Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki - Mechatronika (S1)

Sylabus przedmiotu Teoria sterowania:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Mechatronika
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 Przemysłowej i Robotyki
Nauczyciel odpowiedzialny Stefan Domek <Stefan.Domek@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Henryk Misztal <Henryk.Misztal@zut.edu.pl>, Leon Tarasiejski <Leon.Tarasiejski@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 4,0 ECTS (formy) 4,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
laboratoriaL4 15 1,00,33zaliczenie
wykładyW4 30 2,00,34egzamin
ćwiczenia audytoryjneA4 15 1,00,33zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Wcześniej należy uzyskać efekty wiedzy i umiejetności związane z przedmiotami: Matematyka, Informatyka, Podstawy automatyki

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z podstawami teoretycznymi opisu, analizy i syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
ćwiczenia audytoryjne
T-A-1Wyznaczanie transmitancji zastępczej. Wyznaczanie analityczne charakterystyk czasowych i częstotliwościowych. Analiza stabilności przy pomocy kryterium Hurwitza i Nyquista. Projektowanie układu automatycznej regulacji w oparciu o zadany stopień stabilności, zapas fazy i modułu oraz kryteria całkowe. Wyznaczanie modeli obiektów fizycznych w przestrzeni stanu na podstawie równania różniczkowego oraz transmitancji operatorowej. Wyznaczanie transmitancji na podstawie równań stanu. Analiza właściwości układu sterowania na podstawie równań stanu.15
15
laboratoria
T-L-1Modelowanie układów fizycznych i wykreślanie ich odpowiedzi czasowych. Badanie właściwości i dobór parametrów układu automatycznej regulacji temperatury obiektu elektrotermicznego. Badanie wpływu parametrów regulatora PID na jakość procesów regulacji oraz dobór nastaw regulatora PID na podstawie minimalizacji wskaźników całkowych. Analiza i synteza układu sterowania metodą współrzędnych stanu przy wykorzystaniu programu MATLAB/Simulink.15
15
wykłady
T-W-1Pojęcia podstawowe – układy liniowe i nieliniowe, stacjonarne i niestacjonarne, statyczne i dynamiczne, ciągłe i dyskretne, stabilne i niestabilne, minimalno- i nieminimalnofazowe. Otwarty i zamknięty układ sterowania, struktury układów regulacji automatycznej i rola poszczególnych elementów, czterowarstwowy model funkcjonalny układu sterowania i nadzoru. Opis matematyczny układów nieliniowych w przestrzeni stanu i jego linearyzacja w otoczeniu punktu równowagi, pojęcie transmitancji układu (macierzy transmitancji), wzajemna relacja między opisami w dziedzinie czasu (równania stanu) i częstotliwości (transmitancja Laplace'a, transmitancja widmowa - Fouriera). Sterowalność i obserwowalność. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe podstawowych elementów dynamicznych. Podstawowe opisy układów dyskretnych (dyskretne równania stanu, transmitancja dyskretna). Modele dyskretne układów ciągłych. Modele hybrydowe. Wymagania stawiane układom regulacji. Sprzężenie zwrotne od stanu. Analiza i synteza układów sterowania w dziedzinie czasu i w dziedzinie częstotliwości. Podstawowe algorytmy regulacji ciągłej i nieciągłej. Cyfrowy algorytm PID - właściwości, strojenie, samonastrajanie. Idea regulacji predykcyjnej, liniowy regulator predykcyjny GPC.30
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
ćwiczenia audytoryjne
A-A-1uczestnictwo w zajęciach15
A-A-2Przygotowanie się do zajeć audytoryjnych, czytanie wskazanej literatury, przygotowanie się do kolokwium, przygotowanie prezentacji, przygotowanie się do egzaminu10
25
laboratoria
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-L-2Przygotowanie do zajęć laboratoryjnych, opracowanie wyników z laboratorium, czytanie wskazanej literatury, napisanie raportu z laboratorium, przygotowanie prezentacji10
25
wykłady
A-W-1uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2Uzupełnianie wiedzy z literatury10
A-W-3Przygotowanie do egzaminu8
A-W-4Zdawanie egzaminu3
51

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Metody podajace: wykład informacyjny, opis, objaśnienie, Metody aktywizujace: dyskusja dydaktyczna, Metody programowane z użyciem komputera, Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia przedmiotowe, ćwiczenia laboratoryjne, symulacja.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca pod koniec przedmiotu podsumowujaca osiągnięte efekty uczenia się.

