Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Elektronika i telekomunikacja (S1)

Sylabus przedmiotu Teoria sterowania:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Elektronika i telekomunikacja
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
ECTS (planowane) 4,0 ECTS (formy) 4,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny 3 Grupa obieralna 2

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW5 30 2,00,62zaliczenie
laboratoriaL5 30 2,00,38zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Zaliczone moduły Matematyka, Fizyka, Metody matematyczne w elektronice i telekomunikacji, Podstawy analizy systemów automatyki (Podstawy sterowania i analizy sygnałów)

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z typowymi modelami matematycznymi układów dynamicznych wykorzystywanymi w układach sterowania
C-2Nauczenie studentów formułowania typowych zadań sterowania
C-3Nauczenie studentów posługiwania się podstawowymi metodami rozwiązywania zadań syntezy układów sterowania

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Zapoznanie się z Control System Toolbox środowiska obliczeniowego Matlab/Simulink2
T-L-2Tworzenie i przekształcanie modeli matematycznych układu dynamicznego z czasem ciągłym2
T-L-3Badanie stabilności układu dynamicznego2
T-L-4Badanie charakterystyk czasowych podstawowych członów dynamicznych2
T-L-5Odcinkowe i całkowe kryteria jakości układu sterowania2
T-L-6Dobór nastaw regulatora typu P metodą linii pierwiastkowych2
T-L-7Wykreślanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych2
T-L-8Dobór nastaw regulatora typu P metodą częstotliwościową2
T-L-9Przesuwanie biegunów układu sterowania za pomocą sprzężenia zwrotnego od stanu2
T-L-10Synteza układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym i obserwatorem2
T-L-11Tworzenie i przekształcanie modeli matematycznych układu dynamicznego z czasem dyskretnym2
T-L-12Badanie właściwości cyfrowego układu sterowania2
T-L-13Synteza cyfrowego układu sterowania4
T-L-14Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych2
30
wykłady
T-W-1Pojęcia podstawowe (układ dynamiczny, sterowanie, układ sterowania, obiekt sterowania, regulator, sprzężenie zwrotne, przykłady, zadanie syntezy ukladu sterowania)2
T-W-2Modele matematyczne ukladu dynamicznego (podstawowe równanie różniczkowe, odpowiedź swobodna i wymuszona, transmitancja operatorowa, zera i bieguny, model w przestrzeni stanu, macierz fundamentalna, rozwiązanie równania stanu)3
T-W-3Podstawowe człony dynamiczne (charakterystyka impulsowa i skokowa, element proporcjonalny, całkujący, inercyjny I rzędu, różniczkujący idealny i rzeczywisty, całkujący z inercją, inercyjny II rzędu, oscylacyjny, opóźniający)2
T-W-4Stabilność układu dynamicznego (ogólne pojęcie stabilności, stabilność w sensie wejściowo-wyjściowym, kryterium Hurwitza, stan przejściowy i ustalony)2
T-W-5Układ sterowania z jednostkowym sprzężeniem zwrotnym (zadanie syntezy układu sterowania, wymagania w stanie ustalonym, wymagania w stanie przejściowym)2
T-W-6Podstawy metody linii pierwiastkowych (obszar pożądanego położenia biegunów, wykres linii pierwiastkowej, dobór regulatora typu P)3
T-W-7Podstawy metody częstotliwościowej syntezy układu sterowania (transmitancja widmowa, charakterystyki logarytmiczne modułu i fazy, wymagania w dziedzinie częstotliwości)3
T-W-8Podstawy metody przestrzeni stanu syntezy układu sterowania (równoważność modeli, realizacje kanoniczne, sprzężenie zwrotne od stanu i lokowanie biegunów, obserwator)5
T-W-9Analiza sygnałów i układów zdyskretnym czasem (próbkowanie i ekstrapolacja sygnałów, równanie różnicowe, podstawy przekształcenia Z, dyskretna transmitancja operatorowa, zastępcza dyskretna transmitancja układu ciągłego, stabilność wejściowo-wyjściowa układu dyskretnego)4
T-W-10Cyfrowy układ sterowania (cyfrowy układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, cyfrowy regulator PID, dyskretny model w przestrzeni stanu, sprzężenie zwrotne od stanu i przesuwanie biegunów, sterowanie typu "dead-beat")2
T-W-11Zaliczenie wykładów2
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach laboratoryjnych30
A-L-2Przygotowanie do zajęć laboratoryjnych18
A-L-3Przygotowanie do zaliczenia laboratorium12
60
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w wykładach30
A-W-2Studiowanie literatury15
A-W-3Przygotowanie do zaliczenia15
60

