Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S1)

Sylabus przedmiotu Wprowadzenie do automatyki i robotyki:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Automatyka i robotyka
Forma studiów studia stacjonarne Poziom pierwszego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta inżynier
Obszary studiów charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK
Profil ogólnoakademicki
Moduł —
Przedmiot Wprowadzenie do automatyki i robotyki
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Automatyki i Robotyki
Nauczyciel odpowiedzialny Stefan Domek <Stefan.Domek@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Krzysztof Jaroszewski <Krzysztof.Jaroszewski@zut.edu.pl>, Paweł Waszczuk <Pawel.Waszczuk@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 1,60,50egzamin
laboratoriaL1 10 1,40,50zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Wcześniej należy uzyskać efekty wiedzy i umiejętności z matematyki, informatyki i fizyki.

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z zadaniami układów regulacji automatycznej, stosowanymi rozwiązaniami i tendencjami rozwojowymi.
C-2Zapoznanie studentów z podstawami opisu układów sterowania.
C-3Zapoznanie studentów z właściwościami podstawowych elementów automatyki; ukształtowanie umiejętności rozróżniania podstawowych elementów.
C-4Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami syntezy układów sterowania i oceny jakości ich działania.
C-5Zapoznanie studentów z modelem funkcjonalnym komputerowych układów sterowania i ukształtowanie na tym tle umiejętności dostrzegania poszczególnych funkcji w przykładowych rozwiązaniach układów regulacji automatycznej.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Wprowadzenie do zajęć laboratoryjnych - zasady BHP, omówienie sposobu prowadzenia zajęć, zasad zaliczania poszczególłnych ćwiczeń i całej formy zajęć.1
T-L-2Warstwowy model układu automatycznego sterowania - przykład realizacji ukłdu sterowania z wykorzystaniem PLC i HMI. Diagnostyka procesu przemysłowego.2
T-L-3Metody sztucznej inteligencji - pokazanie rozwiązań problemów przemysłowych przy zastosowaniu sztucznych sieci neuronowych, logiki rozmytej i technik ewolucyjnych.2
T-L-4Robotyka - pokazanie róznych typów konstrukcji - przykłady rzeczywiste. Napisanie prostego programu demostracyjnego na manipulator przemysłowy.i2
T-L-5Układ regulacji ciągłej - przykład realizacji układu regulacji rzeczywistego obiektu .2
T-L-6Podsumowanie formy zajęć. Zaliczenie.1
10
wykłady
T-W-1Wstęp – cele i program przedmiotu, literatura. Historia automatyki, przykłady, perspektywy; etapy projektowania i instalacji układów automatyki. Przykładowe procesy technologiczne w różnych gałęziach przemysłu.2
T-W-2Podstawowe pojęcia z zakresu automatyzacji – proces, obiekt, elementy automatyki, symbole graficzne; sterowanie. Pojęcie modelu, modelowanie a identyfikacja, weryfikacja modelu; modele matematyczne – wejścia, wyjścia, stan, stan początkowy; modele SISO/ MIMO, statyczne/ dynamiczne, liniowe/ nieliniowe, o stałych skupionych/ rozłożonych, ciągłe/ dyskretne/ hybrydowe; model wejściowo-wyjściowy. Idea rachunku operatorowego, elementarne podstawy przekształcenia Laplace’a; pojęcie transmitancji, bieguny i zera; przekształcanie schematów blokowych.2
