ZUT - Krajowe Ramy Kwalifikacji / Rok 2014/2015 / Wydział Elektryczny / Automatyka i robotyka (S1) / Sylabus przedmiotu

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S1)

Sylabus przedmiotu Nieliniowe układy sterowania:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów	Automatyka i robotyka
Forma studiów	studia stacjonarne	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)	2,0	ECTS (formy)	2,0
Forma zaliczenia	zaliczenie	Język	polski
Blok obieralny	—	Grupa obieralna	—

Formy dydaktyczne

Forma dydaktyczna	KOD	Semestr	Godziny	ECTS	Waga	Zaliczenie
wykłady	W	6	15	1,0	0,62	zaliczenie
laboratoria	L	6	15	1,0	0,38	zaliczenie

Wymagania wstępne

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

Cele przedmiotu

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

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KOD	Treść programowa	Godziny
laboratoria
T-L-1	Tworzenie modeli matematycznych układów nieliniowych na bazie równania Eulera-Lagrange'a	4
T-L-2	Analiza nieliniowego układu dynamicznego na płaszczyźnie fazowej - badanie punktów równowagi	2
T-L-3	Stabilizacja odwróconego wahadła na wózku - model, linearyzacja, sterowanie	4
T-L-4	Stabilizacja położenia kulki na równoważni - model, linearyzacja, sterowanie	3
T-L-5	Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych	2
		15
wykłady
T-W-1	Nieliniowy 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)	5
T-W-2	Linearyzacja 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)	2
T-W-3	Bezpośrednia metoda Lapunowa (pojęcie funkcji dodatnio określonej i półokreślonej oraz ujemnie określonej i półokreślonej, 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 stabilności układów liniowych, algebraiczne równanie Lapunowa)	5
T-W-4	Nieliniowe sprzężenie zwrotne i linearyzacja układu (podstawowe pojęcia, linearyzacja relacji wejście-stan, linearyzacja relacji wejście-wyjście, przykłady zastosowań).	3
		15

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KOD	Forma aktywności	Godziny
laboratoria
A-L-1	Udział w zajęciach laboratoryjnych	15
A-L-2	Przygotowanie się do ćwiczeń	6
A-L-3	Przygotowanie sprawozdań	4
A-L-4	Przygotowanie się do zaliczenia ćwiczeń	5
		30
wykłady
A-W-1	Uczestnictwo w zajęciach	15
A-W-2	Uzupełnianie wiedzy z literatury	7
A-W-3	Przygotowanie się do zaliczenia	8
		30

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

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

Sposoby oceny

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

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_1A_C23_W03 Ma podstawową wiedzę z zakresu modelowania i analizy układów sterowania z obiektami nieliniowymi, w szczególności zna I i II metodę Lapunowa	AR_1A_W06	T1A_W03, T1A_W04	—	C-1	T-W-1, T-W-2, T-W-3	M-1	S-3

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_1A_C23_U03 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_U19	T1A_U07, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U10	—	C-1	T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5	M-2	S-1, S-2

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształcenia	Ocena	Kryterium oceny
AR_1A_C23_W03 Ma podstawową wiedzę z zakresu modelowania i analizy układów sterowania z obiektami nieliniowymi, w szczególności zna I i II metodę Lapunowa	2,0
	3,0	Student 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 kształcenia	Ocena	Kryterium oceny
AR_1A_C23_U03 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
	3,0	Student 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

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

Literatura dodatkowa

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

Treści programowe - laboratoria

KOD	Treść programowa	Godziny
T-L-1	Tworzenie modeli matematycznych układów nieliniowych na bazie równania Eulera-Lagrange'a	4
T-L-2	Analiza nieliniowego układu dynamicznego na płaszczyźnie fazowej - badanie punktów równowagi	2
T-L-3	Stabilizacja odwróconego wahadła na wózku - model, linearyzacja, sterowanie	4
T-L-4	Stabilizacja położenia kulki na równoważni - model, linearyzacja, sterowanie	3
T-L-5	Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych	2
		15

