Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Elektrotechnika (S2)
specjalność: Systemy elektroenergetyczne

Sylabus przedmiotu Analiza i projektowanie obwodów elektrycznych:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Elektrotechnika
Forma studiów studia stacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister inżynier
Obszary studiów nauki techniczne, studia inżynierskie
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Analiza i projektowanie obwodów elektrycznych
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Elektrotechnologii i Diagnostyki
Nauczyciel odpowiedzialny Konstanty Gawrylczyk <Konstanty.Gawrylczyk@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Konstanty Gawrylczyk <Konstanty.Gawrylczyk@zut.edu.pl>, Marcin Ziółkowski <Marcin.Ziolkowski@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 5,0 ECTS (formy) 5,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW1 30 2,00,56zaliczenie
projektyP1 45 3,00,44zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Znajomość podstaw informatyki
W-2Znajomość podstaw elektrotechniki

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Opanowanie numerycznych i analitycznych metod analizy obwodów elektrycznych.
C-2Umiejętność formułowania zadań projektowych, a następnie ich rozwiązywania.
C-3Umiejętność wyboru optymalnej metody rozwiązania oraz adekwatnego oprogramowania narzędziowego.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
projekty
T-P-1Formułowanie równań do analizy obwodu stałoprądowego. Rozwiązanie przy użyciu pakietu Mathcad.2
T-P-2Analiza odpowiedzi częstotliwościowej obwodu z użyciem Mathcada oraz SPICE’a. Modele elementów obwodu uzależnione od poziomu sygnału i od częstotliwości.4
T-P-3Analiza stanu przejściowego w obwodzie.3
T-P-4Metoda zmiennych stanu. Modele elementów reaktancyjnych.3
T-P-5Rozwiązywanie dużych układów równań: algorytm LU, rozkład na wartości osobliwe.3
T-P-6Pojęcie wrażliwości małoprzyrostowej. Wyznaczanie wrażliwości metodą bezpośrednią. Porównanie z wynikami uzyskanymi przy pomocy SPICE'a.4
T-P-7Wyznaczanie wrażliwości metodą Tellegena.3
T-P-8Wyznaczanie wrażliwości metodą układu przyrostowego.3
T-P-9Projektowanie układu stałoprądowego z uzyciem metod optymalizacji bezgradientowej.3
T-P-10Projektowanie układu stałoprądowego z użyciem optymalizacji gradientowej4
T-P-11Projektowanie charakterystyk częstotliwościowych przy użyciu metod optymalizacji.6
T-P-12Metody optymalizacji w zastosowaniu do projektowania filtrów.4
T-P-13Metody regularyzacji zadań projektowych źle uwarunkowanych.3
45
wykłady
T-W-1Analiza numeryczna obwodów elektrycznych. Struktura obwodów. Topologia sieci. Formułowanie równań. Równania w dziedzinie czasu i ich metody rozwiązywania.2
T-W-2Komputerowe modele elementów układu. Klasyfikacja modeli ze względu na szerokość pasma i zakres amplitud sygnału. Hierarchia modeli. Modele indukcyjności oraz pojemności. Modele przyrządów półprzewodnikowych.2
T-W-3Analiza numeryczna w dziedzinie czasu. Metoda zmiennych stanu. Modele pojemności oraz indukcyjności liniowej.2
T-W-4Formułowanie równań dla sieci liniowych i nieliniowych metodą potencjałów węzłowych. Algorytm Newtona-Raphsona dla układu równań.2
T-W-5Podstawowe definicje i algorytmy analizy wrażliwości. Twierdzenie Tellegena. Zastosowanie do prostego układu rezystancyjnego.2
T-W-6Układy przyrostowe. Idea metody i realizacja numeryczna. Wyznaczenie wrażliwości prostego układu metodą układu przyrostowego.2
T-W-7Układy dołączone w dziedzinie częstotliwości. Składniki wrażliwościowe. Wybór pobudzenia układu dołączonego stosownie do zagadnienia.2
T-W-8Układy dołączone w dziedzinie czasu. Przykład analizy wrażliwości w dziedzinie czasu. Wyznaczanie gradientu kwadratowej funkcji błędu.2
T-W-9Wyznaczanie wrażliwości z symbolicznej postaci funkcji obwodu. Zastosowanie modeli dołączonych do wyznaczania szumów układów.2
T-W-10Wykorzystanie metod optymalizacji bezgradientowej do projektowania obwodów. Szybkość zbieżności zadania projektowego. Praktyczne aspekty stabilności rozwiązań.2
T-W-11Wykorzystanie metod optymalizacji gradientowej do projektowania obwodów. Analiza wrażliwości jako źródło informacji gradientowej w optymalizacji. Jakobian. Zadania nadokreślone i ich metody rozwiązywania.2
T-W-12Przykłady zadań projektowych wykonanych w oparciu o optymalizację bezgradientową Hooka-Jeevesa oraz Gaussa-Seidela.2
T-W-13Przykłady zadań projektowych wykonanych w opaciu o metodę gradientowej optymalizacji z analizą wrażliwości.2
T-W-14Algorytmy genetyczne i algorytmy Monte Carlo w zastosowaniu do projektowania układów.2
T-W-15Zaawansowane projekty obwodów elektrycznych.2
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
projekty
A-P-1Uczestnictwo w zajęciach - wykonanie indywidualnych projektów obwodów o zróżnicowanym stopniu trudności.45
A-P-2Samodzielne przygotowanie projektów i sprawozdań.45
90
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w wykładzie.30
A-W-2Utrwalenie i pogłębienie wiadomości.20
A-W-3Przygotowanie do zaliczenia.10
60

