Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S2)
specjalność: Bezpieczeństwo funkcjonalne systemów przemysłowych

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 charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK
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
ECTS (planowane) 2,0 ECTS (formy) 2,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
projektyP1 30 1,40,50zaliczenie
wykładyW1 15 0,60,50egzamin

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.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
projekty
T-P-1Analiza działania i określenie wymagań funkcjonalnych układu sterowania dla wybranego obiektu dynamicznego MIMO.5
T-P-2Synteza układu sterowania, implementacja opracowanych algorytmów sterowania w wybranym środowisku.10
T-P-3Badania symulacyjne i eksperymentalne, walidacja poprawności działania opracowanych algorytmów sterowania.10
T-P-4Raportowanie postępów prac i prezentacja wyników projektu.5
30
wykłady
T-W-1Analiza i synteza 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.4
T-W-2Ważniejsze cechy i zagadnienia związane ze sterowaniem układami MIMO. Metody analizy struktury układów 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). Odsprzęganie w układach TITO. Uniwersalny algorytm dynamicznego odsprzęgania, z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu, w ujęciu wielomianowym.7
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.4
15

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
projekty
A-P-1Uczestnictwo w zajęciach i samodzielne rozwiązywanie analizowanego problemu30
A-P-2Przygotowanie raportów z realizacji kolejnych etapów prac projektowych oraz przygotowania raportu końcowego5
35
wykłady
A-W-1Udział w zajęciach15
15

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 uczenia się - wiedza

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się 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 dotyczacą sterowania wielowymiarowymi układami dynamicznymi MIMO.
AR_2A_W03C-1, C-2, C-3, C-4, C-6, C-5T-P-1, T-W-2, T-W-1, T-W-3, T-P-2, T-P-3M-1, M-2, M-3S-2, S-1

Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
AR_2A_C03_U01
Potrafi wykorzystać pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów do analizy i syntezy układu sterowania obiektem MIMO.
AR_2A_U03C-6, C-5T-P-1, T-W-2, T-W-1, T-W-3, T-P-2, T-P-3, T-P-4M-1, M-2, M-3S-2, S-1

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
AR_2A_C03_W01
Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i teorii systemów dotyczacą sterowania wielowymiarowymi układami dynamicznymi MIMO.
2,0Nie zna podstawowych właściwości i istotnych cech układów wielowymiarowych MIMO.
3,0Zna podstawowe właściwości i istotne cech układów wielowymiarowych MIMO. Zna definicje i cele statycznego oraz dynamicznego odsprzęgania.
3,5Zna wybrane metody analizy obiektów MIMO. Zna proste metody statycznego i dynamicznego odsprzęgania dla obiektów TITO.
4,0Zna metody analizy obiektów MIMO prezentowane na wykładach. Zna metody statycznego i dynamicznego odsprzęgania dla obiektów MIMO. Zna wymagania sposoby projektowania układów (manualnego) sterowania obiektami MIMO w pętli otwartej.
4,5Zna metody analizy obiektów MIMO prezentowane na wykładach. Zna metody statycznego i dynamicznego odsprzęgania dla obiektów MIMO. Zna wymagania sposoby projektowania układów (manualnego) sterowania obiektami MIMO w pętli otwartej. Zna zasady projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania modalnego z pełnym, dynamicznym odsprzęgnięciem.
5,0Umie sformułować warunki, które powinien spełniać wielowymiarowy układ dynamiczny MIMO przed jego odsprzęgnięciem. Umie sformułować wymagania stawiane układom sterowania wielofunkcyjnego MCS i zna algorytm projektowania układów sterowania wielofunkcyjnego MCS z pełnym dynamicznym odsprzęgnięciem.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
AR_2A_C03_U01
Potrafi wykorzystać pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów do analizy i syntezy układu sterowania obiektem MIMO.
2,0Nie potrafi dokonać podstawowej analizy struktury układu MIMO
3,0Potrafi dokonać podstawowej analizy struktury układu MIMO wykorzystując do tego wybrane metody analizy , np. macierz względnych wzmocnień RGA (Relative Gain Array)
3,5Potrafi wyznaczać i interpretować rózne wskaźniki analizy struktury układu MIMO. Potrafi zaprojektować prosty układ statycznego i dynamicznego odsprzęgania obiektu TITO.
4,0Potrafi zaprojektować układ sterowania obiektem MIMO w pętli otwartej, statycznie i/lub dynamicznie odsprzęgnięty w przypadku, gdy obiekt jest stabilny i niestabilny. Zna wymagania stawiane wielofunkcyjnym układom sterowania obiektami MIMO.
4,5Potrafi dokonać analizy, zaprojektować, zaimplementować i zweryfikować symulacyjnie i/lub eksperymentalnie wielofunkcyjny układ automatycznego sterowania obiektem dynamicznym MIMO.
5,0Potrafi dokonać analizy, zaprojektować, zaimplementować i zweryfikować symulacyjnie i/lub eksperymentalnie wielofunkcyjny układ automatycznego sterowania obiektem dynamicznym MIMO. Potrafi dokonac krytycznej analizy uzyskanych rezultatów.

