Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (N1)

Sylabus przedmiotu Nieliniowe układy sterowania:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Automatyka i robotyka
Forma studiów studia niestacjonarne Poziom pierwszego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta inżynier
Obszary studiów nauk technicznych, studiów inżynierskich
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Nieliniowe układy sterowania
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Sterowania i Pomiarów
Nauczyciel odpowiedzialny Zbigniew Emirsajłow <Zbigniew.Emirsajlow@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Tomasz Barciński <Tomasz.Barcinski@zut.edu.pl>, Zbigniew Emirsajłow <Zbigniew.Emirsajlow@zut.edu.pl>, Adam Łukomski <Adam.Lukomski@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 3,0 ECTS (formy) 3,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW5 10 1,00,62zaliczenie
laboratoriaL5 20 2,00,38zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Zaliczone moduły: Metody matematyczne automatyki i robotyki, Podstawy automatyki i robotyki, Sygnały i systemy dynamiczne, Teoria sterowania

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami opisu i analizy nieliniowych układów sterowania z czasem ciągłym, bazującymi na teorii Lapunowa

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Tworzenie modeli matematycznych układów nieliniowych na bazie równania Eulera-Lagrange'a3
T-L-2Analiza nieliniowego układu dynamicznego na płaszczyźnie fazowej - badanie punktów równowagi3
T-L-3Stabilizacja poziomu cieczy w układzie dwóch zbiorników - model, linearyzacja, sterowanie4
T-L-4Stabilizacja odwróconego wahadła na wózku - model, linearyzacja, sterowanie4
T-L-5Stabilizacja położenia kulki na równoważni - model, linearyzacja, sterowanie4
T-L-6Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych2
20
wykłady
T-W-1Nieliniowy model w przestrzeni stanu (przykłady nieliniowych układów dynamicznych, nieliniowy stacjonarny model w przestrzeni stanu, układ autonomiczny, pojecie punktu równowagi, analiza układu II rzędu na płaszczyźnie fazowej, tworzenie modelu na bazie równania Eulera-Lagrange'a, pojecie stabilności i stabilności asymptotycznej punktu równowagi, pojecie stabilności globalnej układu, obszar przyciągania punktu równowagi)3
T-W-2Linearyzacja modelu nieliniowego w otoczeniu punktu równowagi (przybliżony model liniowy układu nieliniowego - linearyzacja w otoczeniu punktu równowagi, zachowanie się modelu liniowego w otoczeniu punktów równowagi, rodzaje punktów równowagi, I metoda Lapunowa, badanie stabilności punktu równowagi)3
T-W-3Bezpośrednia metoda Lapunowa (pojęcie funkcji dodatnio określonej i półokreślonej oraz ujemnie określonej i półokreslonej, forma kwadratowa, twierdzenia Lapunowa o stabilności lokalnej i globalnej, twierdzenie La’Salle’a o zbiorach niezmienniczych, wykorzystanie twierdzenia La’Salle’a, zastosowanie twierdzenia Lapunowa do badania stabilnosci układów liniowych, algebraiczne równanie Lapunowa).4
10

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Udział w zajęciach laboratoryjnych20
A-L-2Przygotowanie się do ćwiczeń15
A-L-3Przygotowanie sprawozdań10
A-L-4Przygotowanie się do zaliczenia ćwiczeń15
60
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach10
A-W-2Uzupełnianie wiedzy z literatury10
A-W-3Przygotowanie się do zaliczenia10
30

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny
M-2Ćwiczenia laboratoryjne, symulacje.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena formująca: Krótki sprawdzian pisemny przed przystąpieniem do ćwiczeń laboratoryjnych
S-2Ocena podsumowująca: Zaliczenie pisemne ćwiczeń laboratoryjnych
S-3Ocena formująca: Zaliczenie pisemne wykładu

Zamierzone efekty kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
AR_1A_C23_W04
Ma podstawową wiedzę z zakresu modelowania i analizy układów sterowania z obiektami nieliniowymi, w szczególności zna I i II metodę Lapunowa
AR_1A_W06T1A_W03, T1A_W04C-1T-W-1, T-W-3, T-W-2M-1S-3

