Fakulteta za znanosti o okolju

Računalniški nadzor in simulacija procesov

Predmet se izvaja v programu:
Študijski program druge stopnje Okolje

Cilji in kompetence

Osnovni cilj predmeta je naučiti študente temeljev računalniškega vodenja in avtomatizacije tehničnih sistemov in procesov.

Študenti pridobijo naslednje kompetence:

  • osnovni principi vodenja ter splošni pristopi k načrtovanju in izgradnji sistemov,
  • poznavanje osnovnih metod, orodij in gradnikov, ki jih potrebujemo, da lahko gradimo sisteme vodenja kot so: matematično modeliranje in simulacija, različne metode za načrtovanje in izvedbo funkcij regulacije in krmiljenja, računalniško podprto načrtovanje vodenja ter programske opreme za vodenje in nadzor.

Pogoji za vključitev v delo oz.
za opravljanje študijskih obveznosti

Za spremljanje predmeta zadostuje znanje matematike, fizike in računalništva, ki ga študentje pridobijo na prvi stopnji študija.

Vsebina

1. Uvod v sistemsko teorijo

  • Predstavitev predmeta, sistemi, sistemska teorija
  • Principi vodenja (odprtozančno, kompenzacija motnje, povratnozančno)

2. Modeliranje in simulacija dinamičnih sistemov

  • Matematično modeliranje, prenosna funkcija, primeri modeliranja
  • Primeri modeliranja, simulacija
  • Bločni diagrami
  • Identifikacija s stopnico

3. Načrtovanje regulacijskih sistemov vodenja

  • Predstavitev sistemov
  • Analiza regulacijskih sistemov v časovnem prostoru
  • Osnovni regulacijski algoritmi v industrijskih reg. sistemih
  • Načrtovanje zveznega PID regulatorja
  • Praktični problemi pri delovanju reg. sistemov
  • Večzančni regulacijski sistemi

4. Višji nivoji vodenja

  • Proizvodni nivo, procesni nivo
  • Procesni nivo, SCADA.

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje:

Študentje se najprej seznanijo z osnovnimi principi vodenja ter splošnimi pristopi k načrtovanju in izgradnji sistemov. Osrednji del je posvečen osvojitvi osnovnih metod, orodij in gradnikov tako, da so sposobni načrtovanja enostavnih sistemov vodenja. V tem okviru osvojijo osnove matematičnega modeliranja in simulacije, različnih metod za načrtovanje in izvedbo funkcij regulacije, računalniško podprto načrtovanje vodenja ter programsko opremo za vodenje in nadzor.

Temeljna literatura in viri

  • Več avtorjev (1998): Celostni pristop k računalniškemu vodenju procesov, urednik S. Strmčnik, Založba Fakultete za elektrotehniko, Ljubljana.
  • J. Kocijan (1996): Načrtovanje vodenja dinamičnih sistemov, Zbirka nalog, Založba FE in FRI, Ljubljana.

*J. Kocijan (2012): Uvod v avtomatsko vodenje, spletni učbenik, Nova Gorica.

http://dsc.ijs.si/OAV/Spletni%20ucbenik.htm

  • B. Zupančič (1996): Zvezni regulacijski sistemi – 1. del, 2. izdaja, Založba FE in FRI, Ljubljana.
  • B. Zupančič (2011): Avtomatsko vodenje sistemov, Založba FE in FRI, Ljubljana.

Načini ocenjevanja

S pisnim delom izpita se preverjajo teoretična, praktična in računska znanja osnovnih principov analize in načrtovanja vodenja (100 %).

Reference nosilca

Prof. dr. Juš Kocijan je raziskovalec na Odseku za sisteme in vodenje na Institutu Jožef Stefan in redni profesor za elektrotehniko na Poslovno-tehniški fakulteti Univerze v Novi Gorici. Poleg raziskav in pedagoškega dela je bil aktiven tudi kot nosilec domačih in mednarodnih projektov, urednik in član uredniških odborov znanstvenih revij, član tehniškega komiteja IFAC za računsko inteligenco v avtomatskem vodenju. Prof. Kocijan je starejši član društva IEEE in IEEE Control Systems Society, član Slovenskega društva za simulacijo in modeliranje SLOSIM in član Društva avtomatikov Slovenije. Njegovo raziskovalno področje zajema modeliranje dinamičnih sistemov z modeli na podlagi Gaussovih procesov, načrtovanje vodenja z modeli na podlagi Gaussovih procesov, večmodelni pristop k modeliranju in načrtovanju vodenja, uporabe nelinearnega vodenja, analiza in načrtovanje multivariabilnih sistemov po metodi glavnih poti.