T-W-3Charakterystyki czasowe – pojęcie, rodzaje, wyznaczanie eksperymentalne i matematyczne; charakterystyki czasowe podstawowych elementów. Transmitancja Fouriera (widmowa funkcja przejścia); charakterystyki częstotliwościowe – pojęcie, rodzaje, wyznaczanie eksperymentalne i matematyczne; charakterystyki częstotliwościowe podstawowych elementów.2
T-W-4Identyfikacja modeli – metody inżynierskie, wady zalety; wyznaczanie charakterystyk skokowych i częstotliwościowych dla różnych wymuszeń; idea identyfikacji modeli parametrycznych. Sterowanie a regulacja; otwarty układ sterowania; ujemne sprzężenie zwrotne; zamknięty układ sterowania; układ regulacji. Pojęcie stabilności – stabilność wewnętrzna / zewnętrzna, stabilność asymptotyczna; stabilność układów liniowych i nieliniowych; wpływ biegunów na stabilność układu. Pojęcie sterowalności i obserwowalności.2
T-W-5Budowa układu regulacji. Podział układów regulacji ze względu na technologię wykonania – pneumatyczne, hydrauliczne, elektroniczne analogowe, cyfrowe, mieszane. Podział regulatorów ze względu na źródło zasilania – regulatory bezpośredniego działania/ pośredniego działania. Komputerowe układy automatyki – funkcjonalny model pięciowarstwowy; główne zadania warstw, wymagania; interfejsy dialogu człowiek-maszyna. Podział KUA – układy monitorowania, komputerowe stanowiska pomiarowo-testujące, układy sterowania sekwencyjno-logicznego, systemy bezpośredniego sterowania cyfrowego; przykłady.2
T-W-6Pojęcie algorytmu sterowania; ogólna klasyfikacja algorytmów. Podział regulatorów w zależności od algorytmu sterowania – ciągłe (bez ograniczeń, z ograniczeniami), nieciągłe (dwustawne, trójstawne), quasiciągłe (regulatory dwustawne z korekcją dynamiczną, z modulacją szerokości impulsu, krokowe), cyfrowe. Algorytm PID – wyprowadzenie algorytmu ciągłego; ocena jakości regulacji (wskaźniki odcinkowe i całkowe); ogólne zasady strojenia regulatora PID. Regulator PID dwustawny z korekcją dynamiczną; krokowy regulator PID; Cyfrowy algorytm PID – wyprowadzenie wzoru.2
T-W-7Idea algorytmu predykcyjnego (MPC); podstawowe pojęcia: horyzont predykcji, trajektoria referencyjna, modele obiektu i zakłóceń, funkcja kosztu; problemy implementacyjne. Wprowadzenie do diagnostyki technicznej – funkcje układu diagnostycznego, podstawowe pojęcia, detekcja a lokalizacja defektu; miejsce układu diagnostyki w pięciowarstwowym modelu funkcjonalnym; rodzaje układów diagnostycznych (z modelem procesu, bez modelu); przykłady możliwych defektów w układzie trzech zbiorników.2
T-W-8Nowoczesne narzędzia programistyczne używane w automatyce i robotyce – przykłady; projektowanie i symulowanie układów automatyki, programowanie urządzeń automatyki (np. sterowników PLC), programowanie systemów wizualizacji, programowanie robotów, symulowanie środowiska pracy robotów, wirtualne systemy pomiarowo-kontrolne, systemy projektowania komputerowego (CAD).1
15