Treści programowe - wykłady

KOD	Treść programowa	Godziny
T-W-1	Nieliniowy 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)	5
T-W-2	Linearyzacja 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)	2
T-W-3	Bezpośrednia metoda Lapunowa (pojęcie funkcji dodatnio określonej i półokreślonej oraz ujemnie określonej i półokreślonej, 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 stabilności układów liniowych, algebraiczne równanie Lapunowa)	5
T-W-4	Nieliniowe sprzężenie zwrotne i linearyzacja układu (podstawowe pojęcia, linearyzacja relacji wejście-stan, linearyzacja relacji wejście-wyjście, przykłady zastosowań).	3
		15

Formy aktywności - laboratoria

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-L-1	Udział w zajęciach laboratoryjnych	15
A-L-2	Przygotowanie się do ćwiczeń	6
A-L-3	Przygotowanie sprawozdań	4
A-L-4	Przygotowanie się do zaliczenia ćwiczeń	5
		30

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-W-1	Uczestnictwo w zajęciach	15
A-W-2	Uzupełnianie wiedzy z literatury	7
A-W-3	Przygotowanie się do zaliczenia	8
		30

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Pole	KOD	Znaczenie kodu
Zamierzone efekty kształcenia	AR_1A_C23_W03	Ma 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 studiów	AR_1A_W06	Ma uporządkowaną wiedzę z teorii sterowania i systemów w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	T1A_W03	ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
	T1A_W04	ma szczegółową wiedzę związaną z wybranymi zagadnieniami z zakresu studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotu	C-1	Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami opisu i analizy nieliniowych układów sterowania z czasem ciągłym, bazującymi na teorii Lapunowa
Treści programowe	T-W-1	Nieliniowy 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-2	Linearyzacja 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)
	T-W-3	Bezpośrednia metoda Lapunowa (pojęcie funkcji dodatnio określonej i półokreślonej oraz ujemnie określonej i półokreślonej, 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 stabilności układów liniowych, algebraiczne równanie Lapunowa)
Metody nauczania	M-1	Wykład informacyjny
Sposób oceny	S-3	Ocena formująca: Zaliczenie pisemne wykładu
Kryteria oceny	Ocena	Kryterium oceny
	2,0
	3,0	Student 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

Pole	KOD	Znaczenie kodu
Zamierzone efekty kształcenia	AR_1A_C23_U03	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.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	AR_1A_U19	Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania i zoptymalizować jego działanie.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	T1A_U07	potrafi posługiwać się technikami informacyjno-komunikacyjnymi właściwymi do realizacji zadań typowych dla działalności inżynierskiej
	T1A_U08	potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
	T1A_U09	potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne
	T1A_U10	potrafi - przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań inżynierskich - dostrzegać ich aspekty systemowe i pozatechniczne
Cel przedmiotu	C-1	Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami opisu i analizy nieliniowych układów sterowania z czasem ciągłym, bazującymi na teorii Lapunowa
Treści programowe	T-L-1	Tworzenie modeli matematycznych układów nieliniowych na bazie równania Eulera-Lagrange'a
	T-L-2	Analiza nieliniowego układu dynamicznego na płaszczyźnie fazowej - badanie punktów równowagi
	T-L-3	Stabilizacja odwróconego wahadła na wózku - model, linearyzacja, sterowanie
	T-L-4	Stabilizacja położenia kulki na równoważni - model, linearyzacja, sterowanie
	T-L-5	Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych
Metody nauczania	M-2	Ćwiczenia laboratoryjne, symulacje.
Sposób oceny	S-1	Ocena formująca: Krótki sprawdzian pisemny przed przystąpieniem do ćwiczeń laboratoryjnych
Sposób oceny	S-2	Ocena podsumowująca: Zaliczenie pisemne ćwiczeń laboratoryjnych
Kryteria oceny	Ocena	Kryterium oceny
	2,0
	3,0	Student 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