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny
M-2Ćwiczenia laboratoryjne na stanowiskach

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena formująca: Krótki sprawdzian pisemny przed przystąpieniem do ćwiczeń laboratoryjnych
S-2Ocena podsumowująca: Pisemne zaliczenie końcowe z ćwiczeń laboratoryjnych
S-3Ocena podsumowująca: Pisemne zaliczenie wykładów

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
ET_1A_O03.2_W01
Student posiada wiedzę obejmującą podstawowe metody opisu, analizy i syntezy liniowych, jednowymiarowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym.
ET_1A_W25T1A_W02C-1, C-2T-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-11M-1S-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
ET_1A_O03.2_U01
Student umie stworzyć typowy model matematyczny jednowymiarowego obiektu sterowania, sformułować dla niego typowe zadanie sterowanie i zaprojektować układ sterowania posługując sie podstawowymi metodami
ET_1A_U25T1A_U09C-1, C-2T-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-14M-2S-1, S-2

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
ET_1A_O03.2_W01
Student posiada wiedzę obejmującą podstawowe metody opisu, analizy i syntezy liniowych, jednowymiarowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym.
2,0
3,0Student posiada wiedzę obejmującą podstawowe metody opisu, analizy i syntezy liniowych, jednowymiarowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym.
3,5
4,0
4,5
5,0

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
ET_1A_O03.2_U01
Student umie stworzyć typowy model matematyczny jednowymiarowego obiektu sterowania, sformułować dla niego typowe zadanie sterowanie i zaprojektować układ sterowania posługując sie podstawowymi metodami
2,0
3,0Student umie stworzyć typowy model matematyczny jednowymiarowego obiektu sterowania, sformułować dla niego typowe zadania sterowania i zaprojektować układ sterowania posługując się podstawowymi metodami.
3,5
4,0
4,5
5,0

Literatura podstawowa

  1. Emirsajłow Z., Teoria układów sterowania, Część I: Układy liniowe z czasem ciągłym, Skrypt Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2000
  2. Kaczorek T., Dzieliński A., Dąbrowski R., Łopatka W., Podstawy teorii sterowania, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2005

Literatura dodatkowa

  1. Dorf R. C., Bishop R. H., Modern control systems, Addison-Wesley Publishing Company, New York, 1995
  2. Ogata K., Modern control engineering, Prentice Hall, Upper Saddle River, 2010
  3. Phillips C. L., Nagle H. T., Digital control systems analysis and design, Prentice Hall International, Englewoods Cliffs, 1995

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Zapoznanie się z Control System Toolbox środowiska obliczeniowego Matlab/Simulink2
T-L-2Tworzenie i przekształcanie modeli matematycznych układu dynamicznego z czasem ciągłym2
T-L-3Badanie stabilności układu dynamicznego2
T-L-4Badanie charakterystyk czasowych podstawowych członów dynamicznych2
T-L-5Odcinkowe i całkowe kryteria jakości układu sterowania2
T-L-6Dobór nastaw regulatora typu P metodą linii pierwiastkowych2
T-L-7Wykreślanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych2
T-L-8Dobór nastaw regulatora typu P metodą częstotliwościową2
T-L-9Przesuwanie biegunów układu sterowania za pomocą sprzężenia zwrotnego od stanu2
T-L-10Synteza układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym i obserwatorem2
T-L-11Tworzenie i przekształcanie modeli matematycznych układu dynamicznego z czasem dyskretnym2
T-L-12Badanie właściwości cyfrowego układu sterowania2
T-L-13Synteza cyfrowego układu sterowania4
T-L-14Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych2
30