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny.
M-2Projektowanie indywidualnych układów elektrycznych.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Zaliczenie pisemne wykładu.
S-2Ocena formująca: Wykonanie i zaliczenie zestawu projektów indywidualnych.

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
EL_2A_C02_W01
Ma wiedzę z zakresie syntezy obwodów elektrycznych
EL_2A_W02C-2, C-1, C-3T-W-3, T-W-1, T-W-7, T-W-8, T-W-9, T-W-10, T-W-12, T-W-13, T-W-14, T-W-15, T-W-2, T-W-4, T-W-5, T-W-6, T-W-11M-2, M-1S-1

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
EL_2A_C02_U01
Potrafi prezentować wyniki projektu oraz przedyskutować wyniki
EL_2A_U04C-2T-P-2, T-P-1, T-P-7, T-P-6, T-P-9, T-P-11, T-P-13, T-P-12, T-P-3, T-P-8, T-P-5, T-P-10, T-P-4M-2S-2
EL_2A_C02_U02
Potrafi dobrać użyte modele i metodę projektowania układu elektrycznego
EL_2A_U07C-1, C-3T-P-2, T-P-1, T-P-6M-2S-2
EL_2A_C02_U03
Potrafi zaprojektować i zoptymalizować obwód elektryczny wykorzystując analizę wrażliwości itolerancji
EL_2A_U18C-2, C-1, C-3T-P-7, T-P-9, T-P-11, T-P-13M-2S-2

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
EL_2A_C02_W01
Ma wiedzę z zakresie syntezy obwodów elektrycznych
2,0
3,0Student ma wiedzę w zakresie syntezy obwodów elektrycznych.
3,5
4,0
4,5
5,0

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
EL_2A_C02_U01
Potrafi prezentować wyniki projektu oraz przedyskutować wyniki
2,0
3,0Student potrafi prezentować wyniki projektu oraz przedyskutować wyniki.
3,5
4,0
4,5
5,0
EL_2A_C02_U02
Potrafi dobrać użyte modele i metodę projektowania układu elektrycznego
2,0
3,0Student potrafi dobrać użyte modele i metodę projektowania układu elektrycznego.
3,5
4,0
4,5
5,0
EL_2A_C02_U03
Potrafi zaprojektować i zoptymalizować obwód elektryczny wykorzystując analizę wrażliwości itolerancji
2,0
3,0Student potrafi zaprojektować i zoptymalizować obwód elektryczny wykorzystując analizę wrażliwości i tolerancji.
3,5
4,0
4,5
5,0

Literatura podstawowa

  1. K.M.Gawrylczyk, strony www kmg.zut.edu.pl, ZUT, Szczecin, 2012
  2. Chua L. O.. Lin P. M., Komputerowa analiza układów elektronicznych, WNT, Warszawa, 1981