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Udział w zajęciach laboratoryjnych10
A-L-2Przygotowanie się do ćwiczeń10
A-L-3Przygotowanie sprawozdań z ćwiczeń10
A-L-4Przygotowanie do zaliczenia5
35
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-W-2Uzupełnianie wiedzy z literatury15
A-W-3Przygotowanie się do egzaminu7
A-W-4Egzamin3
40

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Metody podające: wykład informacyjny, opis, objaśnienie.
M-2Metody aktywizujące: dyskusja dydaktyczna.
M-3Metody programowane z użyciem komputera.
M-4Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia laboratoryjne, symulacje.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie pisemnego zaliczenia oraz aktywności i pracy poszczególnych członków zespołu podczas realizacji ćwiczeń.
S-2Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca pod koniec przedmiotu podsumowująca osiągnięte efekty uczenia się. Egzamin pisemny i ustny.

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_1A_C01_W01
Zna rys historyczny rozwoju automatyki. Zna podstawowe pojęcia automatyki. Zna rodzaje układów automatyki. Zna ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawy opisu układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Zna w podstawowym zakresie nowoczesne narzędzia programowe projektowania i badania układów automatyki – LabVIEW, Matlab/ Simulink.		AR_1A_W09——C-5, C-1, C-2, C-4T-W-1, T-W-2, T-W-4, T-W-5, T-W-7, T-W-8, T-W-3, T-W-6M-2, M-3, M-4, M-1S-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_1A_C01_U01
Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji.		AR_1A_U19——C-5, C-1, C-2, C-3, C-4T-L-1, T-L-3, T-L-4, T-L-2, T-L-5, T-L-6M-2, M-3, M-4S-1

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
AR_1A_C01_W01
Zna rys historyczny rozwoju automatyki. Zna podstawowe pojęcia automatyki. Zna rodzaje układów automatyki. Zna ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawy opisu układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Zna w podstawowym zakresie nowoczesne narzędzia programowe projektowania i badania układów automatyki – LabVIEW, Matlab/ Simulink.		2,0Student nie zna podstawowych pojęć automatyki. Nie potrafi nazwać różnych typów układów automatyki. Nie rozumie idei sprzężenia zwrotnego. Nie zna podstawowych opisów układów dynamicznych. Nie zna definicji stabilności i kryteriów oceny jakości układów regulacji automatycznej. Nie zna podstawowych elementów układu regulacji automatycznej. Nie zna czterowarstwowego modelu funkcjonalnego systemów SCADA. Uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,0Student zna podstawowe pojęcia automatyki. Potrafi nazwać różne rodzaje układów automatyki. Rozumie ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawowe opisy układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Uzyskał 50-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,5Student zna podstawowe pojęcia automatyki. Potrafi nazwać różne rodzaje układów automatyki. Rozumie ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawowe opisy układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,0Student zna podstawowe pojęcia automatyki. Potrafi nazwać różne rodzaje układów automatyki. Rozumie ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawowe opisy układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,5Student zna podstawowe pojęcia automatyki. Potrafi nazwać różne rodzaje układów automatyki. Rozumie ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawowe opisy układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
5,0Student zna podstawowe pojęcia automatyki. Potrafi nazwać różne rodzaje układów automatyki. Rozumie ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawowe opisy układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
AR_1A_C01_U01
Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji.		2,0Student nie potrafi przypisać poszczególnych elementów układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meody sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulatora przemysłowego, zaprojektować i ocenić jakości układu regulacji. Uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,0Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji. Uzyskał 50-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,5Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania; zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania; uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji. Uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,0Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji. Uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,5Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji. Uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
5,0Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji. Uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.

Literatura podstawowa

  1. Kaczorek T., Teoria układów regulacji automatycznej, WNT, Warszawa, 1974
  2. de Larminat P., Thomas Y., Automatyka-układy liniowe. Tom 1-2, WNT, Warszawa, 1983
  3. Żuchowski A., Modele dynamiki i identyfikacja, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2003, Skrypt Uczelniany

Literatura dodatkowa

  1. Kaczorek T., Dzieliński A., Dąbrowski W., Łopatka R., Podstawy teorii sterowania, WNT, Warszawa, 2005
  2. Tatjewski P., Sterowanie zaawansowane obiektów przemysłowych. Struktury i algorytmy., Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa, 2002, Monografie KAiR PAN, Tom 5
  3. Brzózka J., Regulatory cyfrowe w automatyce., MIKOM, Warszawa, 2002
  4. Skoczowski S., Dwustawna regulacja temperatury, WNT, Warszawa, 1977
  5. Broel-Plater B., Sterowniki Programowalne - właściwości i zasady stosowania, Wyd. Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2003, 2