Zamierzone efekty uczenia się - wiedza

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ME_1A_B11_W01
Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania.
ME_1A_W02, ME_1A_W04, ME_1A_W03C-1T-L-1, T-W-1, T-A-1M-1S-1

Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ME_1A_B11_U01
Potrafi pozyskiwać informacje z literatury i innych źródeł, integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniac opinie. Ma umiejętność samodzielnego poszerzania zdobytej wiedzy. Potrafi posługiwać się oprogramowaniem wspomagającym procesy symulacji i badań układów mechatronicznych. Potrafi rozwiązywać zadania inżynierskie metodami analitycznymi i symulacyjnymi.
ME_1A_U04, ME_1A_U06, ME_1A_U09C-1T-L-1, T-W-1, T-A-1M-1S-1

Zamierzone efekty uczenia się - inne kompetencje społeczne i personalne

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ME_1A_B11_K01
Rozumie potrzebę ciągłego uczenia się. Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera.
ME_1A_K01, ME_1A_K02C-1T-L-1, T-W-1, T-A-1M-1S-1

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
ME_1A_B11_W01
Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania.
2,0Nie zna metod opisu liniowych układów dynamicznych ani w dziedzinie czasu ani częstotliwości. Nie zna podstawowych charakterystyk układów ciągłych. Nie ma wiedzy umożliwiającej formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Nie ma wiedzy w zakresie cyfrowego algorytmu PID.
3,0Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania.
3,5Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID.
4,0Zna metody opisu liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości oraz wzajemne relacje między nimi. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID.
4,5Zna metody opisu liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu oraz wzajemne relacje między nimi. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych i nieliniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID.
5,0Zna metody opisu liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości oraz wzajemne relacje między nimi. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych i nieliniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID oraz algorytmu predykcyjnego GPC.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
ME_1A_B11_U01
Potrafi pozyskiwać informacje z literatury i innych źródeł, integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniac opinie. Ma umiejętność samodzielnego poszerzania zdobytej wiedzy. Potrafi posługiwać się oprogramowaniem wspomagającym procesy symulacji i badań układów mechatronicznych. Potrafi rozwiązywać zadania inżynierskie metodami analitycznymi i symulacyjnymi.
2,0Nie potrafi wyznaczyć opisu typowych liniowych układów dynamicznych ciągłychani w dziedzinie czasu ani częstotliwości. Nie potrafi wyznaczyć analitycznie podstawowych charakterystyk układów ciągłych. Nie potrafi formułować wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Nie potrafi nastroić cyfrowego algorytmu PID.
3,0Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności układów liniowych. Potrafi nastroić cyfrowy algorytm PID.
3,5Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID.
4,0Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID. Rozumie zasadę regulacji predykcyjnej.
4,5Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID. Rozumie zasadę regulacji predykcyjnej i potrafi ją zastosować.
5,0Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID. Rozumie zasadę regulacji predykcyjnej i potrafi ją zastosować. Potrafi dokonać analizy wymagań jakie ma spełniać układ sterowania procesem technologicznym.

Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
ME_1A_B11_K01
Rozumie potrzebę ciągłego uczenia się. Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera.
2,0Student nie potrafi opisać przykładowych liniowych ani nieliniowych układów dynamicznych. Nie potrafi również opisać zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania przykładowego problemu w aspektach pozatechnicznych
3,0Student potrafi opisać przykładowe liniowe układy dynamiczne oraz zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania przykładowego problemu i na tym tle omówić osiągane rezultaty w aspektach pozatechnicznych
3,5Student potrafi opisać przykładowe liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania przykładowego problemu i na tym tle omówić osiągane rezultaty w aspektach pozatechnicznych
4,0Student potrafi opisać liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz przykładowe zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania zadanego problemu i na tym tle dyskutować o osiągniętych rezultatach w aspektach pozatechnicznych
4,5Student potrafi samodzielnie opisać liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz przykładowe zastosowania cyfrowego algorytmu PID lub algorytmu predykcyjnego do rozwiązania zadanego problemu i na tym tle analizować i dyskutować o osiągniętych rezultatach w aspektach pozatechnicznych
5,0Student potrafi samodzielnie opisać liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz przykładowe zastosowania cyfrowego algorytmu PID lub algorytmu predykcyjnego do rozwiązania zadanego problemu i na tym tle analizować i dyskutować o efektywności osiągniętych rezultatów w aspektach pozatechnicznych