Literatura dodatkowa

  1. Białko M., Analiza układów elektronicznych wspomagana mikrokomputerem, WNT, Warszawa, 1989

Treści programowe - projekty

KODTreść programowaGodziny
T-P-1Formułowanie równań do analizy obwodu stałoprądowego. Rozwiązanie przy użyciu pakietu Mathcad.2
T-P-2Analiza odpowiedzi częstotliwościowej obwodu z użyciem Mathcada oraz SPICE’a. Modele elementów obwodu uzależnione od poziomu sygnału i od częstotliwości.4
T-P-3Analiza stanu przejściowego w obwodzie.3
T-P-4Metoda zmiennych stanu. Modele elementów reaktancyjnych.3
T-P-5Rozwiązywanie dużych układów równań: algorytm LU, rozkład na wartości osobliwe.3
T-P-6Pojęcie wrażliwości małoprzyrostowej. Wyznaczanie wrażliwości metodą bezpośrednią. Porównanie z wynikami uzyskanymi przy pomocy SPICE'a.4
T-P-7Wyznaczanie wrażliwości metodą Tellegena.3
T-P-8Wyznaczanie wrażliwości metodą układu przyrostowego.3
T-P-9Projektowanie układu stałoprądowego z uzyciem metod optymalizacji bezgradientowej.3
T-P-10Projektowanie układu stałoprądowego z użyciem optymalizacji gradientowej4
T-P-11Projektowanie charakterystyk częstotliwościowych przy użyciu metod optymalizacji.6
T-P-12Metody optymalizacji w zastosowaniu do projektowania filtrów.4
T-P-13Metody regularyzacji zadań projektowych źle uwarunkowanych.3
45

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Analiza numeryczna obwodów elektrycznych. Struktura obwodów. Topologia sieci. Formułowanie równań. Równania w dziedzinie czasu i ich metody rozwiązywania.2
T-W-2Komputerowe modele elementów układu. Klasyfikacja modeli ze względu na szerokość pasma i zakres amplitud sygnału. Hierarchia modeli. Modele indukcyjności oraz pojemności. Modele przyrządów półprzewodnikowych.2
T-W-3Analiza numeryczna w dziedzinie czasu. Metoda zmiennych stanu. Modele pojemności oraz indukcyjności liniowej.2
T-W-4Formułowanie równań dla sieci liniowych i nieliniowych metodą potencjałów węzłowych. Algorytm Newtona-Raphsona dla układu równań.2
T-W-5Podstawowe definicje i algorytmy analizy wrażliwości. Twierdzenie Tellegena. Zastosowanie do prostego układu rezystancyjnego.2
T-W-6Układy przyrostowe. Idea metody i realizacja numeryczna. Wyznaczenie wrażliwości prostego układu metodą układu przyrostowego.2
T-W-7Układy dołączone w dziedzinie częstotliwości. Składniki wrażliwościowe. Wybór pobudzenia układu dołączonego stosownie do zagadnienia.2
T-W-8Układy dołączone w dziedzinie czasu. Przykład analizy wrażliwości w dziedzinie czasu. Wyznaczanie gradientu kwadratowej funkcji błędu.2
T-W-9Wyznaczanie wrażliwości z symbolicznej postaci funkcji obwodu. Zastosowanie modeli dołączonych do wyznaczania szumów układów.2
T-W-10Wykorzystanie metod optymalizacji bezgradientowej do projektowania obwodów. Szybkość zbieżności zadania projektowego. Praktyczne aspekty stabilności rozwiązań.2
T-W-11Wykorzystanie metod optymalizacji gradientowej do projektowania obwodów. Analiza wrażliwości jako źródło informacji gradientowej w optymalizacji. Jakobian. Zadania nadokreślone i ich metody rozwiązywania.2
T-W-12Przykłady zadań projektowych wykonanych w oparciu o optymalizację bezgradientową Hooka-Jeevesa oraz Gaussa-Seidela.2
T-W-13Przykłady zadań projektowych wykonanych w opaciu o metodę gradientowej optymalizacji z analizą wrażliwości.2
T-W-14Algorytmy genetyczne i algorytmy Monte Carlo w zastosowaniu do projektowania układów.2
T-W-15Zaawansowane projekty obwodów elektrycznych.2
30

