Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki - Mechanika i budowa maszyn (S1)
Sylabus przedmiotu Podstawy mechatroniki:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Mechanika i budowa maszyn | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | pierwszego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | inżynier | ||
| Obszary studiów | nauk technicznych, studiów inżynierskich | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Podstawy mechatroniki | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Instytut Technologii Mechanicznej | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Mirosław Pajor <Miroslaw.Pajor@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Marcin Hoffmann <Marcin.Hoffmann@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 4,0 | ECTS (formy) | 4,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | 5 | Grupa obieralna | 1 |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Wymagana jest znajomość podstaw matematyki ze szczególnym uwzględnieniem rachunku macierzowego, równań różniczkowych zwyczajnych oraz rachunku operatorowego. |
| W-2 | Znajomość mechaniki ze szczególnym uwzględnieniem dynamiki. |
| W-3 | Elementarna wiedza z zakresu podstaw konstrukcji maszyn. |
| W-4 | Znajomość zagadnień z miernictwa i systemów pomiarowych. |
| W-5 | Elamantarna wiedza z zakresu podstaw elektroniki i elektrotechniki. |
| W-6 | Elementarna znojomość systemu Matlab-Simulink. |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Nabycie wiedzy o komponentach składowych złożonych układów mechatronicznych, ich zasadach działania i zakresach zastosowań. W szczególności o układach: sensorycznych, wstępnej obróbki sygnałów, wykonawczych i sterowania. |
| C-2 | Zapoznanie się z medodami modelowania wielo-zjawiskowych układów mechatronicznych, wyznaczaniem ich podstawowych charakterystyk dynamicznych oraz systemami do komputerowego wspomagania badań symulacyjnych i szybkiego prototypowania algorytmów sterowania. |
| C-3 | Zdobycie praktycznych umiejętności w modelowaniu prostych systemów mechatronicznych i przeprowadzaniu badań symulacyjnych ich działania w środowisku Matlab-Simulink. |
| C-4 | Zdobycie praktycznych umiejętności w realizacji pomiarów doświadczalnych wybranych charakterystyk elementów układów mechatronicznych oraz budowy ich modeli symulacyjnych. |
| C-5 | Doskonalenmie umiejętności pracy w zespole. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| T-A-1 | Modelowanie własności dynamicznych wybranych układów. Budowa modelu matematycznego. Zapis modelu w systemie MATLAB. | 2 |
| T-A-2 | Wyznaczanie podstawowych charakterystyk dynamicznych wybraneg układu. | 2 |
| T-A-3 | Wizualizacja modelu, model geometryczny. Analiza form drgań. Wizualizacja postaci drgań. | 4 |
| T-A-4 | Projektowanie systemu stabilizacji drgań układu w systemie Matlab-Simulink. | 2 |
| T-A-5 | Projaktowanie układu prostego generatora trajektorii ruchu w systemie Mtlab-Simulink. | 3 |
| T-A-6 | Badania symulacyjne stabilności pracy zaprojektowanego układu w systemie Matlab-Simulink. | 2 |
| 15 | ||
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Badanie tłumików z cieczą magnetoreologiczną - doświadczalny pomiar charakterystyk pracy tłumika. | 3 |
| T-L-2 | Badanie tłumików z cieczą magnetoreologiczną - budowa modelu symulacyjnego tłumika MR: model Binghama, zmodyfikowany model Binghama. | 2 |
| T-L-3 | Badanie tłumików z cieczą magnetoreologiczną - budowa modelu symulacyjnego tłumika MR: model Bouc-Wen | 2 |
| T-L-4 | Badanie tłumików z cieczą magnetoreologiczną - zastosowanie modelu tłumika w modelowaniu układu fizycznego. | 2 |
| T-L-5 | Badanie siłownika piezoelketycznego - doświadczalny pomiar charakterystyk pracy siłownika. | 2 |
| T-L-6 | Badanie siłownika piezoelketycznego - budowa modelu symulacyjnego siłownika piezo: model Dahla. | 2 |
| T-L-7 | Budowa modeli układów fizycznych z uwzglednieniem sterowania PID i regulatorów. | 2 |
| 15 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Wprowadzenie: zakres tematyki obejmowany przez mechatronikę, podstawowe pojęcia, ogólny schemat blokowy układu mechatronicznego. | 2 |
| T-W-2 | Układy sensoryczne wykorzystywane w urządzeniach mechatronicznych: układy pomiaru ruchu, siły, ciśnienia, natężenia przepływu i poziomu cieczy, temperatury innych wielkości fizycznych. | 4 |