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Wprowadzenie do zajęć laboratoryjnych - zasady BHP, omówienie sposobu prowadzenia zajęć, zasad zaliczania poszczególłnych ćwiczeń i całej formy zajęć.1
T-L-2Warstwowy model układu automatycznego sterowania - przykład realizacji ukłdu sterowania z wykorzystaniem PLC i HMI. Diagnostyka procesu przemysłowego.2
T-L-3Metody sztucznej inteligencji - pokazanie rozwiązań problemów przemysłowych przy zastosowaniu sztucznych sieci neuronowych, logiki rozmytej i technik ewolucyjnych.2
T-L-4Robotyka - pokazanie róznych typów konstrukcji - przykłady rzeczywiste. Napisanie prostego programu demostracyjnego na manipulator przemysłowy.i2
T-L-5Układ regulacji ciągłej - przykład realizacji układu regulacji rzeczywistego obiektu .2
T-L-6Podsumowanie formy zajęć. Zaliczenie.1
10

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Wstęp – cele i program przedmiotu, literatura. Historia automatyki, przykłady, perspektywy; etapy projektowania i instalacji układów automatyki. Przykładowe procesy technologiczne w różnych gałęziach przemysłu.2
T-W-2Podstawowe pojęcia z zakresu automatyzacji – proces, obiekt, elementy automatyki, symbole graficzne; sterowanie. Pojęcie modelu, modelowanie a identyfikacja, weryfikacja modelu; modele matematyczne – wejścia, wyjścia, stan, stan początkowy; modele SISO/ MIMO, statyczne/ dynamiczne, liniowe/ nieliniowe, o stałych skupionych/ rozłożonych, ciągłe/ dyskretne/ hybrydowe; model wejściowo-wyjściowy. Idea rachunku operatorowego, elementarne podstawy przekształcenia Laplace’a; pojęcie transmitancji, bieguny i zera; przekształcanie schematów blokowych.2
T-W-3Charakterystyki czasowe – pojęcie, rodzaje, wyznaczanie eksperymentalne i matematyczne; charakterystyki czasowe podstawowych elementów. Transmitancja Fouriera (widmowa funkcja przejścia); charakterystyki częstotliwościowe – pojęcie, rodzaje, wyznaczanie eksperymentalne i matematyczne; charakterystyki częstotliwościowe podstawowych elementów.2
T-W-4Identyfikacja modeli – metody inżynierskie, wady zalety; wyznaczanie charakterystyk skokowych i częstotliwościowych dla różnych wymuszeń; idea identyfikacji modeli parametrycznych. Sterowanie a regulacja; otwarty układ sterowania; ujemne sprzężenie zwrotne; zamknięty układ sterowania; układ regulacji. Pojęcie stabilności – stabilność wewnętrzna / zewnętrzna, stabilność asymptotyczna; stabilność układów liniowych i nieliniowych; wpływ biegunów na stabilność układu. Pojęcie sterowalności i obserwowalności.2
T-W-5Budowa układu regulacji. Podział układów regulacji ze względu na technologię wykonania – pneumatyczne, hydrauliczne, elektroniczne analogowe, cyfrowe, mieszane. Podział regulatorów ze względu na źródło zasilania – regulatory bezpośredniego działania/ pośredniego działania. Komputerowe układy automatyki – funkcjonalny model pięciowarstwowy; główne zadania warstw, wymagania; interfejsy dialogu człowiek-maszyna. Podział KUA – układy monitorowania, komputerowe stanowiska pomiarowo-testujące, układy sterowania sekwencyjno-logicznego, systemy bezpośredniego sterowania cyfrowego; przykłady.2
T-W-6Pojęcie algorytmu sterowania; ogólna klasyfikacja algorytmów. Podział regulatorów w zależności od algorytmu sterowania – ciągłe (bez ograniczeń, z ograniczeniami), nieciągłe (dwustawne, trójstawne), quasiciągłe (regulatory dwustawne z korekcją dynamiczną, z modulacją szerokości impulsu, krokowe), cyfrowe. Algorytm PID – wyprowadzenie algorytmu ciągłego; ocena jakości regulacji (wskaźniki odcinkowe i całkowe); ogólne zasady strojenia regulatora PID. Regulator PID dwustawny z korekcją dynamiczną; krokowy regulator PID; Cyfrowy algorytm PID – wyprowadzenie wzoru.2
T-W-7Idea algorytmu predykcyjnego (MPC); podstawowe pojęcia: horyzont predykcji, trajektoria referencyjna, modele obiektu i zakłóceń, funkcja kosztu; problemy implementacyjne. Wprowadzenie do diagnostyki technicznej – funkcje układu diagnostycznego, podstawowe pojęcia, detekcja a lokalizacja defektu; miejsce układu diagnostyki w pięciowarstwowym modelu funkcjonalnym; rodzaje układów diagnostycznych (z modelem procesu, bez modelu); przykłady możliwych defektów w układzie trzech zbiorników.2
T-W-8Nowoczesne narzędzia programistyczne używane w automatyce i robotyce – przykłady; projektowanie i symulowanie układów automatyki, programowanie urządzeń automatyki (np. sterowników PLC), programowanie systemów wizualizacji, programowanie robotów, symulowanie środowiska pracy robotów, wirtualne systemy pomiarowo-kontrolne, systemy projektowania komputerowego (CAD).1
15

