Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S1)
Sylabus przedmiotu Teoria 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 | Teoria sterowania | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Sterowania i Pomiarów | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Zbigniew Emirsajłow <Zbigniew.Emirsajlow@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Zbigniew Emirsajłow <Zbigniew.Emirsajlow@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 7,0 | ECTS (formy) | 7,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Zaliczone moduły: Metody matematyczne automatyki i robotyki, podstawy automatyki i robotyki, sygnały i systemy dynamiczne. |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Nauczyć studenta tworzyć liniowe modele matematyczne jednowymiarowych układów dynamicznych wykorzystywane w teorii układów sterowania. |
| C-2 | Nauczyć studenta formułować i rozwiązywać typowe zadania syntezy liniowych układów sterowania w dziedzinie czasu i częstotliwości. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| T-A-1 | Wyprowadzanie modeli matematycznych układów dynamicznych | 2 |
| T-A-2 | Badanie stabilności układu dynamicznego metodą Hurwitza | 1 |
| T-A-3 | Wyznaczanie nastaw regulatora typu P metodą linii pierwiastkowych | 1 |
| T-A-4 | Wykreślanie charakterystyk częstotliwościowych wybranych członów dynamicznych | 2 |
| T-A-5 | Dobór nastaw regulatora typu P metodą częstotliwościową | 1 |
| T-A-6 | Wyznaczanie macierzy wzmocnień sprzężenia zwrotnego od stanu dla obiektu drugiego rzędu | 1 |
| T-A-7 | Wyznaczanie obserwatora stanu dla obiektu drugiego rzędu | 1 |
| T-A-8 | Wyznaczanie dyskretnej zastępczej transmitancji układu ciągłego | 2 |
| T-A-9 | Wyznaczanie dyskretnego modelu w przestrzeni stanu | 1 |
| T-A-10 | Badanie stabilności cyfrowego układu sterowania | 1 |
| T-A-11 | Wyznaczanie macierzy wzmocnień sprzężenia zwrotnego realizującego sterowanie typu "dead-beat" | 1 |
| T-A-12 | Zaliczenie ćwiczeń | 1 |
| 15 | ||
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Tworzenie i przekształcanie modeli matematycznych układu dynamicznego z czasem ciągłym | 2 |
| T-L-2 | Badanie stabilności układu dynamicznego | 2 |
| T-L-3 | Badanie charakterystyk czasowych podstawowych członów dynamicznych | 2 |
| T-L-4 | Odcinkowe i całkowe kryteria jakości układu sterowania | 2 |
| T-L-5 | Dobór nastaw regulatora typu P metodą linii pierwiastkowych | 2 |
| T-L-6 | Wykreślanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych | 2 |
| T-L-7 | Dobór nastaw regulatora typu P metodą częstotliwościową | 2 |
| T-L-8 | Przesuwanie biegunów układu sterowania za pomocą sprzężenia zwrotnego od stanu | 2 |
| T-L-9 | Synteza układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym i obserwatorem | 2 |
| T-L-10 | Tworzenie i przekształcanie modeli matematycznych układu dynamicznego z czasem dyskretnym | 2 |
| T-L-11 | Badanie stabilności i jakości cyfrowego układu sterowania | 2 |
| T-L-12 | Synteza cyfrowego układu sterowania | 4 |
| T-L-13 | Synteza optymalnego sterowania przy kwadratowym wskaźniku jakości | 2 |
| T-L-14 | Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych | 2 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Modele matematyczne jednowymiarowego układu dynamicznego (podstawowe równanie różniczkowe, wielomian charakterystyczny układu, mody układu, odpowiedź swobodna i wymuszona, zera i bieguny transmitancji, postać nieredukowalna transmitancji, model w przestrzeni stanu, macierz fundamentalna układu i rozwiązanie równania stanu) | 5 |
| T-W-2 | Charakterystyki czasowe i klasyfikacja podstawowych członów dynamicznych (charakterystyka impulsowa i skokowa, element proporcjonalny, całkujący, inercyjny I rzędu, różniczkujący idealny i rzeczywisty, całkujący z inercją, inercyjny II rzędu, oscylacyjny, opóźniający) | 3 |
| T-W-3 | Stabilność liniowego układu dynamicznego (ogólne pojęcie stabilności układu, stabilność odpowiedzi swobodnej, stabilność odpowiedzi wymuszonej, kryterium Hurwitza, odpowiedź przejściowa i ustalona, stan przejściowy i stan ustalony) | 3 |
| T-W-4 | Układ sterowania z jednostkowym sprzężeniem zwrotnym (zadanie syntezy układu sterowania, stabilność wewnętrzna układu sterowania, wymagania w stanie ustalonym, układ statyczny i astatyczny, wymagania w stanie przejściowym) | 4 |
| T-W-5 | Podstawy metody linii pierwiastkowych (obszar pożądanego położenia biegunów, wykres linii pierwiastkowej, dobór regulatora typu P, rozszerzenie metody) | 4 |
| T-W-6 | Regulatory (regulatory typu PID i ich podstawowe właściwości, dobór nastaw regulatorów PID, regulator opóźniający i przyspieszający fazę) | 2 |
| T-W-7 | Podstawy metody częstotliwościowej syntezy układu sterowania (transmitancja widmowa układu otwartego i zamkniętego, wykres Nyquista, twierdzenie Nyquista, wymagania w dziedzinie częstotliwości, dobór regulatora typu P metodą częstotliwościową) | 4 |