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
  3. Dworak P., Wybrane problemy syntezy układów sterowania obiektami dynamicznymi o wielu wejściach i wielu wyjściach, Wydawnictwo Uczelniane ZUT w Szczecinie, Szczecin, 2015

Literatura dodatkowa

  1. Kaczorek T., Zastosowanie macierzy wielomianowych i wymiernych w teorii układów dynamicznych, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok, 2004
  2. Goodwin G.C., Grabe A.F., Salgado M.E., Control system design, Prentice Hall, New Jersey, 2001

Treści programowe - projekty

KODTreść programowaGodziny
T-P-1Analiza działania i określenie wymagań funkcjonalnych układu sterowania dla wybranego obiektu dynamicznego MIMO.5
T-P-2Synteza układu sterowania, implementacja opracowanych algorytmów sterowania w wybranym środowisku.10
T-P-3Badania symulacyjne i eksperymentalne, walidacja poprawności działania opracowanych algorytmów sterowania.10
T-P-4Raportowanie postępów prac i prezentacja wyników projektu.5
30

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Analiza i synteza 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.4
T-W-2Ważniejsze cechy i zagadnienia związane ze sterowaniem układami MIMO. Metody analizy struktury układów 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). Odsprzęganie w układach TITO. Uniwersalny algorytm dynamicznego odsprzęgania, z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu, w ujęciu wielomianowym.7
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.4
15

