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

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Irányításelmélet

    A tantárgy angol neve: Control Theory

    Adatlap utolsó módosítása: 2010. augusztus 27.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Mechatronikai mérnök mesterszak

    Gépészmérnöki Kar MSC képzés

    Kötelező tárgy, 2. szemeszter
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIM016 2 3/1/0/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Harmati István,
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Lantos Béla egyetemi tanár, Irányítástechnika és Informatika Tanszék

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Lineáris algebra és mátrixszámítás alapjai, komplex számok, differenciál- és integrálszámítás, elsőrendű differenciálegyenletek, egyszerű fizikai rendszerek működését leíró egyenletek.

    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:
    Matematika A2 (kötelező)
    7. A tantárgy célkitűzése A tárgy célja, hogy összefoglalja az irányítástechnika korszerű elméleti irányzatait a mintavételes, optimális, prediktív és adaptiv irányítások, valamint a rendszeridentifikáció és a neuro-fuzzy irányítások területén, amelyek feltehetően még hosszú ideig hatni fognak a mechatronikai rendszerek, robotok, autonóm járművek és folyamatok irányításának elméletére és gyakorlatára. A módszerek alkalmazását tipikus irányítástechnikai tervezési feladatok keretében korszerű eszközök felhasználásával mutatja be. A módszerek többsége többváltozós rendszerek tervezésére szolgál. A tárgyat sikeresen abszolváló hallgatók közre tudnak működni többszintű számítógépes irányító rendszerek tervezésében, a működéshez szükséges algoritmusok kifejlesztésében és megvalósításában. Hosszú távon hasznosítható készségekkel rendelkeznek 1) a rendszermodellezés és identifikáció területén, 2) korszerű elméletek bevonásával analizálni és tervezni tudnak irányítási alrendszereket és komplex rendszereket, 3) ismerik a tervezést támogató korszerű eszközöket, 4) rendelkeznek a technológiai rendszerek és más határterületek szakembereivel való együttmüködési képességgel komplex problémák megoldására.    
    8. A tantárgy részletes tematikája

    13 tényleges oktatási hét: 39 előadási + 13 tantermi gyakorlati óra.

    1. Az irányítástechnikai alapok összefoglalása (3 óra előadás):  Dinamikus rendszerek leírási módszerei. Egybemenetű-egykimenetű (SISO) és többváltozós (MIMO) rendszerek. Szabályozási körök statikus és dinamikus minőségi jellemzői, hibaintegrálok. Szabályozások osztályozása. Szabályozási körök tervezésének lépései. Stabilitáskritériumok. A szabályozáselmélet főbb irányzatai. A MATLAB, Simulink, Control System Toolbox eszközök fontosabb szolgáltatásai. 

    2. Mintavételes SISO szabályozások tervezése (6 óra előadás): Mintavételes SISO szabályozások leírási módszerei. Szabályozó tervezés bilineáris transzformációval. Kétszabadságfokú szabályozás. Holtidős rendszer irányítása Smith-prediktorral. 

     3. Szabályozások tervezése állapottérben (6 óra előadás): Állapottér módszerek. Irányíthatóság és megfigyelhetőség. Pólusáthelyezés állapot-visszacsatolással, állapotmegfigyelő tervezés folytonos és diszkrét időben. Az alapjel figyelembevétele, integráló szabályozás, terhelésbecslés. 

    4.  Nemlineáris és optimális irányítási módszerek (9 óra előadás): Nemlineáris rendszerek stabilitása, Ljapunov-stabilitás, Ljapunov direkt és indirekt módszere. LaSalle-tétel, Barbalat-lemma. Bemenet/kimenet stabilitás, kis erősítés tétel. Statikus és dinamikus optimum, maximum elv, optimumkereső eljárások. Optimális irányítás kvadratikus kritérium szerint, LQ és LQG feladat, Kalman-szűrő, kiterjesztett Kalman-szűrő.  