Izbrane objave:

PETELIN, Dejan, GRANCHAROVA, Alexandra, KOCIJAN, Juš. Evolving Gaussian process models for prediction of ozone concentration in the air. Simulation modelling practice and theory, 2013, vol. 33, str. 68-80, doi: 10.1016/j.simpat.2012.04.005. [COBISS.SI-ID 26629159]

JUŽNIČ-ZONTA, Živko, KOCIJAN, Juš, FLOTATS, Xavier, VREČKO, Darko. Multi-criteria analyses of wastewater treatment bio-processes under an uncertainty and a multiplicity of steady states. Water res. (Oxford). [Print Ed.], 2012, vol. 46, no. 18, str. 6121-6131, doi: 10.1016/j.watres.2012.08.035. [COBISS.SI-ID 26152231]

PETELIN, Dejan, KOCIJAN, Juš, GRANCHAROVA, Alexandra. On-line Gaussian process model for the prediction of the ozone concentration in the air. Dokl. B’'lg. akad. nauk., 2011, vol. 64, no. 1, str. 117-124. [COBISS.SI-ID 24443431]

GRANCHAROVA, Alexandra, KOCIJAN, Juš, JOHANSEN, Tor Arne. Explicit output-feedback nonlinear predictive control based on black-box models. Eng. appl. artif. intell.. [Print ed.], 2011, vol. 24, no. 2, str. 388-397. [COBISS.SI-ID 24397351]

MAN, Kristjan, KOCIJAN, Juš. Dynamical systems identification using Gaussian process models with incorporated local models. Eng. appl. artif. intell.. [Print ed.], 2011, vol. 24, no. 2, str. 398-408. [COBISS.SI-ID 24397095]

KOCIJAN, Juš, GRANCHAROVA, Alexandra. Gaussian process modelling case study with multiple outputs. Dokl. B’'lg. akad. nauk., 2010, vol. 63, no. 4, str. 601-607. [COBISS.SI-ID 23605799]

MAN, Kristjan, KOCIJAN, Juš. Fixed-structure Gaussian process model. Int. J. Syst. Sci., 2009, vol. 40, no. 12, str. 1253-1262. [COBISS.SI-ID 23224615]

GRANCHAROVA, Alexandra, KOCIJAN, Juš, JOHANSEN, Tor Arne. Explicit stochastic predictive control of combustion plants based on Gaussian process models. Automatica (Oxf.). [Print ed.], 2008, vol. 44, no. 6, str. 1621-1631. [COBISS.SI-ID 21753383]

KOCIJAN, Juš, LIKAR, Bojan. Gas-liquid separator modelling and simulation with Gaussian process models. Simulation modelling practice and theory, 2008, vol. 16, no. 18, str. 910-922. [COBISS.SI-ID 21909543]

LIKAR, Bojan, KOCIJAN, Juš. Predictive control of a gas-liquid separation plant based on a Gaussian process model. Comput. chem. eng.. [Print ed.], 2007, vol. 31, no. 3, str. 142-152. [COBISS.SI-ID 20419367]

MAN, Kristjan, KOCIJAN, Juš. Application of Gaussian processes for black-box modelling of biosystems. ISA trans., 2007, vol. 46, no. 4, str. 443-457. [COBISS.SI-ID 20962087]

Univerzitetna koda predmeta: 2OK031

Letnik: 1

Semester: 1

Nosilec predmeta:

Predavatelj:

ECTS: 6

Obseg:

  • Predavanja: 30 ur
  • Vaje: 15 ur
  • Samostojno delo: 135 ur

Vrsta predmeta: izbirni

Jeziki: slovenski in angleški

Metode poučevanja in učenja:
• predavanja • avditorne vaje z računskimi nalogami s področja analize in načrtovanja sistemov vodenja • vaje na programski opremi za računalniško simulacijo dinamičnih sistemov • predstavitve delovanja sistemov avtomatskega vodenja na modelnih napravah • individualno reševanje računskih nalog doma in predstavitev dobljenih rešitev ostalim študentom