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
AR_1A_C23_U04
Umie wyznaczyć model prostego, nieliniowego obiektu sterowania i przeanalizować jego właściwości, wykorzystując m.in. I i II metodę Lapunowa. Umie także zlinearyzować taki obiekt i zaprojektować dla niego liniowy układ sterowania.
AR_1A_U19T1A_U07, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U10C-1T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5, T-L-6M-2S-1, S-2

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
AR_1A_C23_W04
Ma podstawową wiedzę z zakresu modelowania i analizy układów sterowania z obiektami nieliniowymi, w szczególności zna I i II metodę Lapunowa
2,0
3,0Student posiada podstawową wiedzę z zakresu modelowania nieliniowych obiektów sterowania i analizy ich właściwości, w szczególności zna I i II metodę Lapunowa. Wie również jak zaprojektować układ sterowania dla zlinearyzowanego obiektu nieliniowego.
3,5
4,0
4,5
5,0

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
AR_1A_C23_U04
Umie wyznaczyć model prostego, nieliniowego obiektu sterowania i przeanalizować jego właściwości, wykorzystując m.in. I i II metodę Lapunowa. Umie także zlinearyzować taki obiekt i zaprojektować dla niego liniowy układ sterowania.
2,0
3,0Student umie wyznaczyć model prostego, nieliniowego obiektu sterowania oraz zlinearyzować go w otoczeniu punktu pracy. Umie zbadać jego stabilność wykorzystując I i II metodę Lapunowa. Ponadto, dla zlinearyzowanego obiektu umie zaprojektować prosty liniowy układ sterowania.
3,5
4,0
4,5
5,0

Literatura podstawowa

  1. Slotine J-J. E., Li W., Applied Nonlinear Control, Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1991

Literatura dodatkowa

  1. Khalil H. K., Nonlinear Systems, 2nd ed., Prentice Hall, Upper Saddle River, 1996

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Tworzenie modeli matematycznych układów nieliniowych na bazie równania Eulera-Lagrange'a3
T-L-2Analiza nieliniowego układu dynamicznego na płaszczyźnie fazowej - badanie punktów równowagi3
T-L-3Stabilizacja poziomu cieczy w układzie dwóch zbiorników - model, linearyzacja, sterowanie4
T-L-4Stabilizacja odwróconego wahadła na wózku - model, linearyzacja, sterowanie4
T-L-5Stabilizacja położenia kulki na równoważni - model, linearyzacja, sterowanie4
T-L-6Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych2
20

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Nieliniowy model w przestrzeni stanu (przykłady nieliniowych układów dynamicznych, nieliniowy stacjonarny model w przestrzeni stanu, układ autonomiczny, pojecie punktu równowagi, analiza układu II rzędu na płaszczyźnie fazowej, tworzenie modelu na bazie równania Eulera-Lagrange'a, pojecie stabilności i stabilności asymptotycznej punktu równowagi, pojecie stabilności globalnej układu, obszar przyciągania punktu równowagi)3
T-W-2Linearyzacja modelu nieliniowego w otoczeniu punktu równowagi (przybliżony model liniowy układu nieliniowego - linearyzacja w otoczeniu punktu równowagi, zachowanie się modelu liniowego w otoczeniu punktów równowagi, rodzaje punktów równowagi, I metoda Lapunowa, badanie stabilności punktu równowagi)3
T-W-3Bezpośrednia metoda Lapunowa (pojęcie funkcji dodatnio określonej i półokreślonej oraz ujemnie określonej i półokreslonej, forma kwadratowa, twierdzenia Lapunowa o stabilności lokalnej i globalnej, twierdzenie La’Salle’a o zbiorach niezmienniczych, wykorzystanie twierdzenia La’Salle’a, zastosowanie twierdzenia Lapunowa do badania stabilnosci układów liniowych, algebraiczne równanie Lapunowa).4
10