Formy aktywności - projekty

KODForma aktywnościGodziny
A-P-1Uczestnictwo w zajęciach - wykonanie indywidualnych projektów obwodów o zróżnicowanym stopniu trudności.45
A-P-2Samodzielne przygotowanie projektów i sprawozdań.45
90
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w wykładzie.30
A-W-2Utrwalenie i pogłębienie wiadomości.20
A-W-3Przygotowanie do zaliczenia.10
60
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaEL_2A_C02_W01Ma wiedzę z zakresie syntezy obwodów elektrycznych
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówEL_2A_W02Ma pogłębioną i uporządkowaną wiedzę w zakresie syntezy obwodów elektrycznych
Cel przedmiotuC-2Umiejętność formułowania zadań projektowych, a następnie ich rozwiązywania.
C-1Opanowanie numerycznych i analitycznych metod analizy obwodów elektrycznych.
C-3Umiejętność wyboru optymalnej metody rozwiązania oraz adekwatnego oprogramowania narzędziowego.
Treści programoweT-W-3Analiza numeryczna w dziedzinie czasu. Metoda zmiennych stanu. Modele pojemności oraz indukcyjności liniowej.
T-W-1Analiza numeryczna obwodów elektrycznych. Struktura obwodów. Topologia sieci. Formułowanie równań. Równania w dziedzinie czasu i ich metody rozwiązywania.
T-W-7Układy dołączone w dziedzinie częstotliwości. Składniki wrażliwościowe. Wybór pobudzenia układu dołączonego stosownie do zagadnienia.
T-W-8Układy dołączone w dziedzinie czasu. Przykład analizy wrażliwości w dziedzinie czasu. Wyznaczanie gradientu kwadratowej funkcji błędu.
T-W-9Wyznaczanie wrażliwości z symbolicznej postaci funkcji obwodu. Zastosowanie modeli dołączonych do wyznaczania szumów układów.
T-W-10Wykorzystanie metod optymalizacji bezgradientowej do projektowania obwodów. Szybkość zbieżności zadania projektowego. Praktyczne aspekty stabilności rozwiązań.
T-W-12Przykłady zadań projektowych wykonanych w oparciu o optymalizację bezgradientową Hooka-Jeevesa oraz Gaussa-Seidela.
T-W-13Przykłady zadań projektowych wykonanych w opaciu o metodę gradientowej optymalizacji z analizą wrażliwości.
T-W-14Algorytmy genetyczne i algorytmy Monte Carlo w zastosowaniu do projektowania układów.
T-W-15Zaawansowane projekty obwodów elektrycznych.
T-W-2Komputerowe modele elementów układu. Klasyfikacja modeli ze względu na szerokość pasma i zakres amplitud sygnału. Hierarchia modeli. Modele indukcyjności oraz pojemności. Modele przyrządów półprzewodnikowych.
T-W-4Formułowanie równań dla sieci liniowych i nieliniowych metodą potencjałów węzłowych. Algorytm Newtona-Raphsona dla układu równań.
T-W-5Podstawowe definicje i algorytmy analizy wrażliwości. Twierdzenie Tellegena. Zastosowanie do prostego układu rezystancyjnego.
T-W-6Układy przyrostowe. Idea metody i realizacja numeryczna. Wyznaczenie wrażliwości prostego układu metodą układu przyrostowego.
T-W-11Wykorzystanie metod optymalizacji gradientowej do projektowania obwodów. Analiza wrażliwości jako źródło informacji gradientowej w optymalizacji. Jakobian. Zadania nadokreślone i ich metody rozwiązywania.
Metody nauczaniaM-2Projektowanie indywidualnych układów elektrycznych.
M-1Wykład informacyjny.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Zaliczenie pisemne wykładu.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student ma wiedzę w zakresie syntezy obwodów elektrycznych.
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaEL_2A_C02_U01Potrafi prezentować wyniki projektu oraz przedyskutować wyniki
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówEL_2A_U04Potrafi przygotować i przedstawić prezentację na temat realizacji zadania projektowego lub badawczego oraz poprowadzić dyskusję dotyczącą przedstawionej prezentacji (w języku polskim i języku obcym)
Cel przedmiotuC-2Umiejętność formułowania zadań projektowych, a następnie ich rozwiązywania.
Treści programoweT-P-2Analiza odpowiedzi częstotliwościowej obwodu z użyciem Mathcada oraz SPICE’a. Modele elementów obwodu uzależnione od poziomu sygnału i od częstotliwości.
