Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S2)
Sylabus przedmiotu Sterowanie ruchem obiektów pływających:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Automatyka i robotyka | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | drugiego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | magister inżynier | ||
| Obszary studiów | nauk technicznych, studiów inżynierskich | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Sterowanie ruchem obiektów pływających | ||
| Specjalność | Sterowanie w układach robotycznych | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Automatyki Przemysłowej i Robotyki | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Bogdan Broel-Plater <Bogdan.Broel-Plater@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Bogdan Broel-Plater <Bogdan.Broel-Plater@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 3,0 | ECTS (formy) | 3,0 |
| Forma zaliczenia | zaliczenie | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Wcześniejsze przyswojenie wiedzy z zakresu teorii sterowania, wielowymiarowych systemów sterowania, metod sztucznej inteligencji. |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Poznanie zadań i sposobów sterowania pływającymi jednostkami morskimi, w ruchu po trajektorii oraz podczas stabilizacji położenia jednostki względem punktu odniesienia na dnie morza (DSP). |
| C-2 | Poznanie zasad tworzenia matematycznych modeli ruchów jednostki pływającej w wielu stopniach swobody ruchu oraz modeli uproszczonych opisujących ruchy jednostek morskich w 1DOF, 2DOF i 3DOF, stosowanych w zagadnieniach automatycznej regulacji kursu, stabilizacji kursu i prędkości postępowej statku, stabilizacji pozycji i kursu statku wiertniczego (platformy) nad punktem wiercenia na dnie morza. |
| C-3 | Poznanie ważniejszych podsystemów i zadań przez nie realizowanych w strukturach systemów sterowania pływającymi jednostkami morskimi. |
| C-4 | Poznanie sposobów sterowania kursem i prędkością statku oraz kursem i pozycją jednostek pływających w układach automatycznego i manualnego sterowania wspomaganego komputerowo oraz metod projektowania takich układów z użyciem techniki symulacyjnej. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Wybór i implementacja nieliniowego modelu statku wiertniczego wraz z modelem zakłóceń morskich (prąd, wiatr, falowanie) z użyciem pakietu MATLAB/Simulink. | 6 |
| T-L-2 | Struktura wielowymiarowego układu sterowania położeniem i kątem kursowym jednostki wiertniczej | 2 |
| T-L-3 | Układ dynamicznego pozycjonowania jednostki wiertniczej - wielowymiarowy regulator modalny. | 2 |
| T-L-4 | Układ dynamicznego pozycjonowania jednostki wiertniczej - wielowymiarowy regulator optymalny LQR/LQG. | 2 |
| T-L-5 | Układ dynamicznego pozycjonowania jednostki wiertniczej z kompensacją wpływu zakłóceń środowiskowych. | 2 |
| T-L-6 | Wykorzystanie metod sztucznej inteligencji w systemach sterowania ruchem jednostek pływających | 6 |
| T-L-7 | Sterowanie ruchem poduszkowca | 4 |
| T-L-8 | Sterowanie ruchem zespołu holownik - barka | 6 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Wprowadzenie, omówienie sposobów i zadań sterowania ruchem jednostek pływających, w tym: automatyczna regulacja kursu statku w ruchu prostoliniowym, stabilizacja kursu i prędkości postępowej statku, stabilizacja prędkości kątowej przy zmianach kierunku ruchu oraz sterowanie wzdłuż trajektorii wg punktów geograficznych. Sterowanie położeniem statku względem punktu odniesienia DSP (Dynamic Ship Positioning), sterowanie precyzyjne na akwenach ograniczonych. Przegląd struktur systemów sterowania: systemy pomiarowe, systemy napędowe, ważniejsze podsystemy układu sterowania (obliczanie pozycji statku, rozdział sił naporu na pędniki). | 5 |
