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 | charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Teoria sterowania | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Automatyki i Robotyki | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Zbigniew Emirsajłow <Zbigniew.Emirsajlow@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Bogdan Grzywacz <Bogdan.Grzywacz@zut.edu.pl>, Maja Kocoń <Maja.Kocon@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, wprowadzenie do 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 metodami klasycznymi |
| C-3 | Nauczyć studenta formułować i rozwiązywać typowe złożone zadania syntezy liniowych układów sterowania metodą przestrzeni stanu |
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 | Zaliczenie ćwiczeń | 2 |
| 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 | Tworzenie i przekształcanie modeli w przestrzeni stanu | 2 |
| T-L-9 | Przesuwanie biegunów układu sterowania za pomocą sprzężenia zwrotnego od stanu | 4 |
| T-L-10 | Synteza układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym i obserwatorem | 4 |
| T-L-11 | Tworzenie i przekształcanie modeli matematycznych układu dynamicznego z czasem dyskretnym | 2 |
| T-L-12 | Badanie stabilności i jakości cyfrowego układu sterowania | 2 |
| T-L-13 | 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) | 4 |
| 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) | 2 |
| 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 | 4 |
| T-W-9 | Sprzężenie zwrotne od stanu i lokowanie biegunów, pełnowymiarowy obserwator asymptotyczny, projektowanie układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym i obserwatorem, błąd położeniowy i prędkościowy | 4 |
| T-W-10 | Zadanie asymptotycznego śledzenia i ogólny problem regulatora w przestrzeni stanu | 4 |
| T-W-11 | 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-12 | Cyfrowy układ sterowania (pojęcie cyfrowego układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, cyfrowy regulator PID, wymagania wobec cyfrowego układu sterowania) | 4 |
| T-W-13 | Dyskretny model w przestrzeni stanu (podstawowe właściwości dyskretnego modelu w przestrzeni stanu, sprzężenie zwrotne od stanu i przesuwanie biegunów, obserwator stanu) | 2 |
| 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 | 10 |
| 35 | ||
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Uczestnictwo w zajęciach laboratoryjnych | 30 |
| A-L-2 | Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych | 20 |
| A-L-3 | Przygotowanie do zaliczenia zajęć laboratoryjnych | 15 |
| 65 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w wykladach | 45 |
| A-W-2 | Studiowanie literatury | 15 |
| A-W-3 | Przygotowanie do egzaminu | 15 |
| 75 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny |
| M-2 | Ćwiczenia audytoryjne |
| 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 uczenia się - wiedza
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się 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 | AR_1A_W06 | — | — | C-1 | T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-11 | M-1 | S-4 |
| AR_1A_C08_W02 Student zna klasyczne metody analizy i syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym | AR_1A_W06 | — | — | C-2 | T-W-4, T-W-5, T-W-6, T-W-7, T-W-12 | M-1 | S-4 |
| AR_1A_C08_W03 Student zna zaawansowane metody przestrzeni stanu syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym | AR_1A_W06 | — | — | C-3 | T-W-13, T-W-8, T-W-9, T-W-10 | M-1 | S-4 |
Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się 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. | AR_1A_U19 | — | — | C-1 | T-L-1, T-L-3, T-L-11, T-A-1, T-A-2, T-A-4, T-A-9 | M-2, M-3 | S-1, S-2, S-3 |
