Irányításelmélet

A tantárgy angol neve: Control Theory

Adatlap utolsó módosítása: 2019. május 15.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Mechatronikai mérnök mesterszak
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIIIM022 2 3/1/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Harmati István,
4. A tantárgy előadója Dr. Lantos Béla, professor emeritus, 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
Kötelező:
Training.Code=("2N-MM0")

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

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

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 időszakbanA tantermi gyakorlatokon (13 órarendszeresen ellenőrzött felkészült megjelenés, 5 kis zárthelyi megírása. Egy sikeres házi feladat. A kis zárthelyi nem pótolható, a meg nem írt kis zárthelyit 1 (elégtelen) eredményűnek tekintjük. 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 és a házi feladat osztályzata legalább 2 (elégséges), továbbá a tantermi gyakorlatokon a hiányzás nem haladja meg a 40%-ot.

b. A vizsgaidőszakbanA 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 A házi feladat beadása pótolható a pótlási héten egy alkalommal különeljárási díj ellenében.
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, 4. kiadás, 2016, ISBN 978 963 05 8728 0.

Lantos Béla: Irányítási rendszerek elmélete és tervezése II. Korszerű szabályozási  rendszerek. Akadémiai Kiadó, 2. kiadás, 2016, ISBN 978 963 05 7991 9

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

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra16
Felkészülés zárthelyire 
Házi feladat elkészítése16
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
Vizsgafelkészülés32
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Lantos Béla, professor emeritus, Irányítástechnika és Informatika Tanszék