Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S1)

Sylabus przedmiotu Sterowanie złożonymi układami mechanicznymi:

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 Sterowanie złożonymi układami mechanicznymi
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Sterowania i Pomiarów
Nauczyciel odpowiedzialny Tomasz Barciński <Tomasz.Barcinski@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Tomasz Barciński <Tomasz.Barcinski@zut.edu.pl>, Jakub Lisowski <Jakub.Lisowski@zut.edu.pl>, Adam Łukomski <Adam.Lukomski@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 4,0 ECTS (formy) 4,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny 9 Grupa obieralna 2

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW7 30 2,00,50egzamin
laboratoriaL7 15 2,00,50zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Podstawy analizy matematycznej i algebry liniowej.
W-2Zagadnienia z fizyki z zakresu mechaniki bryły sztywnej.
W-3Podstawy teorii sterowania - przestrzeń stanu.

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Student zna metody modelowania układów mechanicznych wykorzystując narzędzia grupy i algebry Lie i potrafi je wykorzystać do zbudowania modelu i wykonania symulacji złożonego układu mechanicznego.
C-2Student zna podstawowe metody syntezy układu sterowania złożonymi układami mechanicznymi.
C-3Student potrafi stworzyć model matematyczny złożonego układu mechanicznego.
C-4Student potrafi dokonać syntezy nieliniowego układu sterowania złożonym układem mechanicznym

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Implementacja w Simulinku dwóch modeli kinematyki orientacji bryły sztywnej: SO(3) oraz kwaternionowego.2
T-L-2Implementacja w Simulinku modelu dynamiki bryły sztywnej. Badania symulacyjne ruchu bryły. Synteza układu sterowania prędkością bryły.2
T-L-3Synteza układu sterowania orientacją bryły. Badania symulacyjne.2
T-L-4Synteza jakobianowego układu sterowania pozycjonowania kiści manipulatora o sześciu stopniach swobody2
T-L-5Implementacja w Simulinku modelu satelity z kołami reakcyjnymi i badania symulacyjne.2
T-L-6Synteza układu sterowania orientacją satelity z kołami reakcyjnymi.2
T-L-7Kolokwium3
15
wykłady
T-W-1Wprowadzenie do wykładów - historia i stan obecny metod modelowania i sterowania układami mechanicznymi.2
T-W-2Specjalna grupa ortogonalna SO(3) jako opis orientacji bryły sztywnej i jej parametryzacje. Kwaterniony.2
T-W-3Rozmaitości różniczkowalne. Definicja i własności grupy i algebry Lie.3
T-W-4Opis położenia i orientacji bryły sztywnej przy pomocy specjalnej grupy Euklidesowej SE(3).2
T-W-5Opis prędkości bryły sztywnej2
T-W-6Odwzorowanie wykładnicze algebry se(3) i logarytm grupy SE(3). Ruch śrubowy.2
T-W-7Kinematyka układu brył w notacji wykładniczej.2
T-W-8Dynamika bryły sztywnej w ujęciu grupy i algebry Lie2
T-W-9Dynamika układu brył w ujęciu grupy i algebry Lie.3
T-W-10Sterowanie jakobianowe.2
T-W-11Sterowanie metodą linearyzacji globalnej w grupie i algebrze Lie.4
T-W-12Sterowanie układami nieholonomicznymi. Metoda funkcji okresowych.4
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1uczestnictwo w zajęciach15
A-L-2przygotowanie do zajęć15
A-L-3wykonanie sprawozdań30
60
wykłady
A-W-1uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2studia pogłębiające wiedzę zdobytą na wykładach oraz przygotowanie do egzaminu30
60

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
M-3ćwiczenia laboratoryjne

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena formująca: Ocena sprawozdań
S-2Ocena formująca: Ocena za aktywność
S-3Ocena podsumowująca: Kolokwium końcowe

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
AR_1A_O11-1_W01
Student zna metody modelowania układów mechanicznych bazujące na grupach i algebrach Lie. Student zna podstawowe metody syntezy układu sterowania.
AR_1A_W06, AR_1A_W10T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07C-1, C-2T-W-1, T-W-4, T-W-3, T-W-5, T-W-2, T-W-6, T-W-7, T-W-8, T-W-9, T-W-10, T-W-11, T-W-12M-1, M-2S-3

