Funkciófejlesztési technológiák

A tantárgy angol neve: Function Design Techniques

Adatlap utolsó módosítása: 2019. január 14.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosméröki szak

Mesterképzés

Irányítórendszerek főspecializáció 

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIIIMA08 2 2/1/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Kiss Bálint,
A tantárgy tanszéki weboldala http://www.iit.bme.hu
4. A tantárgy előadója

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, programozás, matematika

7. A tantárgy célkitűzése
A tantárgy célja, hogy bemutassa az irányítórendszerek fejlesztése során alkalmazott korszerű gyors prototípustervezési és virtuális tervezési eszközöket, illetve a komplex, elosztott irányítórendszerek tervezésének alapjait. 
 
A tantárgy az irányítórendszerek tervezésének fő lépésein vezeti végig a hallgatókat. Bemutatja a jelfolyamgráfokon alapuló rendszermodellezés technikáját, a Bond-gráfokat és a korszerű szoftvereszközök által támogatott funkcióblokkos megközelítést. Részletesen ismerteti a különféle rendszerek szimulációjára szolgáló módszereket, köztük a numerikus integrálás algoritmusait, valamint bemutatja az irányítási algoritmusok prototípus-implementálására szolgáló automatikus kódgenerálási eszközöket.
 
A tárgy kiemelt hangsúlyt fektet a beágyazott és ipari környezetben használt komplex, elosztott irányítórendszerek felügyeleti irányításának tervezésére. Bemutatja a diszkrét eseményű rendszerek modellezését véges állapotú automatákkal és Petri-hálókkal, a diszkrét eseményű szimuláció alapjait, valamint a felügyeleti irányítások elméletét és a StateChart-alapú irányításokat. 
 
A tantárgyat sikeresen abszolváló hallgatók képesek bekapcsolódni a korszerű irányítórendszerek tervezésébe és fejlesztésébe, valamint általános és hosszútávon alkalmazható tudással rendelkeznek a modellezés, a szimuláció és az elosztott irányítórendszerek területén.
8. A tantárgy részletes tematikája

Irányítórendszerek fejlesztésének folyamata (1 előadás)

Irányítórendszerek fejlesztésének folyamata, a fejlesztés fázisai. A gyors prototípustervezés fogalma, a fejlesztés V-modellje.

Jelfolyam-alapú rendszermodellezés (2 előadás + 1 gyakorlat)

A jelfolyamgráf fogalma és alkalmazása, Bond-gráfok, funkcióblokkok használata a modellezésben. Jelfolyam-alapú modellezés megjelenése beágyazott- és ipari irányítórendszerek fejlesztői környezeteiben. Gyakorlat: dinamikus rendszerek jelfolyamgráf-alapú modellezése.

Folytonos rendszerek szimulációja (2 előadás + 1 gyakorlat)

Numerikus integrálási módszerek, differenciaegyenlet-megoldó algoritmusok és azok paraméterezése. Fix és változó lépésközű algoritmusok, stiff rendszerek kezelése, a szimuláció gyorsításának lehetősége. Szimulációs módszerek és paraméterek megválasztása a gyakorlatban, azok hatása a szimuláció eredményére. Gyakorlat: dinamikus rendszer szimulációja Simulink környezetben, lehetséges paraméterbeállítások és azok hatása az eredményre.

Automatikus kódgenerálás (2 előadás + 1 gyakorlat)

Az automatikus kódgenerálás fogalma és menete. Köztes kód és futtatható kód előállítása jelfolyamgráf-modell alapján. Felhasználói kód integrálása, valós idejű követelmények figyelembe vétele. Gyakorlat: esettanulmány.

Diszkrét eseményű rendszerek (2 előadás + 1 gyakorlat)

Diszkrét eseményű rendszerek osztálya. Diszkrét eseményű rendszerek modellezése véges állapotú automatákkal, elérhetőség és detektálhatóság fogalma, holtpont és holtciklus fogalma. Műveletek diszkrét eseményű rendszereken: vetítés és szinkron szorzat. Petri-hálók: alapfogalmak, leírásuk irányított gráfként. Egyszerű, kiterjesztett, időzített, folytonos és hibrid, sztochasztikus Petri-hálók. Gyakorlat: diszkrét eseményű rendszerek modellezése véges állapotú automatákkal és Petri-hálókkal.

Felügyeleti irányítások elmélete (2 előadás + 1 gyakorlat)

Diszkrét eseményű rendszerek felügyeleti irányításának fogalma, irányítható és nem irányítható események. Az irányítási architektúra. Specifikációk megadása, irányíthatóság fogalma, a legnagyobb irányítható résznyelv fogalma és algoritmus a megkeresésére. A felügyeleti irányítás megvalósítása, moduláris és hierarchikus irányítási architektúrák. Gyakorlat: felügyeleti irányítás tervezése

StateCharts

A StateCharts formalizmus: hierarchia és párhuzamosság kezelése, broadcast-kommunikáció. Állapotok és pszeudo-állapotok, feltételek, akciók kezelése. A StateChart-diagram végrehajtásának szemantikája. Gyakorlat: felügyeleti irányítás megvalósítása Stateflow-környezetben.

Diszkrét eseményű rendszerek szimulációja (2 előadás + 1 gyakorlat)

A diszkrét eseményű szimuláció alapjai, szimulációs algoritmusok. Párhuzamosság kezelése, hatékony szimuláció. Sztochasztikus rendszerek szimulációja. Szimulációs szoftverek szolgáltatásai, szimulációs eredmények hasznosítása az optimalizálás során. Gyakorlat: ipari folyamat szimulációja, esettanulmány.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti 2 óra előadás, minden második héten 2 óra gyakorlat.
10. Követelmények
a. A szorgalmi időszakban: a félév során kiadott házi feladat írásos és önálló megoldásának eredményes beadása. A házi feladatok beadása és sikeres megvédése az aláírás feltétele. A házi feladatok eredménye a vizsgajegybe 30%-os súllyal beszámít.
b. A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga.
c. Elővizsga: nincs
11. Pótlási lehetőségek A házi feladat (otthoni feladat) beadása a pótlási héten különeljárási díj megfizetése mellett is megkísérelhető.
12. Konzultációs lehetőségek Az oktatók fogadóóráin, illetve hallgatói igény szerint előre egyeztetett időpontban.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom
A tantárgyhoz tartozó elektronikus segédanyagok
Shampine, L. F.,  Reichelt, M. W. The MATLAB ODE Suite, SIAM J. Sci. Comput., 18(1), 1–22
Cassandras, C. G., & Lafortune, S. (1999). Introduction to Discrete Event Systems
René, D., & Alla, H. (2005). Discrete, Continuous and Hybrid Petri Nets
Harel, D., StateCharts: A visual formalism for complex systems, Science of Computer Programming 8 (1987) 231-274
Kelton, W.D., Sadowski, R. P. , Sadowski, D. A., Simulation with Arena, McGraw-Hill

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontaktóra42
Készülés előadásokra12
Készülés gyakorlatra10
Házi feladat elkészítése20
Vizsgafelkészülés36
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Kiss Bálint

Egyetemi docens

Irányítástechnika és Informatika tanszék

Kovács Gábor

Tanársegéd

Irányítástechnika és Informatika tanszék