BME VIK - Funkciófejlesztési technológiák

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

6. Előtanulmányi rend

Kötelező:

NEM
(TárgyEredmény( "BMEVIIIMA17", "jegy" , _ ) >= 2
VAGY TárgyEredmény("BMEVIIIMA17", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

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

Kontaktóra	42
Készülés előadásokra	12
Készülés gyakorlatra	10
Házi feladat elkészítése	20
Vizsgafelkészülés	36
Összesen	120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Kiss Bálint	Egyetemi docens	Irányítástechnika és Informatika tanszék
Kovács Gábor	Tanársegéd	Irányítástechnika és Informatika tanszék