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Udział w zajęciach laboratoryjnych10
A-L-2Przygotowanie się do ćwiczeń10
A-L-3Przygotowanie sprawozdań z ćwiczeń10
A-L-4Przygotowanie do zaliczenia5
35
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-W-2Uzupełnianie wiedzy z literatury15
A-W-3Przygotowanie się do egzaminu7
A-W-4Egzamin3
40
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_1A_C01_W01Zna rys historyczny rozwoju automatyki. Zna podstawowe pojęcia automatyki. Zna rodzaje układów automatyki. Zna ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawy opisu układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Zna w podstawowym zakresie nowoczesne narzędzia programowe projektowania i badania układów automatyki – LabVIEW, Matlab/ Simulink.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_W09Ma podstawową wiedzę z zakresu praktycznych zastosowań automatyki i robotyki.
Cel przedmiotuC-5Zapoznanie studentów z modelem funkcjonalnym komputerowych układów sterowania i ukształtowanie na tym tle umiejętności dostrzegania poszczególnych funkcji w przykładowych rozwiązaniach układów regulacji automatycznej.
C-1Zapoznanie studentów z zadaniami układów regulacji automatycznej, stosowanymi rozwiązaniami i tendencjami rozwojowymi.
C-2Zapoznanie studentów z podstawami opisu układów sterowania.
C-4Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami syntezy układów sterowania i oceny jakości ich działania.
Treści programoweT-W-1Wstęp – cele i program przedmiotu, literatura. Historia automatyki, przykłady, perspektywy; etapy projektowania i instalacji układów automatyki. Przykładowe procesy technologiczne w różnych gałęziach przemysłu.
T-W-2Podstawowe pojęcia z zakresu automatyzacji – proces, obiekt, elementy automatyki, symbole graficzne; sterowanie. Pojęcie modelu, modelowanie a identyfikacja, weryfikacja modelu; modele matematyczne – wejścia, wyjścia, stan, stan początkowy; modele SISO/ MIMO, statyczne/ dynamiczne, liniowe/ nieliniowe, o stałych skupionych/ rozłożonych, ciągłe/ dyskretne/ hybrydowe; model wejściowo-wyjściowy. Idea rachunku operatorowego, elementarne podstawy przekształcenia Laplace’a; pojęcie transmitancji, bieguny i zera; przekształcanie schematów blokowych.
T-W-4Identyfikacja modeli – metody inżynierskie, wady zalety; wyznaczanie charakterystyk skokowych i częstotliwościowych dla różnych wymuszeń; idea identyfikacji modeli parametrycznych. Sterowanie a regulacja; otwarty układ sterowania; ujemne sprzężenie zwrotne; zamknięty układ sterowania; układ regulacji. Pojęcie stabilności – stabilność wewnętrzna / zewnętrzna, stabilność asymptotyczna; stabilność układów liniowych i nieliniowych; wpływ biegunów na stabilność układu. Pojęcie sterowalności i obserwowalności.
T-W-5Budowa układu regulacji. Podział układów regulacji ze względu na technologię wykonania – pneumatyczne, hydrauliczne, elektroniczne analogowe, cyfrowe, mieszane. Podział regulatorów ze względu na źródło zasilania – regulatory bezpośredniego działania/ pośredniego działania. Komputerowe układy automatyki – funkcjonalny model pięciowarstwowy; główne zadania warstw, wymagania; interfejsy dialogu człowiek-maszyna. Podział KUA – układy monitorowania, komputerowe stanowiska pomiarowo-testujące, układy sterowania sekwencyjno-logicznego, systemy bezpośredniego sterowania cyfrowego; przykłady.
T-W-7Idea algorytmu predykcyjnego (MPC); podstawowe pojęcia: horyzont predykcji, trajektoria referencyjna, modele obiektu i zakłóceń, funkcja kosztu; problemy implementacyjne. Wprowadzenie do diagnostyki technicznej – funkcje układu diagnostycznego, podstawowe pojęcia, detekcja a lokalizacja defektu; miejsce układu diagnostyki w pięciowarstwowym modelu funkcjonalnym; rodzaje układów diagnostycznych (z modelem procesu, bez modelu); przykłady możliwych defektów w układzie trzech zbiorników.
