Tantárgy » BMEVIIIMA17
Dinamikus rendszerek modellezése és szimulációja
Modelling and Simulation of Dynamical Systems
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
2026. March 21.
Hatályosság vége:
—
| Tantárgy neve (magyarul, angolul) |
Dinamikus rendszerek modellezése és szimulációja
Modelling and Simulation of Dynamical Systems
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tantárgykód | BMEVIIIMA17 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | vizsga | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 5 | ||||||||||||
| Tantárgyfelelős |
DR. Kiss Bálint
beosztás: egyetemi docens
elérhetőség:
kiss.balint@vik.bme.hu
|
||||||||||||
| Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység |
Irányítástechnika és Informatika Tanszék
|
||||||||||||
| Kar | Villamosmérnöki és Informatikai Kar | ||||||||||||
| Tantárgy weboldala | edu2.cloud.bme.hu/BMEVIIIMA17 | ||||||||||||
| 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
Dinamikus rendszerek modellezése Bond gráfokkal (3 előadás)
A Bond gráfok alapelemei, kötések, egy- és kétkapuk, csomópontok. Villamos, mechanikai és hidraulikus rendszerek egységes modellezése Bond gráfok segítségével. Kauzalitás fogalma és meghatározása, állapotegyenletek és jelfolyamgráf-reprezentáció meghatározása Bond gráf alapján.
Folytonos rendszerek szimulációja (4 előadás)
Numerikus integrálási módszerek, differenciaegyenlet-megoldó algoritmusok és azok paraméterezése. Alapfogalmak, konvergencia és stabilitás értelmezése. Fix és változó lépésközű explicit Runge-Kutta algoritmusok, többlépéses módszerek. Merev (stiff) rendszerek kezelése, implicit differenciálegyenletek megoldása. A statikus optimum analitikus feltétele korlátozások mellett, Lagrange multiplikátor szabály. Numerikus optimalizálás: gradiens, konjugált gradiens és Newton-Raphson módszerek. Szimulációs módszerek és azok paramétereinek megválasztása a gyakorlatban, azok hatása a szimuláció eredményére
Automatikus kódgenerálás (2 előadás)
Az automatikus kódgenerálás fogalma és menete diagram alapú fejlesztői környezetekben. A diagram/modell futtatásának fázisai. Köztes kód és futtatható kód előállítása jelfolyamgráf-modell alapján. Felhasználói kód integrálása, valós idejű követelmények figyelembe vétele.
Diszkrét eseményű rendszerek (2 előadás)
Diszkrét eseményű rendszerek fogalma, modellezése véges állapotú automatákkal. A StateCharts formalizmus: hierarchia és párhuzamosság kezelése, broadcast-kommunikáció. Állapotok és pszeudo-állapotok, feltételek, akciók kezelése. A StateChart-diagram végrehajtásának szemantikája.
Diszkrét eseményű rendszerek szimulációja (2 előadás)
A diszkrét eseményű szimuláció alapjai, szimulációs módszerek: eseménygráf, aktivitásciklus-diagram, entitásfolyam-gráf. Sztochasztikus rendszerek szimulációja. Szimulációs szoftverek szolgáltatásai, szimulációs eredmények hasznosítása az optimalizálás során.
Gyakorlatok tematikája:
1. Bond gráfok alapelemei, villamos hálózatok és mechanikai rendszerek modellezése
2. Összetett rendszerek modellezése Bond gráfokkal, kauzalitás meghatározása
3. Dinamikus rendszer állapotegyenleteinek és jelfolyamgráf-reprezentációjának meghatározása Bond gráf alapján
4. Egylépéses, fix és változó lépésközű differenciálegyenlet-megoldó rendszerek implementációja
5. Többlépéses és implicit differenciálegyenlet-megoldó módszerek implementációja, numerikus optimalizálási módszerek használata.
6. Diszkrét eseményű és hibrid irányítások megvalósítása StateCharts diagramokkal
7. Esettanulmányok diszkrét eseményű szimulációs eljárások alkalmazására
tantárgy célja, hogy bemutassa az irányítórendszerek fejlesztése során alkalmazott modellezési és szimulációs eljárásokat, illetve a komplex, elosztott irányításokban fontos szerepet játszó diszkrét eseményű rendszerek kezelésének alapjait.
A tantárgy modellezési és szimulációs eljárások bemutatásával alapozza meg a korszerű irányítási módszerek tárgyalását. Ismerteti a többek között villamos, mechanikai és hidraulikai rendszerek egységes modellezésére használt Bond gráfok formalizmusát, a rendszer állapotegyenleteinek és jelfolyamgráf-reprezentációinak meghatározását, valamint a folytonosidejű dinamikus rendszerek szimulációjára szolgáló differenciálegyenlet-megoldó módszereket. A jelfolyamgráf-alapú eszközökre alapozva az irányítási algoritmusok prototípus-implementálására szolgáló automatikus kódgenerálási eszközök is bemutatásra kerülnek.
A fentieken túl a tantárgy ismerteti a felügyeleti irányításokban használt diszkrét eseményű rendszerek modellezésére szolgáló, véges állapotú automatákon alapuló módszereket, a komplex irányítórendszerekben is használatos StateCharts formalizmust, valamint a diszkrét eseményű rendszerek szimulációjának alapjait.
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 a diszkrét eseményű rendszerek integrációjának területén.
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, kiscsoportos gyakorlat
Tanulástámogató anyagok
Online források
A tantárgyhoz tartozó elektronikus segédanyagok; Borutzky, W. Bond Graph Methodology, Springer, 2010 ; Merzouki, R., Samantaray, A. K., Pathak, P. M., Bouamama, B. O., Intelligent mechatronic systems: modeling, control and diagnosis, Springer, 2013; Süli, E., Mayers, D. F., An introduction to numerical analysis. Cambridge University Press, 2003; Shampine, L. F., Reichelt, M. W. The MATLAB ODE Suite, SIAM J. Sci. Comput., 18(1), 1–22; Harel, D., StateCharts: A visual formalism for complex systems, Science of Computer Programming 8 (1987) 231-274; Choi, B. K., Kang, D., Modeling and simulation of discrete event systems, John Wiley & Sons, 2013; Kelton, W.D., Sadowski, R. P. , Sadowski, D. A., Simulation with Arena, McGraw-Hill, 2014
A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek
Tudás típusú kompetenciák
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
matematika, fizika
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)
matematika, fizika
Általános szabályok
Követelmények:
Szorgalmi időszakban: 1 db házi feladat eredményes megoldása
Vizsgaidőszakban: A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megszerzése. A vizsga írásbeli teljesítményértékelésből (70%) és az évközi teljesítményértékelésen (házi feladat) elért eredmény beszámításából (30%) áll. Az évközi teljesítményértékelés eredményének javítására a vizsgaidőszakban nincsen mód.
Pótlási lehetőségek:
A házi feladat különeljárási díj ellenében a pótlási héten is beadható.
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
Nincs megadva.
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.