelőzően.

A tárgyból IMSc pontok csak jeles vizsgaeredmény elérése esetén járnak. A tárgyból mindösszesen 20 IMSc pont szerezhető az alábbiak szerint: 

1. A ZH emelt szintű feladatainak megoldásával 10 IMSc pont szerezhető.
2. A vizsga emelt szintű feladatainak megoldásával 10 IMSc pont szerezhető.

Mind az ZH, mint a vizsga emelt szintű feladatainak esetében részpontszámok is szerezhetők. Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.