| T-W-8 | Metoda przestrzeni stanu syntezy układu sterowania (równoważność modeli w przestrzeni stanu, sterowalność i obserwowalność, realizacje kanoniczne, realizacja minimalna, sprzężenie zwrotne od stanu i lokowanie biegunów, pełnowymiarowy obserwator asymptotyczny, projektowanie układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym i obserwatorem) | 5 |
| T-W-9 | Analiza układów z dyskretnym czasem (próbkowanie i ekstrapolacja sygnałów, dyskretna transmitancja operatorowa, zastępcza dyskretna transmitancja układu ciągłego, stabilność układu dyskretnego, kryterium Jury) | 4 |
| T-W-10 | Cyfrowy układ sterowania (pojęcie cyfrowego układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, cyfrowy regulator PID, wymagania wobec cyfrowego układu sterowania) | 4 |
| T-W-11 | Dyskretny model w przestrzeni stanu (podstawowe właściwości dyskretnego modelu w przestrzeni stanu, sprzężenie zwrotne od stanu i przesuwanie biegunów, sterowanie typu "dead-beat", asymptotyczny obserwator pełnowymiarowy) | 3 |
| T-W-12 | Sterowanie optymalne przy kwadratowym kryterium jakości (zadanie sterowania optymalnego, zbiór ograniczeń, kryterium jakości, zadanie sterowania przy kwadratowym kryterium jakości i nieskończonym horyzoncie czasowym, algebraiczne równanie Riccatiego) | 4 |
| 45 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| A-A-1 | Uczestnictwo w ćwiczeniach audytoryjnych | 15 |
| A-A-2 | Przygotowanie do ćwiczeń audytoryjnych | 10 |
| A-A-3 | Przygotowanie do zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych | 5 |
| 30 | ||
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Uczestnictwo w zajęciach laboratoryjnych | 30 |
| A-L-2 | Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych | 45 |
| A-L-3 | Przygotowanie do zaliczenia zajęć laboratoryjnych | 15 |
| 90 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w wykladach | 45 |
| A-W-2 | Studiowanie literatury | 30 |
| A-W-3 | Przygotowanie do egzaminu | 15 |
| 90 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny |
| M-2 | Ćwiczenia audytoryjne z użyciem komputera |
| M-3 | Ćwiczenia laboratoryjne na stanowiskach |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Ocena z ćwiczeń audytoryjnych wysawiana na podstawie pisemnego zaliczenia końcowego |
| S-2 | Ocena formująca: Krótki sprawdziań pisemny przed przystąpieniem do ćwiczeń laboratoryjnych |
| S-3 | Ocena podsumowująca: Pisemne zaliczenie końcowe z ćwiczeń laboratoryjnych |
| S-4 | Ocena podsumowująca: Pisemny egzamin z wykładów |
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_C07_W01 Student posiada uporządkowaną wiedzę z zakresu modelowania układów dynamicznych oraz zna podstawowe metody analizy i syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym | AR_1A_W06 | T1A_W03, T1A_W04 | — | C-1, C-2 | T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-6, T-W-7, T-W-8, T-W-9, T-W-10, T-W-11, T-W-12, T-A-1, T-A-2, T-A-3, T-A-4, T-A-5, T-A-6, T-A-7, T-A-8, T-A-9, T-A-10, T-A-11, T-A-12 | M-1, M-2 | S-1, S-4 |
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_C07_U01 Student umie stworzyć model matematyczny prostego obiektu sterowania, sformułować dla niego typowe zadanie sterowania i zaprojektować układ sterowania realizujacy to zadanie. Umie także przeanalizować i zoptymalizować działanie tego układu. | AR_1A_U19 | T1A_U07, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U10 | — | C-1, C-2 | T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5, T-L-6, T-L-7, T-L-8, T-L-9, T-L-10, T-L-11, T-L-12, T-L-13, T-L-14 | M-3 | S-2, S-3 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_1A_C07_W01 Student posiada uporządkowaną wiedzę z zakresu modelowania układów dynamicznych oraz zna podstawowe metody analizy i syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym | 2,0 | |
| 3,0 | Student posiada uporządkowaną wiedzę z zakresu modelowania układów dynamicznych oraz zna podstawowe metody analizy i syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_1A_C07_U01 Student umie stworzyć model matematyczny prostego obiektu sterowania, sformułować dla niego typowe zadanie sterowania i zaprojektować układ sterowania realizujacy to zadanie. Umie także przeanalizować i zoptymalizować działanie tego układu. | 2,0 | |
| 3,0 | Student umie stworzyć model matematyczny prostego obiektu sterowania, sformułować dla niego typowe zadanie sterowania i zaprojektować układ sterowania realizujacy to zadanie. Umie także przeanalizować i zoptymalizować działanie tego układu. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Literatura podstawowa
- Emirsajłow Z., Teoria układów sterowania, Część I: Układy liniowe z czasem ciągłym, Skrypt Politechniki Szczecińskiej, Seria Tempus, Szczecin, 2000
- Kaczorek T., Dzieliński A., Dąbrowski W., Łopatka R., Podstawy teorii sterowania, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Wrszawa, 2005
Literatura dodatkowa
- Ogata K., Modern control engineering, Prentice Hall, Upper Saddle River, 2010
- Phillips C. L., Nagle H.T., Digital Control Systems Analysis and Design, Prentice Hall International, Englewood Cliffs, 1995