Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S2)
specjalność: Sterowanie w układach robotycznych
Sylabus przedmiotu Wielowymiarowe układy sterowania:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Automatyka i robotyka | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | 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
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Teoria 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-2 | Rachunek macierzowy: operacje i działania na macierzach wielomianowych. |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Poznanie właściwości i istotnych cech układów wielowymiarowych MIMO. |
| C-2 | Poznanie zasad i sposobów statycznego oraz dynamicznego odsprzęgania układów MIMO. |
| C-3 | Poznanie wymagań i sposobów projektowania układów (manualnego) sterowania obiektami MIMO w pętli otwartej. |
| C-4 | Poznanie wymagań i sposobów projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania modalnego z pełnym, dynamicznym odsprzęgnięciem. |
| C-5 | Zdobycie umiejętności projektowania układów odsprzęgnietych statycznie i/lub dynamicznie dla celów manualnego sterowania obiektami MIMO. |
| C-6 | Zdobycie umiejętności projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania obiektami MIMO z dynamicznym odsprzęganiem i zastosowaniem zasady "modelu wewnętrzego". |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Odsprzęganie statyczne (niestabilnego) obiektu ciągłego MIMO przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu (SD-c). | 3 |
| T-L-2 | Dyskretyzacja obiektu ciągłego i odsprzęganie statyczne dyskretnego modelu obiektu MIMO przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu (SD-d). | 3 |
| T-L-3 | Odsprzęganie dynamiczne (autonomizacja) obiektu ciągłego MIMO o jednakowej liczbie wejść i wyjść (DD-c). | 3 |
| T-L-4 | Odsprzęganie dynamiczne (blokowe) obiektu ciągłego MIMO o liczbie wejść większej od liczby jego wyjść (DD-c). | 3 |
| T-L-5 | Projektowanie i badania wielofunkcyjnego układu sterowania obiektem ciągłym MIMO o jednakowej liczbie wejść i wyjść (MCS-c) | 3 |
| 15 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Przypomnienie 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. | 10 |
| T-W-2 | Ważniejsze cechy 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. | 10 |
| T-W-3 | Projektowanie 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. | 10 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Udział w zajęciach | 15 |
| A-L-2 | Przygotowanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych | 15 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Udział w zajęciach | 30 |
| A-W-2 | Studia literaturowe | 20 |
| A-W-3 | Przygotowanie się do egzaminu | 10 |
| 60 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny |
| M-2 | Wykład problemowy |
| M-3 | Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: Oceny wystawiane na podstawie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń |
| S-2 | Ocena podsumowująca: Ocena na podstawie egzaminu pisemnego i ustnego. |
Zamierzone efekty kształcenia - wiedza
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób 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_W03 | T2A_W03 | — | C-1, C-2, C-3, C-4, C-5, C-6 | T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5 | M-1, M-2, M-3 | S-1, S-2 |
Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób 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_U03 | T2A_U09, T2A_U10, T2A_U11 | — | C-5, C-6 | T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5 | M-1, M-2, M-3 | S-1, S-2 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium 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 | |
| 3,0 | Student 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. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium 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 | |
| 3,0 | Student 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. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Literatura podstawowa
- Bańka S., Sterowanie wielowymiarowymi układami dynamicznymi. Ujęcie wielomianowe, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2007
- Kaczorek T., Teoria sterowania i systemów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1993
Literatura dodatkowa
- Kaczorek T., Zastosowanie macierzy wielomianowych i wymiernych w teorii układów dynamicznych, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok, 2004
- Bengtsson G., Output regulation and internal models, Automatica (IFAC), 1977, vol. 13, str. 333-345