Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (N2)

Sylabus przedmiotu Wielowymiarowe układy sterowania:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Automatyka i robotyka
Forma studiów studia niestacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister inżynier
Obszary studiów nauk technicznych, studiów inżynierskich
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Wielowymiarowe układy sterowania
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Automatyki Przemysłowej i Robotyki
Nauczyciel odpowiedzialny Paweł Dworak <Pawel.Dworak@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Paweł Dworak <Pawel.Dworak@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 3,0 ECTS (formy) 3,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW1 15 2,00,62egzamin
laboratoriaL1 15 1,00,38zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Teoria sterowania, w tym sposoby i formy opisów liniowych układów dynamicznych w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych, sterowanie optymalne LQ/LQG i modalne liniowymi układami dynamicznymi SISO i MIMO.
W-2Rachunek macierzowy: operacje i działania na macierzach wielomianowych.

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Poznanie właściwości i istotnych cech układów wielowymiarowych MIMO.
C-2Poznanie zasad i sposobów statycznego oraz dynamicznego odsprzęgania układów MIMO.
C-3Poznanie wymagań i sposobów projektowania układów (manualnego) sterowania obiektami MIMO w pętli otwartej.
C-4Poznanie wymagań i sposobów projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania modalnego z pełnym, dynamicznym odsprzęgnięciem.
C-5Zdobycie umiejętności projektowania układów odsprzęgnietych statycznie i/lub dynamicznie dla celów manualnego sterowania obiektami MIMO.
C-6Zdobycie umiejętności projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania obiektami MIMO z dynamicznym odsprzęganiem i zastosowaniem zasady "modelu wewnętrzego".

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Odsprzęganie statyczne (niestabilnego) obiektu ciągłego MIMO przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu (SD-c).3
T-L-2Dyskretyzacja obiektu ciągłego i odsprzęganie statyczne dyskretnego modelu obiektu MIMO przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu (SD-d).3
T-L-3Odsprzęganie dynamiczne (autonomizacja) obiektu ciągłego MIMO o jednakowej liczbie wejść i wyjść (DD-c).3
T-L-4Odsprzęganie dynamiczne (blokowe) obiektu ciągłego MIMO o liczbie wejść większej od liczby jego wyjść (DD-c).3
T-L-5Projektowanie i badania wielofunkcyjnego układu sterowania obiektem ciągłym MIMO o jednakowej liczbie wejść i wyjść (MCS-c)3
15
wykłady
T-W-1Przypomnienie wiadomości z analizy i syntezy wielowymiarowych układów dynamicznych MIMO w ujęciu wielomianowym: wielomianowe postacie ułamkowe (MFD) wymiernych macierzy transmitancji i sposoby ich wyznaczania, synteza układów sterowania optymalnego LQR/LQG z niedostępnym wektorem stanu obiektu, projektowanie układów sterowania modalnego PP (Pole Placement) z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Zastosowanie wielowymiarowych regulatorów modalnych w układach regulacji adaptacyjnej.5
T-W-2Ważniejsze właściwości i zagadnienia związane ze sterowaniem układami MIMO. Sterowanie układami MIMO w pętli otwartej (open-loop control). Odsprzęganie statyczne i dynamiczne układów MIMO. Metody odsprzęgania statycznego. Rodzaje i sposoby odsprzęgania dynamicznego (trójkątne, blokowe i diagonalne). Uniwersalny algorytm dynamicznego odsprzęgania, z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu, w ujęciu wielomianowym.5
T-W-3Projektowanie automatycznych układów sterowania wielofunkcyjnego z dynamicznym odsprzęganiem. Ważniejsze cechy i struktura układów wielofunkcyjnych MCS (Multipurpose Control Systems). Zasada "modelu wewnętrznego". Uniwersalny algorytm syntezy układów ciągłych i dyskretnych MCS. Analiza właściwości układów wielofunkcyjnych MCS.5
15

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Udział w zajęciach15
A-L-2Przygotowanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych15
30
wykłady
A-W-1Udział w zajęciach15
A-W-2Studia literaturowe30
A-W-3Przygotowanie się do egzaminu15
60

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
M-3Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena formująca: Oceny wystawiane na podstawie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń
S-2Ocena podsumowująca: Ocena na podstawie egzaminu pisemnego i ustnego.

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_2A_C03_W01
Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i teorii systemów. W szczególności: umie sformułować warunki, które powinien spełniać wielowymiarowy układ dynamiczny MIMO przed jego odsprzęgnięciem, zna definicje i sposoby statycznego oraz dynamicznego ich odsprzęgania dla celów sterowania manualnego. Umie sformułować wymagania stawiane układom sterowania wielofunkcyjnego MCS i zna algorytm projektowania układów sterowania wielofunkcyjnego MCS z pełnym dynamicznym odsprzęgnięciem.
AR_2A_W03T2A_W03C-1, C-2, C-3, C-4, C-5, C-6T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5, T-W-1, T-W-2, T-W-3M-1, M-2, M-3S-1, S-2

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_2A_C03_U01
Potrafi wykorzystać pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów. W szczególności potrafi: wyznaczać i interpretować macierz względnych wzmocnień RGA (Relative Gain Array) układów MIMO, zaprojektować układ sterowania obiektem MIMO w pętli otwartej, statycznie i/lub dynamicznie odsprzęgnięty w przypadku, gdy obiekt jest stabilny i niestabilny. Umie skorzystać z uniwersalnego algorytmu dynamicznego odsprzęgania (blokowego lub diagonalnego) dla celów sterowania manualnego w pętli otwartej.
AR_2A_U03T2A_U09, T2A_U10, T2A_U11C-5, C-6T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5, T-W-3M-1, M-3S-1, S-2

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
AR_2A_C03_W01
Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i teorii systemów. W szczególności: umie sformułować warunki, które powinien spełniać wielowymiarowy układ dynamiczny MIMO przed jego odsprzęgnięciem, zna definicje i sposoby statycznego oraz dynamicznego ich odsprzęgania dla celów sterowania manualnego. Umie sformułować wymagania stawiane układom sterowania wielofunkcyjnego MCS i zna algorytm projektowania układów sterowania wielofunkcyjnego MCS z pełnym dynamicznym odsprzęgnięciem.
2,0
3,0Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i teorii systemów. W szczególności: umie sformułować warunki, które powinien spełniać wielowymiarowy układ dynamiczny MIMO przed jego odsprzęgnięciem, zna definicje i sposoby statycznego oraz dynamicznego ich odsprzęgania dla celów sterowania manualnego. Umie sformułować wymagania stawiane układom sterowania wielofunkcyjnego MCS i zna algorytm projektowania układów sterowania wielofunkcyjnego MCS z pełnym dynamicznym odsprzęgnięciem.
3,5
4,0
4,5
5,0

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
AR_2A_C03_U01
Potrafi wykorzystać pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów. W szczególności potrafi: wyznaczać i interpretować macierz względnych wzmocnień RGA (Relative Gain Array) układów MIMO, zaprojektować układ sterowania obiektem MIMO w pętli otwartej, statycznie i/lub dynamicznie odsprzęgnięty w przypadku, gdy obiekt jest stabilny i niestabilny. Umie skorzystać z uniwersalnego algorytmu dynamicznego odsprzęgania (blokowego lub diagonalnego) dla celów sterowania manualnego w pętli otwartej.
2,0
3,0Potrafi wykorzystać pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów. W szczególności potrafi: wyznaczać i interpretować macierz względnych wzmocnień RGA (Relative Gain Array) układów MIMO, zaprojektować układ sterowania obiektem MIMO w pętli otwartej, statycznie i/lub dynamicznie odsprzęgnięty w przypadku, gdy obiekt jest stabilny i niestabilny. Umie skorzystać z uniwersalnego algorytmu dynamicznego odsprzęgania (blokowego lub diagonalnego) dla celów sterowania manualnego w pętli otwartej.
3,5
4,0
4,5
5,0

Literatura podstawowa

  1. Bańka S., Sterowanie wielowymiarowymi układami dynamicznymi. Ujęcie wielomianowe, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2007
  2. Kaczorek T., Teoria sterowania i systemów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1993

Literatura dodatkowa

  1. Kaczorek T., Zastosowanie macierzy wielomianowych i wymiernych w teorii układów dynamicznych, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok, 2004
  2. Bengtsson G., Output regulation and internal models, Automatica (IFAC), 1977, vol. 13, str. 333-345

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Odsprzęganie statyczne (niestabilnego) obiektu ciągłego MIMO przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu (SD-c).3
T-L-2Dyskretyzacja obiektu ciągłego i odsprzęganie statyczne dyskretnego modelu obiektu MIMO przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu (SD-d).3
T-L-3Odsprzęganie dynamiczne (autonomizacja) obiektu ciągłego MIMO o jednakowej liczbie wejść i wyjść (DD-c).3
T-L-4Odsprzęganie dynamiczne (blokowe) obiektu ciągłego MIMO o liczbie wejść większej od liczby jego wyjść (DD-c).3
T-L-5Projektowanie i badania wielofunkcyjnego układu sterowania obiektem ciągłym MIMO o jednakowej liczbie wejść i wyjść (MCS-c)3
15