| T-W-2 | Matematyczne modele ruchów statku: układy odniesienia w opisach położenia i orientacji bryły statku, zasady tworzenia matematycznych modeli statku, badania basenowe. Ruch ogólny statku w 6 stopniach swobody ruchu (6 DOF) oraz ruchy w 3 DOF i 1 DOF, modelowanie zakłóceń środowiskowych. Liniowe i nieliniowe modele matematyczne ruchu jednostek pływających. | 5 |
| T-W-3 | Wykorzystanie metod sztucznej inteligencji do sterowania ruchem obiektów pływających | 5 |
| 15 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Udział w zajęciach laboratoryjnych | 30 |
| A-L-2 | Studia literaturowe | 15 |
| A-L-3 | Przygotowanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych | 15 |
| 60 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Udział w zajęciach | 15 |
| A-W-2 | Studia literaturowe | 10 |
| A-W-3 | Przygotowanie się do zaliczenia | 5 |
| 30 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny |
| M-2 | Wykład problemowy |
| M-3 | Ćwiczenia laboratoryjne z zastosowaniem projektowania i techniki symulacji komputerowych |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: Oceny wystawiane na podstawie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń |
| S-2 | Ocena podsumowująca: Zaliczenie z oceną wystawiona na podstawie testu pisemnego i rozmowy ze studentem. |
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_2A_C24_W01 Ma rozszerzoną i pogłębioną wiedzę z matematyki i zna narzędzia informatyczne niezbędne do: - opisu i analizy zaawansowanych algorytmów przetwarzania sygnałów, - rozwiązywania złożonych problemów robotyki i automatyki, - optymalizacji układów automatycznego sterowania. W szczególności: ma wiedzę o statku jako obiekcie sterowania jego ruchem na powierzchni morza. Umie dobrać układy odniesienia, w których definiowane są ruchy statku w wielu stopniach swobody. Ma wiedzę o sposobach pozyskiwania matematycznych modeli ruchów statku na podstawie badań w basenach holowniczych i tunelach aerodynamicznych wykonywanych na fizycznych modelach bryły statku oraz ich weryfikacji (identyfikacji) na rzeczywistym obiekcie w morzu. Zna zasady działania układów: regulacji kursu, stabilizacji kursu i prędkości statku oraz zasady sterowania statkiem wzdłuż zadanej trajektorii. Potrafi omówić ważniejsze podsystemy występujące w systemach sterowania ruchem jednostek pływających. | AR_2A_W03, AR_2A_W04 | T2A_W03, T2A_W04 | — | C-1, C-3, C-2, C-4 | T-L-7, T-L-8, T-L-6, T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5 | M-1, M-2, M-3 | S-1, S-2 |
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_2A_C24_U01 Potrafi dokonać analizy i syntezy algorytmów sterowania złożonymi układami dynamicznymi, wykorzystując w tym celu odpowiednie metody i narzędzia informatyczne. W szczególności: potrafi przedstawić jednostkę pływającą (statek, platformę wiertniczą) jako obiekt sterowania z odpowiednio dobranymi układami odniesienia i scharakteryzować dane zadania sterowania ruchem statku jako problem automatycznej regulacji. Potrafi zbudować model symulacyjny statku z użyciem pakietu MATLAB/Simulink. | AR_2A_U03 | T2A_U09, T2A_U10, T2A_U11 | — | C-3, C-4 | T-L-5, T-L-8, T-L-7, T-L-6, T-W-3, T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4 | M-3 | S-1 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_2A_C24_W01 Ma rozszerzoną i pogłębioną wiedzę z matematyki i zna narzędzia informatyczne niezbędne do: - opisu i analizy zaawansowanych algorytmów przetwarzania sygnałów, - rozwiązywania złożonych problemów robotyki i automatyki, - optymalizacji układów automatycznego sterowania. W szczególności: ma wiedzę o statku jako obiekcie sterowania jego ruchem na powierzchni morza. Umie dobrać układy odniesienia, w których definiowane są ruchy statku w wielu stopniach swobody. Ma wiedzę o sposobach pozyskiwania matematycznych modeli ruchów statku na podstawie badań w basenach holowniczych i tunelach aerodynamicznych wykonywanych na fizycznych modelach bryły statku oraz ich weryfikacji (identyfikacji) na rzeczywistym obiekcie w morzu. Zna zasady działania układów: regulacji kursu, stabilizacji kursu i prędkości statku oraz zasady sterowania statkiem wzdłuż zadanej trajektorii. Potrafi omówić ważniejsze podsystemy występujące w systemach sterowania ruchem jednostek pływających. | 2,0 | |
| 3,0 | Student ma rozszerzoną i pogłębioną wiedzę z matematyki i zna narzędzia informatyczne niezbędne do: - opisu i analizy zaawansowanych algorytmów przetwarzania sygnałów, - rozwiązywania złożonych problemów robotyki i automatyki, - optymalizacji układów automatycznego sterowania. W szczególności: ma wiedzę o statku jako obiekcie sterowania jego ruchem na powierzchni morza. Umie dobrać układy odniesienia, w których definiowane są ruchy statku w wielu stopniach swobody. Ma wiedzę o sposobach pozyskiwania matematycznych modeli ruchów statku na podstawie badań w basenach holowniczych i tunelach aerodynamicznych wykonywanych na fizycznych modelach bryły statku oraz ich weryfikacji (identyfikacji) na rzeczywistym obiekcie w morzu. Zna zasady działania układów: regulacji kursu, stabilizacji kursu i prędkości statku oraz zasady sterowania statkiem wzdłuż zadanej trajektorii. Potrafi omówić ważniejsze podsystemy występujące w systemach sterowania ruchem jednostek pływających. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_2A_C24_U01 Potrafi dokonać analizy i syntezy algorytmów sterowania złożonymi układami dynamicznymi, wykorzystując w tym celu odpowiednie metody i narzędzia informatyczne. W szczególności: potrafi przedstawić jednostkę pływającą (statek, platformę wiertniczą) jako obiekt sterowania z odpowiednio dobranymi układami odniesienia i scharakteryzować dane zadania sterowania ruchem statku jako problem automatycznej regulacji. Potrafi zbudować model symulacyjny statku z użyciem pakietu MATLAB/Simulink. | 2,0 | |
| 3,0 | Student potrafi dokonać analizy i syntezy algorytmów sterowania złożonymi układami dynamicznymi, wykorzystując w tym celu odpowiednie metody i narzędzia informatyczne. W szczególności: potrafi przedstawić jednostkę pływającą (statek, platformę wiertniczą) jako obiekt sterowania z odpowiednio dobranymi układami odniesienia i scharakteryzować dane zadania sterowania ruchem statku jako problem automatycznej regulacji. Potrafi zbudować model symulacyjny statku z użyciem pakietu MATLAB/Simulink. | |
| 3,5 | ||
| 4,0 | ||
| 4,5 | ||
| 5,0 |
Literatura podstawowa
- Śmierzchalski R., Automatyzacvja i sterowanie statkiem, Wyd. Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, 2013
- Jarosz A., Okrętowe baseny modelowe, Wydawnictwo Morskie, Gdańsk, 1977
- Gierusz W., Synteza wielowymiarowych układów sterowania precyzyjnego ruchem statku z wykorzystaniem wybranych metod projektowania układów odpowrnych, Wydawnictwo Akademii Morskiej w Gdyni, Gdynia, 2005
- Witkowska A., Zastosowanie metody backstepping do sterowania kursem statku, Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2010, Praca doktorska, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Polit. Warszawskiej
- Bańka S., Dworak P., Brasel M., O sterowaniu nieliniowymi obiektami dynamicznymi MIMO w przełączalnej strukturze liniowych regulatorów modalnych., Miesięcznik: Pomiary Automatyka Kontrola, Nr 5/2010, str. 385-391, Gliwice, 2010
- Bańka S., Dworak P., Analiza i synteza dynamicznych układów MIMO w ujęciu wielomianowym., Wydawnictwo Uczelniane ZUT w Szczecinie, Szczecin, 2012
- Fossen T. I., Marine Control Systems, Marine Cybernetics, Trondhein, Norway, 2002
Literatura dodatkowa
- Lisowski J., Statek jako obiekt sterowania automatycznego, Wydawnictwo Morskie, Gdańsk, 1981
- Wise D., English J., Tank and wind tunnel tests for a drill-ship with dynamic position control, Offshore Technolgy Conference, OTC 2345, pp. 103-118, Dallas Texas, 1975
- Fossen I. T., Guidance and Control of Ocean Vehicles, John Wiley & Sons, New York, 1994
- materiały od prowadzącego zajęcia, 2013