T-W-8Nowoczesne narzędzia programistyczne używane w automatyce i robotyce – przykłady; projektowanie i symulowanie układów automatyki, programowanie urządzeń automatyki (np. sterowników PLC), programowanie systemów wizualizacji, programowanie robotów, symulowanie środowiska pracy robotów, wirtualne systemy pomiarowo-kontrolne, systemy projektowania komputerowego (CAD).
T-W-3Charakterystyki czasowe – pojęcie, rodzaje, wyznaczanie eksperymentalne i matematyczne; charakterystyki czasowe podstawowych elementów. Transmitancja Fouriera (widmowa funkcja przejścia); charakterystyki częstotliwościowe – pojęcie, rodzaje, wyznaczanie eksperymentalne i matematyczne; charakterystyki częstotliwościowe podstawowych elementów.
T-W-6Pojęcie algorytmu sterowania; ogólna klasyfikacja algorytmów. Podział regulatorów w zależności od algorytmu sterowania – ciągłe (bez ograniczeń, z ograniczeniami), nieciągłe (dwustawne, trójstawne), quasiciągłe (regulatory dwustawne z korekcją dynamiczną, z modulacją szerokości impulsu, krokowe), cyfrowe. Algorytm PID – wyprowadzenie algorytmu ciągłego; ocena jakości regulacji (wskaźniki odcinkowe i całkowe); ogólne zasady strojenia regulatora PID. Regulator PID dwustawny z korekcją dynamiczną; krokowy regulator PID; Cyfrowy algorytm PID – wyprowadzenie wzoru.
Metody nauczaniaM-2Metody aktywizujące: dyskusja dydaktyczna.
M-3Metody programowane z użyciem komputera.
M-4Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia laboratoryjne, symulacje.
M-1Metody podające: wykład informacyjny, opis, objaśnienie.
Sposób ocenyS-2Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca pod koniec przedmiotu podsumowująca osiągnięte efekty uczenia się. Egzamin pisemny i ustny.
S-1Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie pisemnego zaliczenia oraz aktywności i pracy poszczególnych członków zespołu podczas realizacji ćwiczeń.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie zna podstawowych pojęć automatyki. Nie potrafi nazwać różnych typów układów automatyki. Nie rozumie idei sprzężenia zwrotnego. Nie zna podstawowych opisów układów dynamicznych. Nie zna definicji stabilności i kryteriów oceny jakości układów regulacji automatycznej. Nie zna podstawowych elementów układu regulacji automatycznej. Nie zna czterowarstwowego modelu funkcjonalnego systemów SCADA. Uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,0Student zna podstawowe pojęcia automatyki. Potrafi nazwać różne rodzaje układów automatyki. Rozumie ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawowe opisy układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Uzyskał 50-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,5Student zna podstawowe pojęcia automatyki. Potrafi nazwać różne rodzaje układów automatyki. Rozumie ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawowe opisy układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,0Student zna podstawowe pojęcia automatyki. Potrafi nazwać różne rodzaje układów automatyki. Rozumie ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawowe opisy układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,5Student zna podstawowe pojęcia automatyki. Potrafi nazwać różne rodzaje układów automatyki. Rozumie ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawowe opisy układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