| AR_1A_C08_U02 Student umie sformułować typowe zadanie sterowania i wykorzystując metody klasyczne zaprojektować układ sterowania realizujacy to zadanie. Umie także przeanalizować i zoptymalizować działanie tego układu. | AR_1A_U19 | — | — | C-2 | T-L-4, T-L-5, T-L-7, T-L-12, T-A-10, T-A-3, T-A-4, T-A-5 | M-2, M-3 | S-1, S-2, S-3 |
| AR_1A_C08_U03 Student umie sformułować złożone zadanie sterowania i wykorzystując metodę przestrzeni stanu zaprojektować układ sterowania realizujacy to zadanie. Umie także przeanalizować i zoptymalizować działanie tego układu | AR_1A_U19 | — | — | C-3 | T-L-10, T-L-9, T-A-6, T-A-7, T-A-9 | M-2, M-3 | S-1, S-2, S-3 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_1A_C07_W01 Student posiada uporządkowaną wiedzę z zakresu modelowania układów dynamicznych | 2,0 | Student nie posiada wystarczajacej wiedzy z zakresu modelowania liniowych układów dynamicznych |
| 3,0 | Student posiada podstawową wiedzę z zakresu modelowania układów dynamicznych z pomocą transmitancji i modelu stanowego, ale czasami popelnia błędy przy jej wykorzystaniu | |
| 3,5 | Student posiada podstawową wiedzę z zakresu modelowania układów dynamicznych z pomocą transmitancji i modelu stanowego i z reguły wie jak z niej korzystać | |
| 4,0 | Student posiada wiedzę z zakresu modelowania układów dynamicznych z pomocą transmitancji i modelu stanowego i umie z niej korzystać | |
| 4,5 | Student posiada pełną wiedzę z zakresu modelowania układów dynamicznych z pomocą transmitancji i modelu stanowego i umie z niej korzystać | |
| 5,0 | Student posiada pełną wiedzę z zakresu modelowania układów dynamicznych z pomocą transmitancji i modelu stanowego i umie z niej efektywnie korzystać | |
| AR_1A_C08_W02 Student zna klasyczne metody analizy i syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym | 2,0 | Student nie posiada wystarczajacej wiedzy z klasycznych metod analizy i syntezy ukladów sterowania |
| 3,0 | Student posiada podstawową wiedzę z zakresu klasycznych metod analizy i syntezy ukladów sterowania, ale czasami popelnia błędy przy jej wykorzystaniu | |
| 3,5 | Student posiada podstawową wiedzę z zakresu klasycznych metod analizy i syntezy ukladów sterowania, ale nie potrafi jej w pelni wykorzystać | |
| 4,0 | Student posiada pelną wiedzę z zakresu klasycznych metod analizy i syntezy ukladów sterowania, ale nie zawsze efektywnie z niej korzysta | |
| 4,5 | Student posiada pelną wiedzę z zakresu klasycznych metod analizy i syntezy ukladów sterowania i efektywnie z niej korzysta | |
| 5,0 | Student posiada pelną wiedzę z zakresu klasycznych metod analizy i syntezy ukladów sterowania i bezbłędnie ją wykorzystuje | |
| AR_1A_C08_W03 Student zna zaawansowane metody przestrzeni stanu syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym | 2,0 | Student nie posiada wystarczajacej wiedzy z nowoczesnej metody stanowej analizy i syntezy ukladów sterowania |
| 3,0 | Student posiada podstawową wiedzę z zakresu nowoczesnej metody stanowej analizy i syntezy ukladów sterowania, ale czasami popelnia błędy przy jej wykorzystaniu | |
| 3,5 | Student posiada podstawową wiedzę z zakresu nowoczasnej metody stanowej analizy i syntezy ukladów sterowania, ale nie potrafi jej w pelni wykorzystać | |
| 4,0 | Student posiada pelną wiedzę z zakresu nowoczesnej metody stanowej analizy i syntezy ukladów sterowania, ale nie zawsze efektywnie z niej korzysta | |
| 4,5 | Student posiada pelną wiedzę z zakresu nowoczesnej metody stanowej analizy i syntezy ukladów sterowania i efektywnie z niej korzysta | |
