Detail předmětu

Modelování a simulace II

FSI-RKD-AAk. rok: 2023/2024

Předmět se zabývá modelováním kinematiky a dynamiky řízených mechatronických systémů. Rozvíjí znalosti získané v předchozím studiu Mechaniky, především směrem k numerickému řešení problémů na počítači a simulačnímu modelování. Mechanismy jsou chápány jakou soustavy tuhých těles propojených vazbami.
Cvičení probíhají na počítači s využitím programu Matlab.
Přímý i inverzní kinematický model jsou řešeny analytickými i numerickými metodami. Numerickým metodám je věnován prostor také jako obecným nástrojům pro řešení nelineárních rovnic a optimalizačních úloh. Tvorba dynamického modelu je prováděna metodou uvolňování, pomocí Lagrangeových rovnic a automaticky (Matlab/Simulink Multibody). Uvedeny jsou způsoby a možnosti modelování elektrických, regulační a jiných submodelů v interakci s modelem mechanismu. 

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Nabízen zahradničním studentům

Pouze domovské fakulty

Vstupní znalosti

Vektorová algebra. Maticová algebra. Základy kinematiky a dynamiky. Metoda uvolňování a Lagrangeovy rovnice. Programování v prostředí Matlab/Simulink.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Hodnocení předmětu probíhá na základě standardní bodové škály 0-100b. Studenti mohou získat až 30b za zpracování a obhajobu semestrálního projektu a 70b za zápočtový test, který se skládá z písemného testu, úloh zpracovaných na PC a ústní rozpravy. Při hodnocení zpracovaných úloh a projektů se přihlíží ke splnění funkčních požadavků i k úrovni zpracování.


Účast na cvičení je povinná. Kontrola výuky se provádí na cvičení.

Učební cíle

Studenti se seznámí s moderními přístupy k řešení problémů kinematiky a dynamiky mechanismů. Předmět je orientován směrem k řízení reálných strojů a jejich simulačních modelů. Důraz je kladen na využití počítačů. Teoretické poznatky studenti aplikují při řešení konkrétního problému v rámci semestrálního projektu.
Studenti budou po absolvování předmětu schopni:
- sestavit a řešit přímý (analytický) a inverzní (analytický a numerický) kinematický model libovolného otevřeného kinematického řetězce
- posoudit vhodnost použití konkrétní metody v oblasti modelování kinematiky
- sestavit a řešit analytický dynamický model jednodušších mechanických soustav
- orientovat se v problematice numerického modelování komplexních mechatronických systémů

Základní literatura

Dynamic Simulation of Electric Machinery Using Matlab Simulink, Prentice Hall, 1998
Wood, G.D.: Simulating mechanical systems in Simulink with SimMechanics, The MathWorks Inc.,www.mathworks.com, 2002
Corke,P.I.: A Robotics Toolbox for Matlab, IEEE Robotics and Automation Magazine, pp.24–32, 1996
Stejskal, V. a kol.: Mechanics Using Matlab, Leonardo Pilot project No. CZ/98/1/82500/PI/I.1.1.b/FPI, 2001

Doporučená literatura

Kratochvíl, C., Slavík, J.: Mechanika těles-dynamika, PC-DIR, skriptum VUT Brno, 1997
Valášek M. a kol.: Mechatronika, Vydavatelství ČVUT Praha, 1995

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-ENG-Z magisterský navazující, 1. ročník, letní semestr, doporučený

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Appel, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do problematiky kinematiky tuhých těles, přímý kinematický model
2. Způsoby reprezentace polohy a orientace tělesa v prostoru, transformace, inverzní kinematický model - analytické metody
3. Inverzní kinematický model - numerický přístup
4. Optimalizační metody - gradientní sestup
5. Quaterniony
6. Metody plánování trajektorie pro kinematické mechanismy
7. D-H parametry
8. Úvod do problematiky dynamiky tuhých těles, přímá a inverzní úloha
9. Modelování v prostředí Matlab/Simulink Multibody
10. Kinematika a dynamika kolových vozidel
11. Linearizace
12. Konzultace semestrálních projektů
13. Rezerva přednášejícího

 

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Appel, Ph.D.

Osnova

1. Dopředná kinematika RR manipulátoru
2. Rotace a transformace
3. Inverzní kinematika (analytické a numerické metody)
4. Optimalizační úlohy
5. Řešení soustav nelineárních rovnic
6. Plánování trajektorie
7. Robotic toolbox
8. Lagrangeovy rovnice II. druhu
9. Základní úlohy kinematiky a dynamiky v Matlab/Simulink Multibody
10. Stavový model a diskretizace
11-12. Práce na semestráním projektu
13. Klasifikovaný zápočet