| T-W-3 | Układy kondycjonowania i wstępnej obróbki sygnałów: zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych, mostek Wheatstone’a, przetworniki A/C i C/A, układy zabezpieczające, multipleksery i akwizycja danych, problemy cyfrowej obróbka sygnałów. | 4 |
| T-W-4 | Układy wykonawcze (aktuatory) w urządzeniach mechatronicznych: układy hydrauliczne i pneumatyczne (zawory, siłowniki, pompy), układy mechaniczne (maszyny proste, mechanizmy, przekładnie), układy elektryczne (silniki elektryczne), materiały inteligentne. | 6 |
| T-W-5 | Podstawy modelowania systemów mechatronicznych: klasyfikacja modeli, modele systemów elektrycznych, hydraulicznych, mechanicznych, modelowanie dynamiki, funkcja przejścia układu, zapis modelu w przestrzeni stanu, przykład modelu układu mechanicznoelektrycznego. | 4 |
| T-W-6 | Zastosowanie sterowników PID w układach mechatronicznych: sterowniki P, I, D, PI, PD, PID- ogólna charakterystyka, inne warianty regulatorów. | 4 |
| T-W-7 | Zastosowanie sterowników PLC w układach mechatronicznych: podstawowa struktura sterownika PLC, metody programowania sterowników, obszary zastosowań. | 2 |
| T-W-8 | Elementy sztucznej inteligencji w układach sterowania urządzeń mechatronicznych: sieci neuronowe, algorytmy genetyczne, logika rozmyta. | 2 |
| T-W-9 | Przykłady układów mechatronicznych: serwonapęd ze sterowaniem CNC jako układ mechatroniczny, monitorowanie ostrza z wykorzystaniem układów sztucznej inteligencji, manipulatory przemysłowe, czytnik dysków CD. | 2 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| A-A-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 15 |
| A-A-2 | Samodzielna praca nad projektem | 8 |
| A-A-3 | Konsultacje | 3 |
| A-A-4 | Przygotowanie sprawozdania z wyników projektu | 5 |
| 31 | ||
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 15 |
| A-L-2 | Samodzielna praca nad opracowaniem wyników pomiarów i symulscji komputerowych | 8 |
| A-L-3 | Konsultacje | 3 |
| A-L-4 | Przygotowanie raportów z ćwiczeń laboratoryjnych | 8 |
| 34 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-W-2 | Konsultacje | 5 |
| A-W-3 | Samodzielna praca nad zrozumieniem treści wykładu. | 10 |
| A-W-4 | Studiowanie literatury. | 5 |
| A-W-5 | Przygotowanie się do zaliczenia. | 8 |
| 58 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny |
| M-2 | Ćwiczenia laboratoryjne |
| M-3 | Metoda projektów |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Ocena końcowa, wystawiana na podstawie sprawdzianu pisemnego stanu wiedzy przekazanej na wykładzie i zdobytej samodzielnie. |
| S-2 | Ocena formująca: Ocena analityczna - na podstawie oceny kolejnych raportów z poszczególnych tematów zajęć laboratoryjnych stanowiących logiczną kontynuację, których zakończeniem jest kompletne opracowanie. |
| S-3 | Ocena formująca: Ocena analityczna - na podstawie oceny kolejnych raportów z poszczególnych etapów realizacji projektu stanowiących logiczną kontynuację, których zakończeniem jest kompletne opracowanie projektu. |
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 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MBM_1A_C50-1_W01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien znać strukturę systemów mechatronicznych, ich podstawowe komponenty, zasady ich działania i obszary zastosowania. Student powinien kojarzyć w jakich sytuacjach może tę wiedzę wykorzystać. Powinien również posiąść podstawową wiedzę z technik modelowania systemów mechatronicznych oraz elementarną wiedzę z metod sterowania układów mechatronicznych. | MBM_1A_W03, MBM_1A_W09 | T1A_W02, T1A_W05 | — | C-1, C-2 | T-W-1, T-W-8, T-W-3, T-W-9, T-W-4, T-W-2, T-W-6, T-W-5, T-W-7 | — | S-1 |
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 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MBM_1A_C50-1_U01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinień umieć zbudować modele matematyczny prostego układu mechanicznego, zapisać ten model w formie niezbędnej do symulacji komputerowej w wybranym środowisku symulacyjnym. Powinien również potrafić analizować własności modelowanego obiektu dynamiczne. Ponadto powinien umieć zaprojektować prosty układ regulacji ze sprzężeniem zwrotnym umożliwiający korygowanie własności dynamicznych oraz kontrolowanie ruchu modelowanego obiektu. | MBM_1A_U07, MBM_1A_U09 | T1A_U07, T1A_U09 | InzA_U02 | C-3 | T-A-6, T-A-2, T-A-1, T-A-4, T-A-5, T-A-3 | M-3 | S-3 |