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Pojęcia podstawowe (układ dynamiczny, sterowanie, układ sterowania, obiekt sterowania, regulator, sprzężenie zwrotne, przykłady, zadanie syntezy ukladu sterowania)2
T-W-2Modele matematyczne ukladu dynamicznego (podstawowe równanie różniczkowe, odpowiedź swobodna i wymuszona, transmitancja operatorowa, zera i bieguny, model w przestrzeni stanu, macierz fundamentalna, rozwiązanie równania stanu)3
T-W-3Podstawowe człony dynamiczne (charakterystyka impulsowa i skokowa, element proporcjonalny, całkujący, inercyjny I rzędu, różniczkujący idealny i rzeczywisty, całkujący z inercją, inercyjny II rzędu, oscylacyjny, opóźniający)2
T-W-4Stabilność układu dynamicznego (ogólne pojęcie stabilności, stabilność w sensie wejściowo-wyjściowym, kryterium Hurwitza, stan przejściowy i ustalony)2
T-W-5Układ sterowania z jednostkowym sprzężeniem zwrotnym (zadanie syntezy układu sterowania, wymagania w stanie ustalonym, wymagania w stanie przejściowym)2
T-W-6Podstawy metody linii pierwiastkowych (obszar pożądanego położenia biegunów, wykres linii pierwiastkowej, dobór regulatora typu P)3
T-W-7Podstawy metody częstotliwościowej syntezy układu sterowania (transmitancja widmowa, charakterystyki logarytmiczne modułu i fazy, wymagania w dziedzinie częstotliwości)3
T-W-8Podstawy metody przestrzeni stanu syntezy układu sterowania (równoważność modeli, realizacje kanoniczne, sprzężenie zwrotne od stanu i lokowanie biegunów, obserwator)5
T-W-9Analiza sygnałów i układów zdyskretnym czasem (próbkowanie i ekstrapolacja sygnałów, równanie różnicowe, podstawy przekształcenia Z, dyskretna transmitancja operatorowa, zastępcza dyskretna transmitancja układu ciągłego, stabilność wejściowo-wyjściowa układu dyskretnego)4
T-W-10Cyfrowy układ sterowania (cyfrowy układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, cyfrowy regulator PID, dyskretny model w przestrzeni stanu, sprzężenie zwrotne od stanu i przesuwanie biegunów, sterowanie typu "dead-beat")2
T-W-11Zaliczenie wykładów2
30