5,0Student zna podstawowe pojęcia automatyki. Potrafi nazwać różne rodzaje układów automatyki. Rozumie ideę sprzężenia zwrotnego. Zna podstawowe opisy układów dynamicznych. Zna definicję stabilności i kryteria oceny jakości układów regulacji automatycznej. Zna podstawowe elementy układu regulacji automatycznej. Zna czterowarstwowy model funkcjonalny systemów SCADA. Uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_1A_C01_U01Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_U19Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania i zoptymalizować jego działanie.
Cel przedmiotuC-5Zapoznanie studentów z modelem funkcjonalnym komputerowych układów sterowania i ukształtowanie na tym tle umiejętności dostrzegania poszczególnych funkcji w przykładowych rozwiązaniach układów regulacji automatycznej.
C-1Zapoznanie studentów z zadaniami układów regulacji automatycznej, stosowanymi rozwiązaniami i tendencjami rozwojowymi.
C-2Zapoznanie studentów z podstawami opisu układów sterowania.
C-3Zapoznanie studentów z właściwościami podstawowych elementów automatyki; ukształtowanie umiejętności rozróżniania podstawowych elementów.
C-4Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami syntezy układów sterowania i oceny jakości ich działania.
Treści programoweT-L-1Wprowadzenie do zajęć laboratoryjnych - zasady BHP, omówienie sposobu prowadzenia zajęć, zasad zaliczania poszczególłnych ćwiczeń i całej formy zajęć.
T-L-3Metody sztucznej inteligencji - pokazanie rozwiązań problemów przemysłowych przy zastosowaniu sztucznych sieci neuronowych, logiki rozmytej i technik ewolucyjnych.
T-L-4Robotyka - pokazanie róznych typów konstrukcji - przykłady rzeczywiste. Napisanie prostego programu demostracyjnego na manipulator przemysłowy.i
T-L-2Warstwowy model układu automatycznego sterowania - przykład realizacji ukłdu sterowania z wykorzystaniem PLC i HMI. Diagnostyka procesu przemysłowego.
T-L-5Układ regulacji ciągłej - przykład realizacji układu regulacji rzeczywistego obiektu .
T-L-6Podsumowanie formy zajęć. Zaliczenie.
Metody nauczaniaM-2Metody aktywizujące: dyskusja dydaktyczna.
M-3Metody programowane z użyciem komputera.
M-4Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia laboratoryjne, symulacje.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie pisemnego zaliczenia oraz aktywności i pracy poszczególnych członków zespołu podczas realizacji ćwiczeń.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie potrafi przypisać poszczególnych elementów układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meody sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulatora przemysłowego, zaprojektować i ocenić jakości układu regulacji. Uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,0Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji. Uzyskał 50-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
3,5Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania; zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania; uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji. Uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,0Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji. Uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
4,5Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji. Uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.
5,0Student potrafi przypisać poszczególne elementy układu do odpowiedniego poziomu systemu automatycznego sterowania, zaproponować meodę sztucznej inteligencji do rozwiązania zadania w obszarze sterowania, uruchomić manipulator przemysłowy, zaprojektować i ocenic jakość układu regulacji. Uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu.