ZUT - Krajowe Ramy Kwalifikacji / Rok 2013/2014 / Wydział Elektryczny / Automatyka i robotyka (S1) / Sylabus przedmiotu - Sterowanie złożonymi układami mechanicznymi

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 dydaktyczna	KOD	Semestr	Godziny	ECTS	Waga	Zaliczenie
wykłady	W	7	30	2,0	0,50	egzamin
laboratoria	L	7	15	2,0	0,50	zaliczenie

Wymagania wstępne

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

Cele przedmiotu

KOD	Cel modułu/przedmiotu
C-1	Student 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-2	Student zna podstawowe metody syntezy układu sterowania złożonymi układami mechanicznymi.
C-3	Student potrafi stworzyć model matematyczny złożonego układu mechanicznego.
C-4	Student potrafi dokonać syntezy nieliniowego układu sterowania złożonym układem mechanicznym

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

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

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KOD	Forma aktywności	Godziny
laboratoria
A-L-1	uczestnictwo w zajęciach	15
A-L-2	przygotowanie do zajęć	15
A-L-3	wykonanie sprawozdań	30
		60
wykłady
A-W-1	uczestnictwo w zajęciach	30
A-W-2	studia pogłębiające wiedzę zdobytą na wykładach oraz przygotowanie do egzaminu	30
		60

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

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

Sposoby oceny

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

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_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_W10	T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07	—	C-1, C-2	T-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-12	M-1, M-2	S-3

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_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_U19	T1A_U07, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U10	—	C-3, C-4	T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5, T-L-6, T-L-7	M-3	S-2, S-3, S-1

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształcenia	Ocena	Kryterium 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
	3,0	Student 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 kształcenia	Ocena	Kryterium 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
	3,0	Student 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

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

Treści programowe - laboratoria

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

Treści programowe - wykłady

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

Formy aktywności - laboratoria

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-L-1	uczestnictwo w zajęciach	15
A-L-2	przygotowanie do zajęć	15
A-L-3	wykonanie sprawozdań	30
		60

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-W-1	uczestnictwo w zajęciach	30
A-W-2	studia pogłębiające wiedzę zdobytą na wykładach oraz przygotowanie do egzaminu	30
		60

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Pole	KOD	Znaczenie kodu
Zamierzone efekty kształcenia	AR_1A_O11-1_W01	Student zna metody modelowania układów mechanicznych bazujące na grupach i algebrach Lie. Student zna podstawowe metody syntezy układu sterowania.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	AR_1A_W06	Ma uporządkowaną wiedzę z teorii sterowania i systemów w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	AR_1A_W10	Zna budowę układów robotycznych, metody modelowania i sterowania, oraz orientuje się w stanie obecnym i trendach rozwoju robotyki.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	T1A_W03	ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
	T1A_W04	ma szczegółową wiedzę związaną z wybranymi zagadnieniami z zakresu studiowanego kierunku studiów
	T1A_W07	zna podstawowe metody, techniki, narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu prostych zadań inżynierskich z zakresu studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotu	C-1	Student zna metody modelowania układów mechanicznych wykorzystując narzędzia grupy i algebry Lie i potrafi je wykorzystać do zbudowania modelu i wykonania symulacji złożonego układu mechanicznego.
Cel przedmiotu	C-2	Student zna podstawowe metody syntezy układu sterowania złożonymi układami mechanicznymi.
Treści programowe	T-W-1	Wprowadzenie do wykładów - historia i stan obecny metod modelowania i sterowania układami mechanicznymi.
	T-W-4	Opis położenia i orientacji bryły sztywnej przy pomocy specjalnej grupy Euklidesowej SE(3).
	T-W-3	Rozmaitości różniczkowalne. Definicja i własności grupy i algebry Lie.
	T-W-5	Opis prędkości bryły sztywnej
	T-W-2	Specjalna grupa ortogonalna SO(3) jako opis orientacji bryły sztywnej i jej parametryzacje. Kwaterniony.
	T-W-6	Odwzorowanie wykładnicze algebry se(3) i logarytm grupy SE(3). Ruch śrubowy.
	T-W-7	Kinematyka układu brył w notacji wykładniczej.
	T-W-8	Dynamika bryły sztywnej w ujęciu grupy i algebry Lie
	T-W-9	Dynamika układu brył w ujęciu grupy i algebry Lie.
	T-W-10	Sterowanie jakobianowe.
	T-W-11	Sterowanie metodą linearyzacji globalnej w grupie i algebrze Lie.
	T-W-12	Sterowanie układami nieholonomicznymi. Metoda funkcji okresowych.
Metody nauczania	M-1	Wykład informacyjny
Metody nauczania	M-2	Wykład problemowy
Sposób oceny	S-3	Ocena podsumowująca: Kolokwium końcowe
Kryteria oceny	Ocena	Kryterium oceny
	2,0
	3,0	Student 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

Pole	KOD	Znaczenie kodu
Zamierzone efekty kształcenia	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.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	AR_1A_U19	Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania i zoptymalizować jego działanie.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	T1A_U07	potrafi posługiwać się technikami informacyjno-komunikacyjnymi właściwymi do realizacji zadań typowych dla działalności inżynierskiej
	T1A_U08	potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
	T1A_U09	potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne
	T1A_U10	potrafi - przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań inżynierskich - dostrzegać ich aspekty systemowe i pozatechniczne
Cel przedmiotu	C-3	Student potrafi stworzyć model matematyczny złożonego układu mechanicznego.
Cel przedmiotu	C-4	Student potrafi dokonać syntezy nieliniowego układu sterowania złożonym układem mechanicznym
Treści programowe	T-L-1	Implementacja w Simulinku dwóch modeli kinematyki orientacji bryły sztywnej: SO(3) oraz kwaternionowego.
	T-L-2	Implementacja w Simulinku modelu dynamiki bryły sztywnej. Badania symulacyjne ruchu bryły. Synteza układu sterowania prędkością bryły.
	T-L-3	Synteza układu sterowania orientacją bryły. Badania symulacyjne.
	T-L-4	Synteza jakobianowego układu sterowania pozycjonowania kiści manipulatora o sześciu stopniach swobody
	T-L-5	Implementacja w Simulinku modelu satelity z kołami reakcyjnymi i badania symulacyjne.
	T-L-6	Synteza układu sterowania orientacją satelity z kołami reakcyjnymi.
	T-L-7	Kolokwium
Metody nauczania	M-3	ćwiczenia laboratoryjne
Sposób oceny	S-2	Ocena formująca: Ocena za aktywność
	S-3	Ocena podsumowująca: Kolokwium końcowe
	S-1	Ocena formująca: Ocena sprawozdań
Kryteria oceny	Ocena	Kryterium oceny
	2,0
	3,0	Student 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