ZČU
Control System Design (NŘS)
| Credits: | 6 ( Lectures: 3, Practical lessons: 2) |
|---|---|
| Semester: | LS |
| Ending: | zp; zk |
| Guarantor: | Schlegel Miloš |
| Lecturer: | Schlegel Miloš |
| Practical lesson lecturer: | Sobota Jaroslav |
Annotation
| Course objectives: |
|---|
| This course explores the basic design methods of linear control systems. The main aims of the course are the following: to provide comprehensive, yet understandable introduction to the part of automatic control theory that has strong applicability; to explain fundamental possibilities and limitations of linear feedback; to explain different approaches to design of fixed structure controllers; to illustrate the design methods presented in the course in examples from praxis. |
| Requirements on student |
| To obtain the credit an inspection test and elaboration of seminar work are required. For the final exam, the understanding and ability to apply the course topics are required. |
| Content |
| 1. Introduction to the principles of feedback control (historical periods of control theory, simple forms of feedback, technology change and knowledge transfer) 2. Models of controlled systems (simple process models, LTI models, fractional order models, model set, models for sampled-date systems) 3. Classical control system design (relay feedback, Nyquist stability theorem, robust stability, loopshaping, root locus) 4. Fundamental limitations in SISO control (sensor and actuator limitations, model-error limitation, disturbances, structural limitations, Bode's integral constraints, pole placement paradox) 5. PID control (PID controller, filtering the derivative, set-point weighting, integral windup) 6. Feedforward design (system inverses, approximate inverses, set-point weighting, pulse step control) 7. Design of simple controllers (rule base empirical tuning, Q-parameterization, robust regions method, design of robust controllers {PI, PID, PD, lead-lag, Smith predictor}, pidlab.com) 8. Automatic tuning of PID controller (robust moment autotuner, robust relay autotuner) 9. Control paradigms (bottom-up and top-down approaches, repetitive control, cascade control, selector control, ratio control, split range control, center seeking control) 10. Sliding mode control 11. Model based predictive control with constraints 12. Control system design for MIMO systems (internal model principle, active damping of vibration) 13. Examples of control system design for industrial processes |
Syllabus
1. Úvod do zpětnovazebního řízení (historie, jednoduché formy zpětné vazby)
2. Modely řízených soustav ( dvouparametrové a tříparametrové modely procesů, LTI modely, modely neceločíselného řádu, množinové modely, modely pro číslicové řízení)
3. Klasické návrhové metody (dvoustavový regulátor, Nyquistovo kritérium stability, robustní stabilita, tvarování Nyquistovy křivky, geometrické místo kořenů)
4. Fundamentální omezení pro jednoduchou lineární zpětnovazební smyčku (omezení daná senzorem a akčním členem, omezení způsobená nepřesností modelu, poruchy, Bodeho věta, paradox přiřazení pólů)
5. PID regulace (PID regulátor, filtrování derivační složky, váhové koeficienty požadované hodnoty, unášení integrační složky)
6. Kompenzační řízení, dopředná vazba (inverze systému, aproximace inverze systému, strategie řízení "pulz-skok")
7. Návrh jednoduchých regulátorů s omezenou strukturou (empirická návrhová pravidla, Q-parametrizace stabilizujících regulátorů, metoda robustních regionů, návrh robustních regulátorů PI, PID, PD, Smithova prediktoru, pidlab.com)
8. Automatické nastavování PID regulátoru (momemtová metoda, reléová metoda)
9. Regulační struktury (návrh zdola a shora, kaskádní regulace, selektorová regulace, poměrová regulace, regulace s rozdělenou akční veličinou, regulace na střed)
10. Regulace s klouzavým režimem
11. Prediktivní řízení s omezením
12. Návrh regulátoru pro soustavy s více vstupy a výstupy (princip vnitřního modelu, přiřazení pólů, LQ regulátor)
13. Příklady návrhu regulátorů reálných soustav
Requirements
Pro získání zápočtu se vyžaduje složení kontrolního testu a vypracování semestrální práce.
Pro složení závěrečné zkoušky se vyžaduje porozumění a aktivní zvládnutí témat kurzu.
Literature
- Základní: Přednášky předmětu "Návrh řídicích systémů" (Miloš Schlegel)
- Doporučená: ?ström, Karl J.; Hägglund, Tore. Advanced PID control. Research Triangle Park : ISA-The Instrumentation, Systems, and Automation Society, 2006. ISBN 1-55617-942-1.
- Doporučená: Goodwin, Graham Clifford; Graebe, Stefan F.; Salgado, Mario E. Control system design. Upper Saddle River : Prentice Hall, 2001. ISBN 0-13-958653-9.