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Przypomnienie wiadomości z analizy i syntezy wielowymiarowych układów dynamicznych MIMO w ujęciu wielomianowym: wielomianowe postacie ułamkowe (MFD) wymiernych macierzy transmitancji i sposoby ich wyznaczania, synteza układów sterowania optymalnego LQR/LQG z niedostępnym wektorem stanu obiektu, projektowanie układów sterowania modalnego PP (Pole Placement) z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Zastosowanie wielowymiarowych regulatorów modalnych w układach regulacji adaptacyjnej.5
T-W-2Ważniejsze właściwości i zagadnienia związane ze sterowaniem układami MIMO. Sterowanie układami MIMO w pętli otwartej (open-loop control). Odsprzęganie statyczne i dynamiczne układów MIMO. Metody odsprzęgania statycznego. Rodzaje i sposoby odsprzęgania dynamicznego (trójkątne, blokowe i diagonalne). Uniwersalny algorytm dynamicznego odsprzęgania, z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu, w ujęciu wielomianowym.5
T-W-3Projektowanie automatycznych układów sterowania wielofunkcyjnego z dynamicznym odsprzęganiem. Ważniejsze cechy i struktura układów wielofunkcyjnych MCS (Multipurpose Control Systems). Zasada "modelu wewnętrznego". Uniwersalny algorytm syntezy układów ciągłych i dyskretnych MCS. Analiza właściwości układów wielofunkcyjnych MCS.5
15