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach laboratoryjnych30
A-L-2Przygotowanie do zajęć laboratoryjnych18
A-L-3Przygotowanie do zaliczenia laboratorium12
60
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w wykładach30
A-W-2Studiowanie literatury15
A-W-3Przygotowanie do zaliczenia15
60
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaET_1A_O03.2_W01Student posiada wiedzę obejmującą podstawowe metody opisu, analizy i syntezy liniowych, jednowymiarowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówET_1A_W25Ma podstawową wiedzę związaną z wybranymi zagadnieniami z pokrewnych kierunków studiów.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT1A_W02ma podstawową wiedzę w zakresie kierunków studiów powiązanych ze studiowanym kierunkiem studiów
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z typowymi modelami matematycznymi układów dynamicznych wykorzystywanymi w układach sterowania
C-2Nauczenie studentów formułowania typowych zadań sterowania
Treści programoweT-W-1Pojęcia podstawowe (układ dynamiczny, sterowanie, układ sterowania, obiekt sterowania, regulator, sprzężenie zwrotne, przykłady, zadanie syntezy ukladu sterowania)
T-W-2Modele matematyczne ukladu dynamicznego (podstawowe równanie różniczkowe, odpowiedź swobodna i wymuszona, transmitancja operatorowa, zera i bieguny, model w przestrzeni stanu, macierz fundamentalna, rozwiązanie równania stanu)
T-W-3Podstawowe człony dynamiczne (charakterystyka impulsowa i skokowa, element proporcjonalny, całkujący, inercyjny I rzędu, różniczkujący idealny i rzeczywisty, całkujący z inercją, inercyjny II rzędu, oscylacyjny, opóźniający)
T-W-4Stabilność układu dynamicznego (ogólne pojęcie stabilności, stabilność w sensie wejściowo-wyjściowym, kryterium Hurwitza, stan przejściowy i ustalony)
T-W-5Układ sterowania z jednostkowym sprzężeniem zwrotnym (zadanie syntezy układu sterowania, wymagania w stanie ustalonym, wymagania w stanie przejściowym)
T-W-6Podstawy metody linii pierwiastkowych (obszar pożądanego położenia biegunów, wykres linii pierwiastkowej, dobór regulatora typu P)
T-W-7Podstawy metody częstotliwościowej syntezy układu sterowania (transmitancja widmowa, charakterystyki logarytmiczne modułu i fazy, wymagania w dziedzinie częstotliwości)
T-W-8Podstawy metody przestrzeni stanu syntezy układu sterowania (równoważność modeli, realizacje kanoniczne, sprzężenie zwrotne od stanu i lokowanie biegunów, obserwator)
T-W-9Analiza sygnałów i układów zdyskretnym czasem (próbkowanie i ekstrapolacja sygnałów, równanie różnicowe, podstawy przekształcenia Z, dyskretna transmitancja operatorowa, zastępcza dyskretna transmitancja układu ciągłego, stabilność wejściowo-wyjściowa układu dyskretnego)
T-W-10Cyfrowy układ sterowania (cyfrowy układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, cyfrowy regulator PID, dyskretny model w przestrzeni stanu, sprzężenie zwrotne od stanu i przesuwanie biegunów, sterowanie typu "dead-beat")
T-W-11Zaliczenie wykładów
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny
Sposób ocenyS-3Ocena podsumowująca: Pisemne zaliczenie wykładów
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student posiada wiedzę obejmującą podstawowe metody opisu, analizy i syntezy liniowych, jednowymiarowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym.
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaET_1A_O03.2_U01Student umie stworzyć typowy model matematyczny jednowymiarowego obiektu sterowania, sformułować dla niego typowe zadanie sterowanie i zaprojektować układ sterowania posługując sie podstawowymi metodami
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówET_1A_U25Ma umiejętności pozwalające na realizację wybranych zadań z kierunków studiów powiązanych z elektroniką i telekomunikacją.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT1A_U09potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z typowymi modelami matematycznymi układów dynamicznych wykorzystywanymi w układach sterowania
C-2Nauczenie studentów formułowania typowych zadań sterowania
Treści programoweT-L-1Zapoznanie się z Control System Toolbox środowiska obliczeniowego Matlab/Simulink
T-L-2Tworzenie i przekształcanie modeli matematycznych układu dynamicznego z czasem ciągłym
T-L-3Badanie stabilności układu dynamicznego
T-L-4Badanie charakterystyk czasowych podstawowych członów dynamicznych
T-L-5Odcinkowe i całkowe kryteria jakości układu sterowania
T-L-6Dobór nastaw regulatora typu P metodą linii pierwiastkowych
T-L-7Wykreślanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych
T-L-8Dobór nastaw regulatora typu P metodą częstotliwościową
T-L-9Przesuwanie biegunów układu sterowania za pomocą sprzężenia zwrotnego od stanu
T-L-10Synteza układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym i obserwatorem
T-L-11Tworzenie i przekształcanie modeli matematycznych układu dynamicznego z czasem dyskretnym
T-L-12Badanie właściwości cyfrowego układu sterowania
T-L-13Synteza cyfrowego układu sterowania
T-L-14Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych
Metody nauczaniaM-2Ćwiczenia laboratoryjne na stanowiskach
Sposób ocenyS-1Ocena formująca: Krótki sprawdzian pisemny przed przystąpieniem do ćwiczeń laboratoryjnych
S-2Ocena podsumowująca: Pisemne zaliczenie końcowe z ćwiczeń laboratoryjnych
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student umie stworzyć typowy model matematyczny jednowymiarowego obiektu sterowania, sformułować dla niego typowe zadania sterowania i zaprojektować układ sterowania posługując się podstawowymi metodami.
3,5
4,0
4,5
5,0