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Udział w zajęciach laboratoryjnych20
A-L-2Przygotowanie się do ćwiczeń15
A-L-3Przygotowanie sprawozdań10
A-L-4Przygotowanie się do zaliczenia ćwiczeń15
60
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach10
A-W-2Uzupełnianie wiedzy z literatury10
A-W-3Przygotowanie się do zaliczenia10
30
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaAR_1A_C23_W04Ma podstawową wiedzę z zakresu modelowania i analizy układów sterowania z obiektami nieliniowymi, w szczególności zna I i II metodę Lapunowa
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_W06Ma uporządkowaną wiedzę z teorii sterowania i systemów w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT1A_W03ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
T1A_W04ma szczegółową wiedzę związaną z wybranymi zagadnieniami z zakresu studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami opisu i analizy nieliniowych układów sterowania z czasem ciągłym, bazującymi na teorii Lapunowa
Treści programoweT-W-1Nieliniowy model w przestrzeni stanu (przykłady nieliniowych układów dynamicznych, nieliniowy stacjonarny model w przestrzeni stanu, układ autonomiczny, pojecie punktu równowagi, analiza układu II rzędu na płaszczyźnie fazowej, tworzenie modelu na bazie równania Eulera-Lagrange'a, pojecie stabilności i stabilności asymptotycznej punktu równowagi, pojecie stabilności globalnej układu, obszar przyciągania punktu równowagi)
T-W-3Bezpośrednia metoda Lapunowa (pojęcie funkcji dodatnio określonej i półokreślonej oraz ujemnie określonej i półokreslonej, forma kwadratowa, twierdzenia Lapunowa o stabilności lokalnej i globalnej, twierdzenie La’Salle’a o zbiorach niezmienniczych, wykorzystanie twierdzenia La’Salle’a, zastosowanie twierdzenia Lapunowa do badania stabilnosci układów liniowych, algebraiczne równanie Lapunowa).
T-W-2Linearyzacja modelu nieliniowego w otoczeniu punktu równowagi (przybliżony model liniowy układu nieliniowego - linearyzacja w otoczeniu punktu równowagi, zachowanie się modelu liniowego w otoczeniu punktów równowagi, rodzaje punktów równowagi, I metoda Lapunowa, badanie stabilności punktu równowagi)
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny
Sposób ocenyS-3Ocena formująca: Zaliczenie pisemne wykładu
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student posiada podstawową wiedzę z zakresu modelowania nieliniowych obiektów sterowania i analizy ich właściwości, w szczególności zna I i II metodę Lapunowa. Wie również jak zaprojektować układ sterowania dla zlinearyzowanego obiektu nieliniowego.
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaAR_1A_C23_U04Umie wyznaczyć model prostego, nieliniowego obiektu sterowania i przeanalizować jego właściwości, wykorzystując m.in. I i II metodę Lapunowa. Umie także zlinearyzować taki obiekt i zaprojektować dla niego liniowy układ sterowania.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_U19Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania i zoptymalizować jego działanie.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT1A_U07potrafi posługiwać się technikami informacyjno-komunikacyjnymi właściwymi do realizacji zadań typowych dla działalności inżynierskiej
T1A_U08potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
T1A_U09potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne
T1A_U10potrafi - przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań inżynierskich - dostrzegać ich aspekty systemowe i pozatechniczne
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami opisu i analizy nieliniowych układów sterowania z czasem ciągłym, bazującymi na teorii Lapunowa
Treści programoweT-L-1Tworzenie modeli matematycznych układów nieliniowych na bazie równania Eulera-Lagrange'a
T-L-2Analiza nieliniowego układu dynamicznego na płaszczyźnie fazowej - badanie punktów równowagi
T-L-3Stabilizacja poziomu cieczy w układzie dwóch zbiorników - model, linearyzacja, sterowanie
T-L-4Stabilizacja odwróconego wahadła na wózku - model, linearyzacja, sterowanie
T-L-5Stabilizacja położenia kulki na równoważni - model, linearyzacja, sterowanie
T-L-6Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych
Metody nauczaniaM-2Ćwiczenia laboratoryjne, symulacje.
Sposób ocenyS-1Ocena formująca: Krótki sprawdzian pisemny przed przystąpieniem do ćwiczeń laboratoryjnych
S-2Ocena podsumowująca: Zaliczenie pisemne ćwiczeń laboratoryjnych
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student umie wyznaczyć model prostego, nieliniowego obiektu sterowania oraz zlinearyzować go w otoczeniu punktu pracy. Umie zbadać jego stabilność wykorzystując I i II metodę Lapunowa. Ponadto, dla zlinearyzowanego obiektu umie zaprojektować prosty liniowy układ sterowania.
3,5
4,0
4,5
5,0