T-P-1Formułowanie równań do analizy obwodu stałoprądowego. Rozwiązanie przy użyciu pakietu Mathcad.
T-P-7Wyznaczanie wrażliwości metodą Tellegena.
T-P-6Pojęcie wrażliwości małoprzyrostowej. Wyznaczanie wrażliwości metodą bezpośrednią. Porównanie z wynikami uzyskanymi przy pomocy SPICE'a.
T-P-9Projektowanie układu stałoprądowego z uzyciem metod optymalizacji bezgradientowej.
T-P-11Projektowanie charakterystyk częstotliwościowych przy użyciu metod optymalizacji.
T-P-13Metody regularyzacji zadań projektowych źle uwarunkowanych.
T-P-12Metody optymalizacji w zastosowaniu do projektowania filtrów.
T-P-3Analiza stanu przejściowego w obwodzie.
T-P-8Wyznaczanie wrażliwości metodą układu przyrostowego.
T-P-5Rozwiązywanie dużych układów równań: algorytm LU, rozkład na wartości osobliwe.
T-P-10Projektowanie układu stałoprądowego z użyciem optymalizacji gradientowej
T-P-4Metoda zmiennych stanu. Modele elementów reaktancyjnych.
Metody nauczaniaM-2Projektowanie indywidualnych układów elektrycznych.
Sposób ocenyS-2Ocena formująca: Wykonanie i zaliczenie zestawu projektów indywidualnych.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student potrafi prezentować wyniki projektu oraz przedyskutować wyniki.
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaEL_2A_C02_U02Potrafi dobrać użyte modele i metodę projektowania układu elektrycznego
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówEL_2A_U07Potrafi wykorzystać poznane metody i modele matematyczne - w razie potrzeby odpowiednio je modyfikując - do analizy i projektowania (w tym projektowania CAD) elementów, układów i systemów elektrycznych, elektromechanicznych i energoelektronicznych
Cel przedmiotuC-1Opanowanie numerycznych i analitycznych metod analizy obwodów elektrycznych.
C-3Umiejętność wyboru optymalnej metody rozwiązania oraz adekwatnego oprogramowania narzędziowego.
Treści programoweT-P-2Analiza odpowiedzi częstotliwościowej obwodu z użyciem Mathcada oraz SPICE’a. Modele elementów obwodu uzależnione od poziomu sygnału i od częstotliwości.
T-P-1Formułowanie równań do analizy obwodu stałoprądowego. Rozwiązanie przy użyciu pakietu Mathcad.
T-P-6Pojęcie wrażliwości małoprzyrostowej. Wyznaczanie wrażliwości metodą bezpośrednią. Porównanie z wynikami uzyskanymi przy pomocy SPICE'a.
Metody nauczaniaM-2Projektowanie indywidualnych układów elektrycznych.
Sposób ocenyS-2Ocena formująca: Wykonanie i zaliczenie zestawu projektów indywidualnych.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student potrafi dobrać użyte modele i metodę projektowania układu elektrycznego.
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaEL_2A_C02_U03Potrafi zaprojektować i zoptymalizować obwód elektryczny wykorzystując analizę wrażliwości itolerancji
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówEL_2A_U18Potrafi zaprojektować i zoptymalizować obwód elektryczny wykorzystując analizę wrażliwości i tolerancji
Cel przedmiotuC-2Umiejętność formułowania zadań projektowych, a następnie ich rozwiązywania.
C-1Opanowanie numerycznych i analitycznych metod analizy obwodów elektrycznych.
C-3Umiejętność wyboru optymalnej metody rozwiązania oraz adekwatnego oprogramowania narzędziowego.
Treści programoweT-P-7Wyznaczanie wrażliwości metodą Tellegena.
T-P-9Projektowanie układu stałoprądowego z uzyciem metod optymalizacji bezgradientowej.
T-P-11Projektowanie charakterystyk częstotliwościowych przy użyciu metod optymalizacji.
T-P-13Metody regularyzacji zadań projektowych źle uwarunkowanych.
Metody nauczaniaM-2Projektowanie indywidualnych układów elektrycznych.
Sposób ocenyS-2Ocena formująca: Wykonanie i zaliczenie zestawu projektów indywidualnych.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student potrafi zaprojektować i zoptymalizować obwód elektryczny wykorzystując analizę wrażliwości i tolerancji.
3,5
4,0
4,5
5,0