| 5,0 | Student posiada pelną wiedzę z zakresu nowoczesnej metody stanowej analizy i syntezy ukladów sterowania i bezbłędnie ją wykorzystuje |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_1A_C07_U01 Student umie stworzyć model matematyczny prostego obiektu sterowania. | 2,0 | Student nie posiada umiejętności tworzenia modeli matematycznych obiektów sterowania |
| 3,0 | Student umie stworzyć model matematyczny prostego obiektu sterowania, wykorzystując opis transmitancyjny i stanowy, ale popełnia błędy | |
| 3,5 | Student umie stworzyć model matematyczny prostego obiektu sterowania, wykorzystując opis transmitancyjny i stanowy, ale popełnia niezbyt istotne błędy | |
| 4,0 | Student umie stworzyć model matematyczny prostego obiektu sterowania, wykorzystując opis transmitancyjny i stanowy, chociaż nie zawsze w sposób efektywny | |
| 4,5 | Student umie stworzyć model matematyczny prostego obiektu sterowania, wykorzystując opis transmitancyjny i stanowy i robi to efektywnie | |
| 5,0 | Student umie tworzyć efektywne modele matematyczny prostych obiektów sterowania, prawidłowo ykorzystując opis transmitancyjny i stanowy | |
| AR_1A_C08_U02 Student umie sformułować typowe zadanie sterowania i wykorzystując metody klasyczne zaprojektować układ sterowania realizujacy to zadanie. Umie także przeanalizować i zoptymalizować działanie tego układu. | 2,0 | Student nie potrafi sformulować typowego zadania sterowania i zaprojektować układu sterowania realizujacego to zadanie metodami klasycznymi |
| 3,0 | Student potrafi sformulować typowe zadanie sterowania i zaprojektować metodami klasycznym układ sterowania realizujacy to zadanie, ale popełnia przy tym błędy | |
| 3,5 | Student potrafi sformulować typowe zadanie sterowania i zaprojektować metodami klasycznym układ sterowania realizujacy to zadanie, ale czasami zdarzają mu się nieistotne błędy | |
| 4,0 | Student potrafi sformulować prawidłowo typowe zadanie sterowania i zaprojektować metodami klasycznym układ sterowania realizujacy to zadanie, ale nie zawsze robi to efektywnie | |
| 4,5 | Student potrafi sformulować prawidłowo typowe zadanie sterowania i w pelni poprawnie zaprojektować metodami klasycznym układ sterowania realizujacy to zadanie | |
| 5,0 | Student potrafi sformulować prawidłowo typowe zadanie sterowania i w pelni poprawnie oraz efektywnie zaprojektować metodami klasycznym układ sterowania realizujacy to zadanie | |
| AR_1A_C08_U03 Student umie sformułować złożone zadanie sterowania i wykorzystując metodę przestrzeni stanu zaprojektować układ sterowania realizujacy to zadanie. Umie także przeanalizować i zoptymalizować działanie tego układu | 2,0 | Student nie potrafi sformulować typowego zadania sterowania i zaprojektować układu sterowania realizujacego to zadanie metodą przestrzeni stanu |
| 3,0 | Student potrafi sformulować typowe zadanie sterowania i zaprojektować nowoczesną metodą stanową układ sterowania realizujący to zadanie, ale popełnia przy tym błędy | |
| 3,5 | Student potrafi sformulować typowe zadanie sterowania i zaprojektować metodą stanową układ sterowania realizujacy to zadanie, ale czasami zdarzają mu się nieistotne błędy | |
| 4,0 | Student potrafi sformulować prawidłowo typowe zadanie sterowania i zaprojektować metodą stanową układ sterowania realizujacy to zadanie, ale nie zawsze robi to efektywnie | |
| 4,5 | Student potrafi sformulować prawidłowo typowe zadanie sterowania i w pelni poprawnie zaprojektować metodą stanową układ sterowania realizujacy to zadanie | |
| 5,0 | Student potrafi sformulować prawidłowo typowe zadanie sterowania i w pelni poprawnie oraz efektywnie zaprojektować metodą stanową układ sterowania realizujacy to zadanie |
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