Szabályozástechnika

Control Engineering

A tantárgyleírás hatályossága

Hatályosság kezdete:

—

Hatályosság vége:

—

Tantárgy neve (magyarul, angolul)

Szabályozástechnika

Control Engineering

Tantárgykód

BMEVIFO3215

Tantárgyjelleg

—

Képzési szint

—

Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves)

Kurzustípus	elmélet	gyakorlat	laboratóriumi gyakorlat
óraszám (heti)	3	1	0
jelleg (kapcsolt/önálló)	—	kapcsolt	—

Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa

vizsga

Tantárgy kreditértéke

Tantárgyfelelős

Dr. Lantos Béla

beosztás: egyetemi tanár

elérhetőség: lantos@iit.bme.hu

Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység

—

Kar

Tantárgy weboldala

—

Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege

—

Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel

nincs

Célkitűzés

Tantárgyprogram

I. Bevezetés (l. hét)

Folyamatok irányításának a célja és megvalósítási módja. Irányítási struktúrák. A szabályozási kör szerkezeti, működési és hatásvázlatai. Értéktartó és követő szabályozások.

II Folyamatok modellezése és rendszertechnikai leírása (2-4. hét)

Dinamikus rendszerek osztályozása. Folytonos idejű rendszerek állapotegyenlete, numerikus megoldás (Euler, Runge-Kutta, Adams módszer). Lineáris rendszer alapmátrixa és tranziense.

Többváltozós (MIMO) rendszer átviteli függvénye, pólusa, zérushelye. Exponenciális mátrix, Leverrier-Faddajeva képlet. Koordinátatranszformáció hatása.

Diszkrétidejű MIMO rendszer állapotegyenlete, tranziense, diszkrétidejű átviteli függvénye. Algebrai hasonlóság a folytonos és diszkrétidejű rendszerek között. Reverzibilis rendszerek.

Nemlineáris rendszerek egyensúlyi helyzete, Ljapunov-stabilitás, perturbáció, linearizálás. Ljapunov direkt módszere. Kapcsolat a linearizált és nemlineáris rendszer stabilitása között.

Szabályozástechnikai tervező programok szolgáltatásai, MATLAB, Control System Toolbox.

III. Folytonosidejű egyváltozós (SISO) rendszerek tervezése (5-6. hét)

Az állapotegyenlet szabályozó és megfigyelő alakja. Alapkapcsolások, szabályozási kör, felnyitott kör. Alaptagok, körerősítés, típusszám, PID szabályozó.

Követési tulajdonságok. Stabilitás kritériumok (Hurwitz, Nyquist, Bode) és alkalmazásuk. Fázistöbblet és túllövés kapcsolata.

Szabályozóbeállítás tervezése előírt statikus pontosság és fázistöbblet esetén. Holtidős rendszer kompenzálása. Gyökhelygörbe módszer, dinamikus minőségi jellemzők, domináló póluspár. Statikus nemlinearitások figyelembevétele.

IV. Diszkrétidejű egyváltozós (SISO) rendszerek tervezése (7-9. hét)

A mintavételi törvény alakja idő- és frekvenciatartományban. Kauzalitás, tartószervek. Áttérés folytonos időről diszkrét időre. Domináló póluspár helye a z-síkon.

Analóg kompenzáló tag mintavételes implementálása. Közelítések és ekvivalenciák. Stabilitási tulajdonságok, frekvencia torzulás. Diszkrétidejű szabályozás tervezése folytonosidejű módszerekkel. PID algoritmusok, integrátor windup.

Dead-beat (véges beállási idejű) szabályozás. Célkitűzés, tervezési módszer a beavatkozó jelre vonatkozó korlátok figyelembevételével. A mintavételi idő megválasztása, hullámzások kiküszöbölése.

Kétszabadságfokú szabályozó tervezése polinomiális módszerrel.

V. Irányíthatóság, megfigyelhetőség (10. hét)

Irányíthatóság és megfigyelhetőség folytonos időben. Rangfeltétel az irányíthatóságra, az állapottér felbontása, lépcsős alak. A megfigyelhetőség dualitása az irányíthatósággal, rangfeltétel. Lineáris rendszer Kalman-féle felbontása. Diszkrétidejű rendszerek specialitása; elérhetőség, rekonstruálhatóság.

VI. Tervezési módszerek állapottérben SISO rendszerek esetén (11-12. hét)

Pólusáthelyezés állapotvisszacsatolással. Ackermann képlet. Állapotmegfigyelő és tervezése. Az alapjel figyelembevétele.

VII. Optimalizálás, identifikáció (13. hét)

Statikus optimalizálás, Lagrange-multiplikátor szabály, lineáris paraméterbecslés (batch és rekurzív alak).

Optimum keresés végesdimenziós terekben, gradiens, konjugált gradiens és Newton-módszer.

Diszkrétidejű rendszermodellek (ARX, ARMAX) és identifikációjuk.

