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

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Irányítórendszerek gyors prototípustervezése

    A tantárgy angol neve: Rapid Control Prototyping

    Adatlap utolsó módosítása: 2012. október 9.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki szak

    Mérnök informatikus szak

    Szabadon választható tantárgy

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIAV11   2/0/2/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Kiss Bálint, Irányítástechnika és Informatika Tanszék
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Kiss Bálint

    Egyetemi docens

    Irányítástechnika és Informatika tanszék

    Kovács Gábor

    Tanársegéd

    Irányítástechnika és Informatika tanszék

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Szabályozástechnika, méréstechnika, programozás

    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:
    Kötelező előtanulmányi rend: a Szabályozástechnika (kódja VIIIA303 a villamosmérnöki szakon és VIAUA309 a mérnök-informatikus szakon) tárgy kreditjeinek megszerzése.

    Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a VIIIAV04 tárgyat.

    7. A tantárgy célkitűzése
    A tantárgy célja, hogy a hallgatók megismerjék az irányítástechnikai és rendszerfelügyeleti célú gyors prototípustervezés (rapid control prototyping) fogalmát, eljárásait és eszközeit, valamint alapvető jártasságot szerezzenek a mérnöki gyakorlatban használt két legelterjedtebb eszközrendszer, a Matlab - Simulink - Real-Time Workshop és a LabVIEW irányítástechnikai célú használatában, amelyek alapelveinek ismeretében más hasonló fejlesztői rendszerek alkalmazása is egyszerűen elsajátítható.

    A tantárgyat sikerrel teljesítő hallgatók gyakorlati ismeretekkel és készségekkel rendelkeznek a leginkább elterjedt gyors prototípustervező eszközök használatáról, amely tudást irányítástechnikai feladatok megoldása során további tanulmányaik alatt és a mérnöki gyakorlatban is sikeresen alkalmazhatják.

    8. A tantárgy részletes tematikája
    Előadások: 
    1. Az irányítástechnikai célú gyors prototípustervezés (rapid control prototyping) fogalma, helye az ipari fejlesztési folyamatban. A tervezés V-modellje, a gyors prototípustervezés szoftver- és hardvereszközei.
    2. A szimuláció szerepe a fejlesztési folyamatban, szimulációs célra felhasználható numerikus integráló algoritmusok. A Simulink gyors prototípustervező rendszer felépítése.
    3. Dinamikus rendszerek megadása S-függvények és beágyazott Matlab-függvények segítségével. A szimuláció gyorsításának eszközei: mex fájlok, a Matlab compiler.
    4. Az automatikus kódgenerálás folyamata, a hangolást és analízist segítő szolgáltatások (kapcsolat a valós időben futó kóddal, paraméterek változtatása, jelek rögzítése, kísérletvezérlés). Software-in-the-loop és hardware-in-the-loop technikák használata, a Real-Time Workshop (újabb nevén Simulink Coder) szolgáltatásai.
    5. Felügyeleti irányítás tervezése. Reaktív, diszkrét idejű és hibrid rendszerek fogalma, a felügyeleti irányítás szerepe. Modellezés véges állapotú automatákon alapuló eszközökkel, a hierarchia és a párhuzamosság szerepe a hatékony modellezésben. A StateCharts irányítástechnikai szemmel. Állapotok, átmenetek, események, feltételek, akciók és aktivitások. Hierarchia és párhuzamosság megvalósítása, történeti pontok.
    6. Grafikus felhasználói felületek tervezése és alkalmazása Matlab-környezetben. A felhasználói felületek elemei, objektumstruktúrája, a callback-függvények használata. Felhasználói felület létrehozása a Control Desk szoftver segítségével.
    7. Esettanulmány: gyors prototípustervezés Matlab-Simulink környezetben. Egy valós ipari projekt bemutatása.
    8,9. A National Instruments gyors prototípustervező eszközei, a szorosan integrált szoftver és hardver-platformon alapuló filozófia. A LabVIEW előlap-blokkdiagram architektúrája, a program és a felhasználói felület kapcsolata. A LabVIEW szolgáltatásai, moduljai. A grafikus programozás (G nyelv) elve. Változótípusok, alapvető programozási struktúrák (elágazások, ciklusok stb.) grafikus megvalósítása. 
    10. Felhasználói kód használata és szöveges programozás LabVIEW-ban. A MathScript modul szolgáltatásai.
    11. A LabVIEW irányítástechnikai szolgáltatásai, a Control Design and Simulation Module alkalmazása. Statechart-ok megvalósítása LabVIEW-környezetben.
    12. Valósidejű alkalmazások fejlesztése. A LabVIEW RealTime modul szolgáltatásai, ütemezési stratégiák, determinisztikus alkalmazások fejlesztése, processzek közti kommunikáció. Valósidejű hardvereszközök, FPGA-k használata.
    13. A gépi látás és képfeldolgozás irányítástechnikai felhasználásának alapjai, alapvető képfeldolgozási műveletek. A LabVIEW Vision szolgáltatásai.
    14.Esettanulmány: gyors prototípustervezés LabVIEW környezetben. Egy valós ipari projekt bemutatása.