Literatura podstawowa

  1. Emirsajłow Zbigniew, Teoria układów sterowania, Cz. I – Układy linowe z czasem ciągłym., Wydawnictwo Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2001, Seria Tempus, Wydział Elektryczny Politechniki Szczecińskiej
  2. Kaczorek T., Dzieliński A., Dąbrowski W., Podstawy teorii sterowania, WNT, Warszawa, 2005

Literatura dodatkowa

  1. Larminat P., Thoma Y., Podstawy automatyki (t. 1-3), WNT, 1977
  2. Niederliński A., Systemy i sterowanie, PWN, 1983

Treści programowe - ćwiczenia audytoryjne

KODTreść programowaGodziny
T-A-1Wyznaczanie transmitancji zastępczej. Wyznaczanie analityczne charakterystyk czasowych i częstotliwościowych. Analiza stabilności przy pomocy kryterium Hurwitza i Nyquista. Projektowanie układu automatycznej regulacji w oparciu o zadany stopień stabilności, zapas fazy i modułu oraz kryteria całkowe. Wyznaczanie modeli obiektów fizycznych w przestrzeni stanu na podstawie równania różniczkowego oraz transmitancji operatorowej. Wyznaczanie transmitancji na podstawie równań stanu. Analiza właściwości układu sterowania na podstawie równań stanu.15
15

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Modelowanie układów fizycznych i wykreślanie ich odpowiedzi czasowych. Badanie właściwości i dobór parametrów układu automatycznej regulacji temperatury obiektu elektrotermicznego. Badanie wpływu parametrów regulatora PID na jakość procesów regulacji oraz dobór nastaw regulatora PID na podstawie minimalizacji wskaźników całkowych. Analiza i synteza układu sterowania metodą współrzędnych stanu przy wykorzystaniu programu MATLAB/Simulink.15
15

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Pojęcia podstawowe – układy liniowe i nieliniowe, stacjonarne i niestacjonarne, statyczne i dynamiczne, ciągłe i dyskretne, stabilne i niestabilne, minimalno- i nieminimalnofazowe. Otwarty i zamknięty układ sterowania, struktury układów regulacji automatycznej i rola poszczególnych elementów, czterowarstwowy model funkcjonalny układu sterowania i nadzoru. Opis matematyczny układów nieliniowych w przestrzeni stanu i jego linearyzacja w otoczeniu punktu równowagi, pojęcie transmitancji układu (macierzy transmitancji), wzajemna relacja między opisami w dziedzinie czasu (równania stanu) i częstotliwości (transmitancja Laplace'a, transmitancja widmowa - Fouriera). Sterowalność i obserwowalność. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe podstawowych elementów dynamicznych. Podstawowe opisy układów dyskretnych (dyskretne równania stanu, transmitancja dyskretna). Modele dyskretne układów ciągłych. Modele hybrydowe. Wymagania stawiane układom regulacji. Sprzężenie zwrotne od stanu. Analiza i synteza układów sterowania w dziedzinie czasu i w dziedzinie częstotliwości. Podstawowe algorytmy regulacji ciągłej i nieciągłej. Cyfrowy algorytm PID - właściwości, strojenie, samonastrajanie. Idea regulacji predykcyjnej, liniowy regulator predykcyjny GPC.30
30