IX. Kitekintés (14. hét)

Nemlineáris rendszerek modellezése visszacsatolás nélküli neurális hálózattal és fuzzy rendszerrel. Adaptív fuzzy/neurális hálózat (ANFIS). Optimalizálás genetikus algoritmussal. A szabályozástechnika modern és posztmodern irányzatai.

A szabályozástechnikában használható MATLAB toolboxok. Gyors prototipus szabályozó tervezés, Real Time Toolbox és DSP alapú hardver architektúrák.

A szabályozástechnika alapfogalmainak és egyszerű alapstruktúráinak ismertetése. Az alapstruktúrák analízisének és szintézis módszereinek olyan tárgyalása, amely kellő elvi alapot ad a különböző műszaki informatikai alkalmazásokban megjelenő leggyakoribb szabályozási feladatok megértésére és megoldására, irányítástechnikai szoftver rendszerek fejlesztésére és a további speciálisabb ismeretbővítésre. A Szabályozástechnika tárgyat az Irányítástechnika és Informatika, valamint az Automatizálási és Alkalmazott Informatika tanszékek felváltva, egyforma tematikával és követelményrendszer mellett (a keresztfélévben is) adják elő. Amelyik tanszék tartja a normál előadást, ugyanaz a tanszék tartja a keresztféléves előadást is. Bármelyik tanszéken 1999. szeptember után aláírást szerzett hallgató bármelyik tanszék vizsgáján szerezhet osztályzatot.

Tanulmányi eredmények

Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:

Tudás

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Képességek

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Attitűd

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Autonómia és felelősség

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Oktatási módszertan

(előadás, gyakorlat, laboratórium): A tárgy előadásból (heti 3 óra) és gyakorlatokból (kéthetente 2 óra, féléves átlagban heti 1 óra) áll. A gyakorlatokon számítógép, a MATLAB és a Control System Toolbox felhasználásával tipikus szabályozástechnikai tervezési feladatok megoldására kerül sor.

Tanulástámogató anyagok

Online források

Lantos Béla: Irányítási rendszerek elmélete és tervezése I. Egyváltozós rendszerek. Akadémia Kiadó, Budapest, 2001.

A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek

Tudás típusú kompetenciák

(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

Jelek és rendszerek, Analízis, Valószínűségszámítás

Képesség típusú kompetenciák

(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

nincs

Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák

(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)

Jelek és rendszerek, Analízis, Valószínűségszámítás

Általános szabályok

Követelmények: a. A szorgalmi időszakban: 1 nagy ZH (10. hét), 1 pót ZH (13. hét) órarenden kívül erre fenntartott időben, 1 házi feladat (ki: 4. hét, be: 12. hét). Értékelésük 1,....,5 osztályzatokkal történik, elfogadásukhoz legalább elégséges osztályzat kell. Sikertelen nagy ZH egyszer pótolható a szorgalmi időszakban. Sikertelen házi feladat különeljárási díjjal az utolsó gyakorlatig pótolható. A házi feladat a vizsgaidőszakban nem pótolható. A félév lezárásához szükséges követelmény: legalább elégséges osztályzat a nagy ZH-ra és a házi feladatra. Nem kap aláírást a hallgató, ha a gyakorlatról való hiányzások összóraszáma a 30 %-ot meghaladja, vagy ha a házi feladatra nem sikerült legalább elégséges osztályzatot szerezni a szorgalmi időszakban, vagy ha a nagy ZH-ra nem sikerült legalább elégséges osztályzatot szerezni a szorgalmi időszakban illetve a vizsgaidőszak harmadik hetének végéig. Ebben az esetben a hallgató nem kap aláírást. A nagy ZH és a házi feladat osztályzat a vizsgajegybe beszámít (max. 20 %). A vizsgára bocsátás feltétele: aláírás. b. A vizsgaidőszakban: a vizsga írásbeli; a vizsgaosztályzat kialakítása: hozott pont: 2 * (ZH+HF osztályzat), vizsga teszt: 40 pont, vizsga feladat: 40 pont összesen: max. 100 pont Összpontszám: Osztályzat: 1- 39 vagy teszt < 20: 1 (elégtelen) 40 – 59: 2 (elégséges) 60 – 74: 3 (közepes) 75 – 84: 4 (jó) 85 – 100: 5 (jeles) A vizsga teszt részénél semmi sem; feladat részénél minden használható. Pótlási lehetőségek: Sikertelen nagy ZH egyszer pótolható a szorgalmi időszakban vagy egy alkalommal a vizsgaidőszak harmadik hetének végéig.

Teljesítményértékelési módszerek

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya

Nincs megadva részarány.

Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Vizsgarészek részaránya

Nincs megadva részarány.

Érdemjegy megállapítása

Nincs megadva érdemjegy határ.

Jelenléti és részvételi követelmények

Nincs megadva jelenléti követelmény.

Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai

Nincs megadva.

Rövid leírás

Nincs megadva.

Részletes leírás

Nincs megadva.

Ajánlott tantárgyak

Jelek és rendszerek

A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka

Nincs megadva munkaidő bontás.

Tantárgykövetelmények hatályossága

Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:

—

Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:

—

Tantervi elhelyezés

Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.