    Gyakorlatok:
    1. Dinamikus rendszerek modellezése a Simulink segítségével. Szimulációs beállítások, a numerikus integrálási algoritmus helyes megválasztása.
    2-3. S-függvények és beágyazott Matlab-függvények használata. Első és második típusú S-függvények, korlátozások beágyazott függvények használata esetén.
    4. A Simulink Stateflow modulja, mint a felügyeleti irányítás eszköze. StateCharts diagramok megvalósítása Stateflow-ban, annak kapcsolata a Simulink-modell más részeivel. Események és változók használata, Matlab-kód integrálása a diagramba. 
    5. Grafikus felhasználói felület tervezése és megvalósítása Matlab-környezetben. A GUIDE használata, callback-függvények implementálása.
    6-7. Laboratóriumi gyakorlatok. Mechatronikai rendszerek irányítása Matlab-Simulink környezetben, I/O-elemek beépítése a diagramba, kapcsolat a fizikai rendszerrel. DSpace és Quanser hardver eszközök használata. Automatikus kódgenerálás, a kód futását felügyelő programok használata, jelek rögzítése és feldolgozása, HMI-k (layout-ok) létrehozása.
    8-9. A grafikus programozás alapjai. Alapvető struktúrák, ciklusok, elágazások használatának gyakorlása. Változótípusok, konverziók, előlapi elemek és kezelésük.
    10. A LabVIEW Control Design and Simulation Module szolgáltatásai, szimulációs hurkok használata. A szabályozótervezést és implementációt elősegítő blokkok használata.
    11. Valósidejű alkalmazások fejlesztése. A LabVIEW RealTime modul szolgáltatásai, valósidejű hurok, alkalmazások közti kommunikáció.
    12. Gépi látási alapműveletek használata, a LabVIEW Vision modul szolgáltatásai. Egyszerű képfeldolgozási feladat megoldása.
    13-14. Laboratóriumi gyakorlatok. Mechatronikai rendszerek irányítása LabVIEW környezetben, kapcsolat a fizikai rendszerrel. Valósidejű célhardverek használata.
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Hetente 2 óra előadás és 2 óra számítógéptermi/laboratóriumi gyakorlat az előre meghirdetett ütemezés szerint (amely az aktuális félév időbeosztása miatt módosulhat). A gyakorlati foglalkozásokra a HSZK számítógéptermében illetve egy tanszéki laboratóriumban kerül sor, ahol a szükséges hardver és szoftver eszközök rendelkezésre állnak. A laboratóriumi erőforrások korlátozottsága miatt a tárgyat felvevő hallgatók száma maximált.
    10. Követelmények

    a.       A szorgalmi időszakban: a félév során kiadott két házi feladat írásos és önálló megoldásának eredményes beadása. A házi feladatok beadása és sikeres megvédése az aláírás feltétele. A házi feladatok eredménye a vizsgajegybe 50%-os súllyal beszámít.

    b.      A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga

    c.       Elővizsga: nincs

    11. Pótlási lehetőségek A házi feladatok (otthoni feladatok) beadása a pótlási héten különeljárási díj megfizetése mellet is megkísérelhető.
    12. Konzultációs lehetőségek Az oktatók fogadóóráin, illetve hallgatói igény szerint előre egyeztetett időpontban.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
    Az előadások fóliái, elektronikus oktatási segédanyagok
    Matlab, Simulink és LabVIEW felhasználói kézikönyvek

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire
    Házi feladat elkészítése25
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
    Vizsgafelkészülés25
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Kiss Bálint

    egyetemi docens

    Irányítástechnika és Informatika tanszék

    Kovács Gábor

    tanársegéd

    Irányítástechnika és Informatika tanszék