Subject description - B3M35HYS

Summary of Study | Summary of Branches | All Subject Groups | All Subjects | List of Roles | Explanatory Notes               Instructions
B3M35HYS Hybrid Systems
Roles:PV Extent of teaching:2P+2C
Department:13135 Language of teaching:CS
Guarantors:Hurák Z. Completion:Z,ZK
Lecturers:Hurák Z. Credits:6
Tutors:Hurák Z. Semester:

Anotation:

Hybridní (dynamické) systémy jsou takové, v jejichž modelu vystupují jak reálné veličiny, jejichž vývoj ve spojitém či diskrétním čase je běžně modelován pomocí diferenciálních či diferenčních rovnic, tak i veličiny nabývající konečného počtu hodnot (dokonce i jen veličiny binární), jejichž vývoj je modelován pomocí logických modelů jako jsou konečné stavové automaty či Petriho sítě. V hybridních systémech se tyto dvě třídy modelů prolínají – diferenciální rovnice jsou parametrizovány binární proměnnou a vývoj této binární proměnné je zase určen splněním logické podmínky. Hybridní však může být i samotný řídicí systém. A průmyslovou realitou je, že praktické řídicí systémy kromě té spojité složky představované PID regulátory či Kalmanovy filtry obsahují i složku vyhodnocující splnění logických podmínek. Přepínané lineární regulátory (angl. gain scheduling) či supervizní řízení (angl. supervisory control) jsou jedním takovým přístupem. Řízení v klouzavém režimu (angl. sliding mode control) či resetovací řízení (angl. reset control) jsou dalšími. Mimořádné důležitosti nabývají metody hybridního řízení v síťovém prostředí, kde měření či akční zásahy jsou po síti posílány pouze tehdy, je-li splněna nějaká logická podmínka, aby se tak minimalizoval síťový provoz. Pomocí hybridního řídicího systému lze také řídit hybridní dynamický systém. Hybridní (dynamické/řídicí) systémy tak představují mimořádně praktický rámec pro modelování, analýzu i syntézu velkého množství praktických řídicích systémů. Cílem tohoto nového tvořeného pokročilého předmětu je pomoci studentům získat základní kompetence (znalosti ale i praktické návrhové/výpočetní dovednosti) v této prakticky velmi relevantní a v poslední době i teoreticky intenzivně rozvíjené oblasti.

Course outlines:

Osnova přednášek:
1. Modelování: po částech afinní systémy (angl. piecewise affine systems, PWA)
2. Modelování: smíšené logické systémy (angl. mixed logical description, MLD)
3. Modelování: hybridní automaty (angl. hybrid automata)
4. Řešení hybridních systémů, numerická simulace
5. Výpočetní (optimalizační) nástroje: multiparametrické programování (lineární, kvadratické)
6. Výpočetní (optimalizační) nástroje: lineární maticové nerovnosti, semidefinitní programování
7. Výpočetní (optimalizační) nástroje: programování (optimalizace) typu SOS ("sum-of-squares")
8. Analýza: dobře definovaný systém (angl. well-posedness), Zenonovo chování, živost (angl. liveness), bezpečnost, …
9. Analýza: dosažitelnost (angl. reachability), invariantní množiny, Lyapunovova analýza stability
10. Návrh řízení: prediktivní řízení založené na modelu (angl. model predictive control, MPC) pro hybridní systémy
11. Návrh řízení: design založený na Lyapunovově funkci
12. Návrh řízení: Přepínané řízení (angl. switched control), sliding mode control
13. Verifikace řízení hybridních systémů
14. Aplikace: komunikační sítě, DC-DC měniče, elektrické motory, řízení vozidel

Exercises outline:

Literature:

Povinná literatura •Borrelli, Francesco, Alberto Bemporad, a Manfred Morari. Predictive Control for Linear and Hybrid Systems. Cambridge, New York: Cambridge University Press, 2017. •Sanfelice, Ricardo G. Hybrid Feedback Control. Princeton University Press, 2020. V počtu cca 20 kusů budou obě pořízeny a pro studenty rezervovány ve fakultní knihovně nebo zajištěn přístup k elektronickým verzím. Doporučená literatura •Goebel, Rafal, Ricardo G. Sanfelice, a Andrew R. Teel. Hybrid Dynamical Systems: Modeling, Stability, and Robustness. Princeton University Press, 2012. •Lunze, Jan, a Françoise Lamnabhi-Lagarrigue, ed. Handbook of Hybrid Systems Control: Theory, Tools, Applications. 1 edition. Cambridge, UK ; New York: Cambridge University Press, 2009. Kniha je přístupná online přes univerzitní knihovnu. •Lygeros, John. Lecture Notes on Hybrid Systems, 2004. Dostupné na https://people.eecs.berkeley.edu/~sastry/ee291e/lygeros.pdf •Schaft, Arjan J. van der, a Hans Schumacher. An Introduction to Hybrid Dynamical Systems. Lecture Notes in Control and Information Sciences. London: Springer-Verlag, 2000. Pro témata neobsažená v uvedených knihách budou studenti odkazování na další online zdroje (články, přednášky online, poznámky k přednáškám) a/nebo přednášející vytvoří vlastní materiály, které budou studentům k dispozici na webu předmětu.

Requirements:

Subject is included into these academic programs:

Program Branch Role Recommended semester
MPKYR_2021 Common courses PV 3


Page updated 24.7.2024 09:51:47, semester: Z/2024-5, Z,L/2023-4, L/2024-5, Send comments about the content to the Administrators of the Academic Programs Proposal and Realization: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)