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
AR_1A_O11-1_U01
Student potrafi stworzyć model matematyczny złożonego układu mechanicznego bazujące na grupach i algebrach Lie. Student potrafi dokonać syntezy nieliniowego układu sterowania.
AR_1A_U19T1A_U07, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U10C-3, C-4T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5, T-L-6, T-L-7M-3S-2, S-3, S-1

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
AR_1A_O11-1_W01
Student zna metody modelowania układów mechanicznych bazujące na grupach i algebrach Lie. Student zna podstawowe metody syntezy układu sterowania.
2,0
3,0Student zna metody modelowania układów mechanicznych bazujące na grupach i algebrach Lie. Student zna podstawowe metody syntezy układu sterowania.
3,5
4,0
4,5
5,0

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
AR_1A_O11-1_U01
Student potrafi stworzyć model matematyczny złożonego układu mechanicznego bazujące na grupach i algebrach Lie. Student potrafi dokonać syntezy nieliniowego układu sterowania.
2,0
3,0Student potrafi stworzyć model matematyczny złożonego układu mechanicznego bazujące na grupach i algebrach Lie. Student potrafi dokonać syntezy nieliniowego układu sterowania.
3,5
4,0
4,5
5,0

Literatura podstawowa

  1. Murray R. M., Li Z., Sastry S., A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation, CRC Press, 1994
  2. Slotine J-J. E., Lie W., Applied Nonlinear Control, Prencince Hall, Englewood Cliffs, 1991
  3. Khalil H. K., Nonlinear Systems, Prentice Hall, Upper Saddle River, 1996, 2

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Implementacja w Simulinku dwóch modeli kinematyki orientacji bryły sztywnej: SO(3) oraz kwaternionowego.2
T-L-2Implementacja w Simulinku modelu dynamiki bryły sztywnej. Badania symulacyjne ruchu bryły. Synteza układu sterowania prędkością bryły.2
T-L-3Synteza układu sterowania orientacją bryły. Badania symulacyjne.2
T-L-4Synteza jakobianowego układu sterowania pozycjonowania kiści manipulatora o sześciu stopniach swobody2
T-L-5Implementacja w Simulinku modelu satelity z kołami reakcyjnymi i badania symulacyjne.2
T-L-6Synteza układu sterowania orientacją satelity z kołami reakcyjnymi.2
T-L-7Kolokwium3
15

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Wprowadzenie do wykładów - historia i stan obecny metod modelowania i sterowania układami mechanicznymi.2
T-W-2Specjalna grupa ortogonalna SO(3) jako opis orientacji bryły sztywnej i jej parametryzacje. Kwaterniony.2
T-W-3Rozmaitości różniczkowalne. Definicja i własności grupy i algebry Lie.3
T-W-4Opis położenia i orientacji bryły sztywnej przy pomocy specjalnej grupy Euklidesowej SE(3).2
T-W-5Opis prędkości bryły sztywnej2
T-W-6Odwzorowanie wykładnicze algebry se(3) i logarytm grupy SE(3). Ruch śrubowy.2
T-W-7Kinematyka układu brył w notacji wykładniczej.2
T-W-8Dynamika bryły sztywnej w ujęciu grupy i algebry Lie2
T-W-9Dynamika układu brył w ujęciu grupy i algebry Lie.3
T-W-10Sterowanie jakobianowe.2
T-W-11Sterowanie metodą linearyzacji globalnej w grupie i algebrze Lie.4
T-W-12Sterowanie układami nieholonomicznymi. Metoda funkcji okresowych.4
30