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Udział w zajęciach15
A-L-2Przygotowanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych15
30
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Udział w zajęciach15
A-W-2Studia literaturowe30
A-W-3Przygotowanie się do egzaminu15
60
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaAR_2A_C03_W01Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i teorii systemów. W szczególności: umie sformułować warunki, które powinien spełniać wielowymiarowy układ dynamiczny MIMO przed jego odsprzęgnięciem, zna definicje i sposoby statycznego oraz dynamicznego ich odsprzęgania dla celów sterowania manualnego. Umie sformułować wymagania stawiane układom sterowania wielofunkcyjnego MCS i zna algorytm projektowania układów sterowania wielofunkcyjnego MCS z pełnym dynamicznym odsprzęgnięciem.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_2A_W03Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_W03ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotuC-1Poznanie właściwości i istotnych cech układów wielowymiarowych MIMO.
C-2Poznanie zasad i sposobów statycznego oraz dynamicznego odsprzęgania układów MIMO.
C-3Poznanie wymagań i sposobów projektowania układów (manualnego) sterowania obiektami MIMO w pętli otwartej.
C-4Poznanie wymagań i sposobów projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania modalnego z pełnym, dynamicznym odsprzęgnięciem.
C-5Zdobycie umiejętności projektowania układów odsprzęgnietych statycznie i/lub dynamicznie dla celów manualnego sterowania obiektami MIMO.
C-6Zdobycie umiejętności projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania obiektami MIMO z dynamicznym odsprzęganiem i zastosowaniem zasady "modelu wewnętrzego".
Treści programoweT-L-1Odsprzęganie statyczne (niestabilnego) obiektu ciągłego MIMO przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu (SD-c).
T-L-2Dyskretyzacja obiektu ciągłego i odsprzęganie statyczne dyskretnego modelu obiektu MIMO przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu (SD-d).
T-L-3Odsprzęganie dynamiczne (autonomizacja) obiektu ciągłego MIMO o jednakowej liczbie wejść i wyjść (DD-c).
T-L-4Odsprzęganie dynamiczne (blokowe) obiektu ciągłego MIMO o liczbie wejść większej od liczby jego wyjść (DD-c).
T-L-5Projektowanie i badania wielofunkcyjnego układu sterowania obiektem ciągłym MIMO o jednakowej liczbie wejść i wyjść (MCS-c)
T-W-1Przypomnienie wiadomości z analizy i syntezy wielowymiarowych układów dynamicznych MIMO w ujęciu wielomianowym: wielomianowe postacie ułamkowe (MFD) wymiernych macierzy transmitancji i sposoby ich wyznaczania, synteza układów sterowania optymalnego LQR/LQG z niedostępnym wektorem stanu obiektu, projektowanie układów sterowania modalnego PP (Pole Placement) z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Zastosowanie wielowymiarowych regulatorów modalnych w układach regulacji adaptacyjnej.
T-W-2Ważniejsze właściwości i zagadnienia związane ze sterowaniem układami MIMO. Sterowanie układami MIMO w pętli otwartej (open-loop control). Odsprzęganie statyczne i dynamiczne układów MIMO. Metody odsprzęgania statycznego. Rodzaje i sposoby odsprzęgania dynamicznego (trójkątne, blokowe i diagonalne). Uniwersalny algorytm dynamicznego odsprzęgania, z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu, w ujęciu wielomianowym.
T-W-3Projektowanie automatycznych układów sterowania wielofunkcyjnego z dynamicznym odsprzęganiem. Ważniejsze cechy i struktura układów wielofunkcyjnych MCS (Multipurpose Control Systems). Zasada "modelu wewnętrznego". Uniwersalny algorytm syntezy układów ciągłych i dyskretnych MCS. Analiza właściwości układów wielofunkcyjnych MCS.
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
M-3Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
Sposób ocenyS-1Ocena formująca: Oceny wystawiane na podstawie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń
S-2Ocena podsumowująca: Ocena na podstawie egzaminu pisemnego i ustnego.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i teorii systemów. W szczególności: umie sformułować warunki, które powinien spełniać wielowymiarowy układ dynamiczny MIMO przed jego odsprzęgnięciem, zna definicje i sposoby statycznego oraz dynamicznego ich odsprzęgania dla celów sterowania manualnego. Umie sformułować wymagania stawiane układom sterowania wielofunkcyjnego MCS i zna algorytm projektowania układów sterowania wielofunkcyjnego MCS z pełnym dynamicznym odsprzęgnięciem.
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaAR_2A_C03_U01Potrafi wykorzystać pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów. W szczególności potrafi: wyznaczać i interpretować macierz względnych wzmocnień RGA (Relative Gain Array) układów MIMO, zaprojektować układ sterowania obiektem MIMO w pętli otwartej, statycznie i/lub dynamicznie odsprzęgnięty w przypadku, gdy obiekt jest stabilny i niestabilny. Umie skorzystać z uniwersalnego algorytmu dynamicznego odsprzęgania (blokowego lub diagonalnego) dla celów sterowania manualnego w pętli otwartej.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_2A_U03Potrafi dokonać analizy i syntezy algorytmów sterowania złożonymi procesami technologicznymi wykorzystując w tym celu odpowiednie metody i narzędzia informatyczne.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_U09potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich i prostych problemów badawczych metody analityczne, symulacyjne i eksperymentalne
T2A_U10potrafi - przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań inżynierskich - integrować wiedzę z zakresu dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów oraz zastosować podejście systemowe, uwzględniające także aspekty pozatechniczne
T2A_U11potrafi formułować i testować hipotezy związane z problemami inżynierskimi i prostymi problemami badawczymi
Cel przedmiotuC-5Zdobycie umiejętności projektowania układów odsprzęgnietych statycznie i/lub dynamicznie dla celów manualnego sterowania obiektami MIMO.
C-6Zdobycie umiejętności projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania obiektami MIMO z dynamicznym odsprzęganiem i zastosowaniem zasady "modelu wewnętrzego".
Treści programoweT-L-1Odsprzęganie statyczne (niestabilnego) obiektu ciągłego MIMO przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu (SD-c).
T-L-2Dyskretyzacja obiektu ciągłego i odsprzęganie statyczne dyskretnego modelu obiektu MIMO przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu (SD-d).
T-L-3Odsprzęganie dynamiczne (autonomizacja) obiektu ciągłego MIMO o jednakowej liczbie wejść i wyjść (DD-c).
T-L-4Odsprzęganie dynamiczne (blokowe) obiektu ciągłego MIMO o liczbie wejść większej od liczby jego wyjść (DD-c).
T-L-5Projektowanie i badania wielofunkcyjnego układu sterowania obiektem ciągłym MIMO o jednakowej liczbie wejść i wyjść (MCS-c)
T-W-3Projektowanie automatycznych układów sterowania wielofunkcyjnego z dynamicznym odsprzęganiem. Ważniejsze cechy i struktura układów wielofunkcyjnych MCS (Multipurpose Control Systems). Zasada "modelu wewnętrznego". Uniwersalny algorytm syntezy układów ciągłych i dyskretnych MCS. Analiza właściwości układów wielofunkcyjnych MCS.
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny
M-3Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
Sposób ocenyS-1Ocena formująca: Oceny wystawiane na podstawie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń
S-2Ocena podsumowująca: Ocena na podstawie egzaminu pisemnego i ustnego.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Potrafi wykorzystać pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów. W szczególności potrafi: wyznaczać i interpretować macierz względnych wzmocnień RGA (Relative Gain Array) układów MIMO, zaprojektować układ sterowania obiektem MIMO w pętli otwartej, statycznie i/lub dynamicznie odsprzęgnięty w przypadku, gdy obiekt jest stabilny i niestabilny. Umie skorzystać z uniwersalnego algorytmu dynamicznego odsprzęgania (blokowego lub diagonalnego) dla celów sterowania manualnego w pętli otwartej.
3,5
4,0
4,5
5,0