| MBM_1A_C50-1_U02 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien zrealizować badania doświadczalne wybranych charakterystyk układów mechatronicznych. Powinien rówmnież na podstawie zrealizowanych pomiarów zbudować model symulacyjny układu i wykorzystać go w badaniach symulacyjnych. | MBM_1A_U08 | T1A_U08 | InzA_U01 | C-4 | T-L-2, T-L-7, T-L-6, T-L-1, T-L-4, T-L-3, T-L-5 | M-2 | S-2 |
Zamierzone efekty kształcenia - inne kompetencje społeczne i personalne
| 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 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MBM_1A_C50-1_K01 Realizując ćwiczenia projektowe w 3 osobowych zespołach student nabywa umiejętności pracy w grupie. | MBM_1A_K03 | T1A_K03 | — | C-5 | T-A-3, T-A-1, T-A-2, T-A-5, T-A-6, T-A-4 | M-3 | S-3 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| MBM_1A_C50-1_W01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien znać strukturę systemów mechatronicznych, ich podstawowe komponenty, zasady ich działania i obszary zastosowania. Student powinien kojarzyć w jakich sytuacjach może tę wiedzę wykorzystać. Powinien również posiąść podstawową wiedzę z technik modelowania systemów mechatronicznych oraz elementarną wiedzę z metod sterowania układów mechatronicznych. | 2,0 | Student nie opanował podstawowej wiedzy z zakresu przedmiotu. |
| 3,0 | Student zna strukturę systemu mechatronicznego, umie wymienić komponenty z jakich buduje się układy mechatroniczne, jednak popełnia liczne błędy w opisie ich działania i obszarów zastosowań. Z trudem kojarzy jak może tę wiedzę wykorzystać. Ma duże problemy z samodzielną budową modeli symulacyjnych. Słabo orientuje się w elementarnych metodach sterowania układów mechatronicznych. | |
| 3,5 | Student zna strukturę systemu mechatronicznego, umie wymienić komponenty z jakich buduje się układy mechatroniczne, jednak popełnia pewne błędy w opisie ich działania i obszarów zastosowań. Z trudem kojarzy jak może tę wiedzę wykorzystać. Ma pewne problemy z samodzielną budową modeli symulacyjnych. Słabo orientuje się w elementarnych metodach sterowania układów mechatronicznych. | |
| 4,0 | Student zna strukturę systemu mechatronicznego, umie wymienić komponenty z jakich buduje się układy mechatroniczne, popełnia nieliczne błędy w opisie ich działania i obszarów zastosowań. Kojarzy jak może tę wiedzę wykorzystać. Potrafi samodzielnie budowć modele symulacyjne popełniając nieliczne błędy. Zadowalająco orientuje się w elementarnych metodach sterowania układów mechatronicznych. | |
| 4,5 | Student zna strukturę systemu mechatronicznego, umie wymienić komponenty z jakich buduje się układy mechatroniczne, potrafi opisać ich działanie i obszary zastosowań. Kojarzy jak może tę wiedzę wykorzystać. Potrafi samodzielnie budowć modele symulacyjne popełniając nieliczne błędy. Zadowalająco orientuje się w elementarnych metodach sterowania układów mechatronicznych. | |
| 5,0 | Student zna strukturę systemu mechatronicznego, umie wymienić komponenty z jakich buduje się układy mechatroniczne, potrafi opisać ich działanie i obszary zastosowań. Biegle kojarzy jak może tę wiedzę wykorzystać. Potrafi samodzielnie budowć modeli symulacyjnych. Biegle orientuje się w elementarnych metodach sterowania układów mechatronicznych. |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| MBM_1A_C50-1_U01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinień umieć zbudować modele matematyczny prostego układu mechanicznego, zapisać ten model w formie niezbędnej do symulacji komputerowej w wybranym środowisku symulacyjnym. Powinien również potrafić analizować własności modelowanego obiektu dynamiczne. Ponadto powinien umieć zaprojektować prosty układ regulacji ze sprzężeniem zwrotnym umożliwiający korygowanie własności dynamicznych oraz kontrolowanie ruchu modelowanego obiektu. | 2,0 | Student ma istotne braki w przygotowaniu teoretycznym. Nie umie wykorzystać posiadanej wiedzy praktycznie. Nie potrafi poprawnie rozwiązywać problemów projektowych. |
| 3,0 | Student rozwiązuje proste zadania z zakresu modelowania i symulacji układów mechatronivznych lecz wymaga stałego nadzoru i korygowania jego poczynań. Ma duże problemy z analizą własności modelowanych systemów i prototypowaniem prostych układów sterowania. | |