Formy aktywności - ćwiczenia audytoryjne

KODForma aktywnościGodziny
A-A-1uczestnictwo w zajęciach15
A-A-2Przygotowanie się do zajeć audytoryjnych, czytanie wskazanej literatury, przygotowanie się do kolokwium, przygotowanie prezentacji, przygotowanie się do egzaminu10
25
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-L-2Przygotowanie do zajęć laboratoryjnych, opracowanie wyników z laboratorium, czytanie wskazanej literatury, napisanie raportu z laboratorium, przygotowanie prezentacji10
25
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2Uzupełnianie wiedzy z literatury10
A-W-3Przygotowanie do egzaminu8
A-W-4Zdawanie egzaminu3
51
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięME_1A_B11_W01Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówME_1A_W02Ma wiedzę w zakresie fizyki, elektroniki, automatyki i informatyki niezbędną do opisu i rozumienia zasad działania, budowy, technologii wytwarzania i programowania maszyn.
ME_1A_W04Ma szczegółową wiedzę umożliwiającą opis zagadnień oraz formułowanie wniosków w zakresie: • projektowania (wytrzymałości konstrukcji, grafiki inżynierskiej, systemów dynamicznych, statystyki, symulacji komputerowych, materiałoznawstwa), • technik programowania: komputerów osobistych, mikrokontrolerów, sterowników PLC, układów sterowania CNC obrabiarek i robotów, systemów wizyjnych i rozpoznawania obrazów, • szybkiego prototypowania, • pomiaru wielkości elektrycznych i mechanicznych, doboru układów pomiarowych.
ME_1A_W03Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę ogólną w zakresie mechaniki, wytrzymałości konstrukcji mechanicznych, elektroniki, elektrotechniki, informatyki, sztucznej inteligencji, układów sterowania i napędów oraz metrologii i systemów pomiarowych umożliwiających opis i rozumienie zagadnień technicznych w obszarze mechatroniki.
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z podstawami teoretycznymi opisu, analizy i syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym.
Treści programoweT-L-1Modelowanie układów fizycznych i wykreślanie ich odpowiedzi czasowych. Badanie właściwości i dobór parametrów układu automatycznej regulacji temperatury obiektu elektrotermicznego. Badanie wpływu parametrów regulatora PID na jakość procesów regulacji oraz dobór nastaw regulatora PID na podstawie minimalizacji wskaźników całkowych. Analiza i synteza układu sterowania metodą współrzędnych stanu przy wykorzystaniu programu MATLAB/Simulink.
T-W-1Pojęcia podstawowe – układy liniowe i nieliniowe, stacjonarne i niestacjonarne, statyczne i dynamiczne, ciągłe i dyskretne, stabilne i niestabilne, minimalno- i nieminimalnofazowe. Otwarty i zamknięty układ sterowania, struktury układów regulacji automatycznej i rola poszczególnych elementów, czterowarstwowy model funkcjonalny układu sterowania i nadzoru. Opis matematyczny układów nieliniowych w przestrzeni stanu i jego linearyzacja w otoczeniu punktu równowagi, pojęcie transmitancji układu (macierzy transmitancji), wzajemna relacja między opisami w dziedzinie czasu (równania stanu) i częstotliwości (transmitancja Laplace'a, transmitancja widmowa - Fouriera). Sterowalność i obserwowalność. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe podstawowych elementów dynamicznych. Podstawowe opisy układów dyskretnych (dyskretne równania stanu, transmitancja dyskretna). Modele dyskretne układów ciągłych. Modele hybrydowe. Wymagania stawiane układom regulacji. Sprzężenie zwrotne od stanu. Analiza i synteza układów sterowania w dziedzinie czasu i w dziedzinie częstotliwości. Podstawowe algorytmy regulacji ciągłej i nieciągłej. Cyfrowy algorytm PID - właściwości, strojenie, samonastrajanie. Idea regulacji predykcyjnej, liniowy regulator predykcyjny GPC.
T-A-1Wyznaczanie transmitancji zastępczej. Wyznaczanie analityczne charakterystyk czasowych i częstotliwościowych. Analiza stabilności przy pomocy kryterium Hurwitza i Nyquista. Projektowanie układu automatycznej regulacji w oparciu o zadany stopień stabilności, zapas fazy i modułu oraz kryteria całkowe. Wyznaczanie modeli obiektów fizycznych w przestrzeni stanu na podstawie równania różniczkowego oraz transmitancji operatorowej. Wyznaczanie transmitancji na podstawie równań stanu. Analiza właściwości układu sterowania na podstawie równań stanu.