    5. Adaptív és prediktív irányítások tervezése (6 óra előadás): Lineáris paraméterbecslés, k-lépésesel előretartó prediktor. SISO diszkrétidejű rendszermodellek és identifikációs módszerek. MIMO altérbázisú identifikáció állapottérben. MIMO önhangoló adaptív irányítás. Modellprediktív irányítás operátortartományban és állapottérben, korlátozások figyelembevétele. 6. Neuro-fuzzy szabályozások tervezése (6 óra előadás): Fuzzy halmaz, reláció, következtetés, defuzzifikáció. TSK-féle fuzzy rendszer. Fuzzy tudásalapú szabályozók. Neurális rendszek. Mesterséges neuron, többrétegű hálózatok, tanítás, backpropagation. Adaptív hálózat alapú fuzzy következtető rendszerek (ANFIS).

     7. Kitekintés: új irányzatok és trendek (3 óra előadás): Robusztus irányítások alapproblémái és tervezési eszközei. Szabályozások gyors prototípus tervezésének korszerű eszközei, esettanulmány a korszerű eszközök bemutatására.
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) 13 tényleges oktatási hét: 39 előadási + 13 tantermi gyakorlati óra. A tantermi gyakorlatokon az elméleti anyag begyakorlására kerül sor alkalmazási példák keretében.
    10. Követelmények

    a. A szorgalmi időszakban: A tantermi gyakorlatokon (13 óra) rendszeresen ellenőrzött felkészült megjelenés, 5 kis zárthelyi megírása. Egy sikeres nagy zárthelyi megírása órarenden kívül és egy házi feladat. A kis zárthelyi nem pótolható, a meg nem írt kis zárthelyit 1 (elégtelen) eredményűnek tekintjük. A nagy zárthelyin számítógép nem használható, pótlására a szorgalmi időszakban egy lehetőséget biztosítunk. A házi feladat a vizsgaidőszakban nem pótolható, osztályzata beszámít a vizsgajegybe (20%). A kontakt-órákon való részvételre a TVSZ rendelkezései érvényesek.

    Az aláírás megszerzésének feltételei: A 3 legnagyobb pontszámú kiszárthelyi osztályzatának átlaga legalább 2,00, a nagyzárthelyi osztályzata és a házi feladat osztályzata legalább 2 (elégséges), továbbá a tantermi gyakorlatokon a hiányzás nem haladja meg a 40%-ot.

    b. A vizsgaidőszakban: A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megléte. A vizsga írásbeli, az elérhető pontszám 40, ehhez hozzájön a házi feladat max. 10 pontszáma. Az elégséges osztályzathoz legalább 25 pontot kell elérni. A félévközi munkát úgy honoráljuk, hogy a két pontszám összegéhez hozzáadjuk az 5 kiszárthelyi átlagának kétszeresét, így a maximális pontszám 60 lehet, de az osztályzatok ponthatárait a 50 pontos skálán határozzuk meg.

    c. Elővizsga: nincs

    11. Pótlási lehetőségek

    Azok számára, akiknél a tantermi gyakorlatokon a hiányzások száma nem haladja meg  a 40%-ot, továbbá a szorgalmi időszakban a kis zárthelyik átlaga és a házi feladat osztályzata  (külön-külön) eléri legalább a 2,00 értéket, a vizsgaidőszak első hetében egy alkalommal lehetőséget biztosítunk a nagy zárthelyi pótlására, ha annak osztályzata nem érte el a 2 értéket a szorgalmi időszakban.

    12. Konzultációs lehetőségek

    A szorgalmi időszakban a tárgy oktatóinak fogadóóráján, a vizsgaidőszakban elektronikus egyeztetés után a vizsga előtti napon az oktató által megadott helyen.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Lantos Béla: Irányítási rendszerek elmélete és tervezése I. Egyváltozós szabályozások. Akadémiai Kiadó, 2. kiadás, 2005, ISBN 963 05 8249 X.

    Lantos Béla: Irányítási rendszerek elmélete és tervezése II. Korszerű szabályozási  rendszerek. Akadémiai Kiadó, 2003, ISBN 963 05 7922 7

    Lantos Béla: Fuzzy Systems and Genetic Algorithms. Műegyetemi Kiadó, 2002. ISBN 963 420 706 5

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra70
    Félévközi készülés órákra20
    Felkészülés zárthelyire15
    Házi feladat elkészítése15
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása
    Vizsgafelkészülés30
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
    Dr. Lantos Béla egyetemi tanárIrányítástechnika és Informatika