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1uczestnictwo w zajęciach15
A-L-2przygotowanie do zajęć15
A-L-3wykonanie sprawozdań30
60
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2studia pogłębiające wiedzę zdobytą na wykładach oraz przygotowanie do egzaminu30
60
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaAR_1A_O11-1_W01Student zna metody modelowania układów mechanicznych bazujące na grupach i algebrach Lie. Student zna podstawowe metody syntezy układu sterowania.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_W06Ma uporządkowaną wiedzę z teorii sterowania i systemów w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania.
AR_1A_W10Zna budowę układów robotycznych, metody modelowania i sterowania, oraz orientuje się w stanie obecnym i trendach rozwoju robotyki.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT1A_W03ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
T1A_W04ma szczegółową wiedzę związaną z wybranymi zagadnieniami z zakresu studiowanego kierunku studiów
T1A_W07zna podstawowe metody, techniki, narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu prostych zadań inżynierskich z zakresu studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotuC-1Student zna metody modelowania układów mechanicznych wykorzystując narzędzia grupy i algebry Lie i potrafi je wykorzystać do zbudowania modelu i wykonania symulacji złożonego układu mechanicznego.
C-2Student zna podstawowe metody syntezy układu sterowania złożonymi układami mechanicznymi.
Treści programoweT-W-1Wprowadzenie do wykładów - historia i stan obecny metod modelowania i sterowania układami mechanicznymi.
T-W-4Opis położenia i orientacji bryły sztywnej przy pomocy specjalnej grupy Euklidesowej SE(3).
T-W-3Rozmaitości różniczkowalne. Definicja i własności grupy i algebry Lie.
T-W-5Opis prędkości bryły sztywnej
T-W-2Specjalna grupa ortogonalna SO(3) jako opis orientacji bryły sztywnej i jej parametryzacje. Kwaterniony.
T-W-6Odwzorowanie wykładnicze algebry se(3) i logarytm grupy SE(3). Ruch śrubowy.
T-W-7Kinematyka układu brył w notacji wykładniczej.
T-W-8Dynamika bryły sztywnej w ujęciu grupy i algebry Lie
T-W-9Dynamika układu brył w ujęciu grupy i algebry Lie.
T-W-10Sterowanie jakobianowe.
T-W-11Sterowanie metodą linearyzacji globalnej w grupie i algebrze Lie.
T-W-12Sterowanie układami nieholonomicznymi. Metoda funkcji okresowych.
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
Sposób ocenyS-3Ocena podsumowująca: Kolokwium końcowe
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student zna metody modelowania układów mechanicznych bazujące na grupach i algebrach Lie. Student zna podstawowe metody syntezy układu sterowania.
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaAR_1A_O11-1_U01Student potrafi stworzyć model matematyczny złożonego układu mechanicznego bazujące na grupach i algebrach Lie. Student potrafi dokonać syntezy nieliniowego układu sterowania.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_U19Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania i zoptymalizować jego działanie.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT1A_U07potrafi posługiwać się technikami informacyjno-komunikacyjnymi właściwymi do realizacji zadań typowych dla działalności inżynierskiej
T1A_U08potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
T1A_U09potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne
T1A_U10potrafi - przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań inżynierskich - dostrzegać ich aspekty systemowe i pozatechniczne
Cel przedmiotuC-3Student potrafi stworzyć model matematyczny złożonego układu mechanicznego.
C-4Student potrafi dokonać syntezy nieliniowego układu sterowania złożonym układem mechanicznym
Treści programoweT-L-1Implementacja w Simulinku dwóch modeli kinematyki orientacji bryły sztywnej: SO(3) oraz kwaternionowego.
T-L-2Implementacja w Simulinku modelu dynamiki bryły sztywnej. Badania symulacyjne ruchu bryły. Synteza układu sterowania prędkością bryły.
T-L-3Synteza układu sterowania orientacją bryły. Badania symulacyjne.
T-L-4Synteza jakobianowego układu sterowania pozycjonowania kiści manipulatora o sześciu stopniach swobody
T-L-5Implementacja w Simulinku modelu satelity z kołami reakcyjnymi i badania symulacyjne.
T-L-6Synteza układu sterowania orientacją satelity z kołami reakcyjnymi.
T-L-7Kolokwium
Metody nauczaniaM-3ćwiczenia laboratoryjne
Sposób ocenyS-2Ocena formująca: Ocena za aktywność
S-3Ocena podsumowująca: Kolokwium końcowe
S-1Ocena formująca: Ocena sprawozdań
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student potrafi stworzyć model matematyczny złożonego układu mechanicznego bazujące na grupach i algebrach Lie. Student potrafi dokonać syntezy nieliniowego układu sterowania.
3,5
4,0
4,5
5,0