Formy aktywności - projekty

KODForma aktywnościGodziny
A-P-1Uczestnictwo w zajęciach i samodzielne rozwiązywanie analizowanego problemu30
A-P-2Przygotowanie raportów z realizacji kolejnych etapów prac projektowych oraz przygotowania raportu końcowego5
35
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Udział w zajęciach15
15
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_2A_C03_W01Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i teorii systemów dotyczacą sterowania wielowymiarowymi układami dynamicznymi MIMO.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_2A_W03Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów.
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-6Zdobycie umiejętności projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania obiektami MIMO.
C-5Zdobycie umiejętności projektowania układów odsprzęgnietych statycznie i/lub dynamicznie dla celów manualnego sterowania obiektami MIMO.
Treści programoweT-P-1Analiza działania i określenie wymagań funkcjonalnych układu sterowania dla wybranego obiektu dynamicznego MIMO.
T-W-2Ważniejsze cechy i zagadnienia związane ze sterowaniem układami MIMO. Metody analizy struktury układów 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). Odsprzęganie w układach TITO. Uniwersalny algorytm dynamicznego odsprzęgania, z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu, w ujęciu wielomianowym.
T-W-1Analiza i synteza 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-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.
T-P-2Synteza układu sterowania, implementacja opracowanych algorytmów sterowania w wybranym środowisku.
T-P-3Badania symulacyjne i eksperymentalne, walidacja poprawności działania opracowanych algorytmów sterowania.
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
M-3Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
Sposób ocenyS-2Ocena podsumowująca: Ocena na podstawie egzaminu pisemnego i ustnego.
S-1Ocena formująca: Oceny wystawiane na podstawie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Nie zna podstawowych właściwości i istotnych cech układów wielowymiarowych MIMO.
3,0Zna podstawowe właściwości i istotne cech układów wielowymiarowych MIMO. Zna definicje i cele statycznego oraz dynamicznego odsprzęgania.
3,5Zna wybrane metody analizy obiektów MIMO. Zna proste metody statycznego i dynamicznego odsprzęgania dla obiektów TITO.
4,0Zna metody analizy obiektów MIMO prezentowane na wykładach. Zna metody statycznego i dynamicznego odsprzęgania dla obiektów MIMO. Zna wymagania sposoby projektowania układów (manualnego) sterowania obiektami MIMO w pętli otwartej.
4,5Zna metody analizy obiektów MIMO prezentowane na wykładach. Zna metody statycznego i dynamicznego odsprzęgania dla obiektów MIMO. Zna wymagania sposoby projektowania układów (manualnego) sterowania obiektami MIMO w pętli otwartej. Zna zasady projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania modalnego z pełnym, dynamicznym odsprzęgnięciem.
5,0Umie sformułować warunki, które powinien spełniać wielowymiarowy układ dynamiczny MIMO przed jego odsprzęgnięciem. Umie sformułować wymagania stawiane układom sterowania wielofunkcyjnego MCS i zna algorytm projektowania układów sterowania wielofunkcyjnego MCS z pełnym dynamicznym odsprzęgnięciem.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_2A_C03_U01Potrafi wykorzystać pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów do analizy i syntezy układu sterowania obiektem MIMO.
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.
Cel przedmiotuC-6Zdobycie umiejętności projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania obiektami MIMO.
C-5Zdobycie umiejętności projektowania układów odsprzęgnietych statycznie i/lub dynamicznie dla celów manualnego sterowania obiektami MIMO.
Treści programoweT-P-1Analiza działania i określenie wymagań funkcjonalnych układu sterowania dla wybranego obiektu dynamicznego MIMO.
T-W-2Ważniejsze cechy i zagadnienia związane ze sterowaniem układami MIMO. Metody analizy struktury układów 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). Odsprzęganie w układach TITO. Uniwersalny algorytm dynamicznego odsprzęgania, z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu, w ujęciu wielomianowym.
T-W-1Analiza i synteza 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-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.
T-P-2Synteza układu sterowania, implementacja opracowanych algorytmów sterowania w wybranym środowisku.
T-P-3Badania symulacyjne i eksperymentalne, walidacja poprawności działania opracowanych algorytmów sterowania.
T-P-4Raportowanie postępów prac i prezentacja wyników projektu.
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
M-3Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
Sposób ocenyS-2Ocena podsumowująca: Ocena na podstawie egzaminu pisemnego i ustnego.
S-1Ocena formująca: Oceny wystawiane na podstawie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Nie potrafi dokonać podstawowej analizy struktury układu MIMO
3,0Potrafi dokonać podstawowej analizy struktury układu MIMO wykorzystując do tego wybrane metody analizy , np. macierz względnych wzmocnień RGA (Relative Gain Array)
3,5Potrafi wyznaczać i interpretować rózne wskaźniki analizy struktury układu MIMO. Potrafi zaprojektować prosty układ statycznego i dynamicznego odsprzęgania obiektu TITO.
4,0Potrafi zaprojektować układ sterowania obiektem MIMO w pętli otwartej, statycznie i/lub dynamicznie odsprzęgnięty w przypadku, gdy obiekt jest stabilny i niestabilny. Zna wymagania stawiane wielofunkcyjnym układom sterowania obiektami MIMO.
4,5Potrafi dokonać analizy, zaprojektować, zaimplementować i zweryfikować symulacyjnie i/lub eksperymentalnie wielofunkcyjny układ automatycznego sterowania obiektem dynamicznym MIMO.
5,0Potrafi dokonać analizy, zaprojektować, zaimplementować i zweryfikować symulacyjnie i/lub eksperymentalnie wielofunkcyjny układ automatycznego sterowania obiektem dynamicznym MIMO. Potrafi dokonac krytycznej analizy uzyskanych rezultatów.