| 3,5 | Student posiadł umiejętności w stopniu pośrednim, między oceną 3,0 i 4,0. | |
| 4,0 | Student ma umiejętności kojarzenia i praktycznego zastosowania nabytej wiedzy. Zadania najczęściej rozwiązuje poprawnie. W stopniu dobrym opanował pojęcia stosowane w mechatronice. Potrafi w zdowalającym stopniu wykorzystywać właściwe techniki komputerowe. | |
| 4,5 | Student posiadł umiejętności w stopniu pośrednim, między oceną 4,0 i 5,0. | |
| 5,0 | Student ma wysokie umiejętności kojarzenia i praktycznego zastosowania nabytej wiedzy. Zadania rozwiązuje poprawnie, nie wymaga ingerencji. Wykazuje dodatkową aktywność oraz chętnie rozwiązuje trudniejsze problemy. Biegle wykorzystuje właściwe techniki komputerowe. Praktyczne ćwiczenia projektowe realizuje wzorowo, w sposób aktywny pracując w zespole. Wyraża się jasno używając poprawnych określeń. | |
| MBM_1A_C50-1_U02 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien zrealizować badania doświadczalne wybranych charakterystyk układów mechatronicznych. Powinien rówmnież na podstawie zrealizowanych pomiarów zbudować model symulacyjny układu i wykorzystać go w badaniach symulacyjnych. | 2,0 | Student ma istotne braki w przygotowaniu teoretycznym. Nie umie wykorzystać posiadanej wiedzy praktycznie. Nie potrafi poprawnie rozwiązywać problemów z zakresu pomiaru i symulacji własności układów mechatronicznych. |
| 3,0 | Student rozwiązuje proste problemy z zakresu pomiaru i symulacji własności układów mechatronicznych lecz wymaga stałego nadzoru i korygowania jego poczynań. Ma duże problemy z analizą wyników pomiaru i właściwym doborem modelu symulacyjnego. | |
| 3,5 | Student posiadł umiejętności w stopniu pośrednim, między oceną 3,0 i 4,0. | |
| 4,0 | Student ma umiejętności kojarzenia i praktycznego zastosowania nabytej wiedzy. Zadania najczęściej rozwiązuje poprawnie. W stopniu dobrym opanował pojęcia stosowane w mechatronice w obszarze pomiaru i symulacji własności układów mechatronicznych. Potrafi w zdowalającym stopniu wykorzystywać właściwe techniki pomiarowe i symulacyjne. | |
| 4,5 | Student posiadł umiejętności w stopniu pośrednim, między oceną 4,0 i 5,0. | |
| 5,0 | Student ma wysokie umiejętności kojarzenia i praktycznego zastosowania nabytej wiedzy. Zadania rozwiązuje poprawnie, nie wymaga ingerencji. Wykazuje dodatkową aktywność oraz chętnie rozwiązuje trudniejsze problemy. Biegle wykorzystuje właściwe techniki pomiarowe oraz techniki symulacji komputerowej. Praktyczne ćwiczenia laboratoryjne realizuje wzorowo, w sposób aktywny pracując w zespole. Wyraża się jasno używając poprawnych określeń. |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| MBM_1A_C50-1_K01 Realizując ćwiczenia projektowe w 3 osobowych zespołach student nabywa umiejętności pracy w grupie. | 2,0 | Student biernie uczestniczy w zajęciach, nie angażuje się w pracy zespołu. |
| 3,0 | Student biernie uczestniczy w zajęciach, realizuje proste prace zlecone mu przez innych członków zespołu, wymaga stałego nadzoru. | |
| 3,5 | Student posiadł kompetencje w stopniu pośrednim między oceną 3,0 i 4,0. | |
| 4,0 | Student czynnie uczestniczy w zajęciach, samodzielnie realizuje powierzoną mu część zadania zespołu. Aktywnie uczestniczy w dyskusjach nad rozwiązywanymi przez zespół problemami. | |
| 4,5 | Student posiadł kompetencje w stopniu pośrednim między oceną 4,0 i 5,0. | |
| 5,0 | Student czynnie uczestniczy w zajęciach, samodzielnie realizuje powierzoną mu część zadania zespołu. Pomaga innym członkom zespołu w realizacji ich zadań. Aktywnie uczestniczy w dyskusjach nad rozwiązywanymi przez zespół problemami. Jest kreatywny chętny do współpracy i wykazuje cechy lidera zespołu. |
Literatura podstawowa
- J.Giergiel, Podstawy robotyki i mechatroniki, KRiDM AGH, Kraków, 2004, 1
- J.Brzózka, Regulatory i układy automatyki, MIKON, Warszawa, 2004, 1
- B.Bolton, Mechatronics, Addision Wesley Longman Limited, New York, USA, 1999, 2
- R.H. Bishop, The Mechatronics Handbook, CRC Press, USA, 2008, 2
Literatura dodatkowa
- P.Horwitz, W.Hill, Sztuka elektroniki, WNT, Warszawa, 1995
- M.W. Spong, M. Vidyasagar, Dynamika i sterowanie robotów, WNT, Warszawa, 1993
- J.Kosmol, Serwonwpędy obrabiarek sterowanych numerycznie, WNT, Warszawa, 1995