Metody nauczaniaM-1Metody podajace: wykład informacyjny, opis, objaśnienie, Metody aktywizujace: dyskusja dydaktyczna, Metody programowane z użyciem komputera, Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia przedmiotowe, ćwiczenia laboratoryjne, symulacja.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca pod koniec przedmiotu podsumowujaca osiągnięte efekty uczenia się.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Nie zna metod opisu liniowych układów dynamicznych ani w dziedzinie czasu ani częstotliwości. Nie zna podstawowych charakterystyk układów ciągłych. Nie ma wiedzy umożliwiającej formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Nie ma wiedzy w zakresie cyfrowego algorytmu PID.
3,0Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania.
3,5Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID.
4,0Zna metody opisu liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości oraz wzajemne relacje między nimi. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID.
4,5Zna metody opisu liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu oraz wzajemne relacje między nimi. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych i nieliniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID.
5,0Zna metody opisu liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości oraz wzajemne relacje między nimi. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych i nieliniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID oraz algorytmu predykcyjnego GPC.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięME_1A_B11_U01Potrafi pozyskiwać informacje z literatury i innych źródeł, integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniac opinie. Ma umiejętność samodzielnego poszerzania zdobytej wiedzy. Potrafi posługiwać się oprogramowaniem wspomagającym procesy symulacji i badań układów mechatronicznych. Potrafi rozwiązywać zadania inżynierskie metodami analitycznymi i symulacyjnymi.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówME_1A_U04Ma umiejętność samodzielnego poszerzania zdobytej wiedzy oraz poszukiwania rozwiązań problemów inżynierskich pojawiających się w pracy zawodowej.
ME_1A_U06Potrafi posługiwać się oprogramowaniem wspomagającym procesy projektowania, symulacji i badań układów mechanicznych, elektrycznych i mechatronicznych.
ME_1A_U09Potrafi rozwiązywać zadania inżynierskie metodami analitycznymi, symulacyjnymi i za pomocą eksperymentu.
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z podstawami teoretycznymi opisu, analizy i syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym.
Treści programoweT-L-1Modelowanie układów fizycznych i wykreślanie ich odpowiedzi czasowych. Badanie właściwości i dobór parametrów układu automatycznej regulacji temperatury obiektu elektrotermicznego. Badanie wpływu parametrów regulatora PID na jakość procesów regulacji oraz dobór nastaw regulatora PID na podstawie minimalizacji wskaźników całkowych. Analiza i synteza układu sterowania metodą współrzędnych stanu przy wykorzystaniu programu MATLAB/Simulink.
T-W-1Pojęcia podstawowe – układy liniowe i nieliniowe, stacjonarne i niestacjonarne, statyczne i dynamiczne, ciągłe i dyskretne, stabilne i niestabilne, minimalno- i nieminimalnofazowe. Otwarty i zamknięty układ sterowania, struktury układów regulacji automatycznej i rola poszczególnych elementów, czterowarstwowy model funkcjonalny układu sterowania i nadzoru. Opis matematyczny układów nieliniowych w przestrzeni stanu i jego linearyzacja w otoczeniu punktu równowagi, pojęcie transmitancji układu (macierzy transmitancji), wzajemna relacja między opisami w dziedzinie czasu (równania stanu) i częstotliwości (transmitancja Laplace'a, transmitancja widmowa - Fouriera). Sterowalność i obserwowalność. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe podstawowych elementów dynamicznych. Podstawowe opisy układów dyskretnych (dyskretne równania stanu, transmitancja dyskretna). Modele dyskretne układów ciągłych. Modele hybrydowe. Wymagania stawiane układom regulacji. Sprzężenie zwrotne od stanu. Analiza i synteza układów sterowania w dziedzinie czasu i w dziedzinie częstotliwości. Podstawowe algorytmy regulacji ciągłej i nieciągłej. Cyfrowy algorytm PID - właściwości, strojenie, samonastrajanie. Idea regulacji predykcyjnej, liniowy regulator predykcyjny GPC.
T-A-1Wyznaczanie transmitancji zastępczej. Wyznaczanie analityczne charakterystyk czasowych i częstotliwościowych. Analiza stabilności przy pomocy kryterium Hurwitza i Nyquista. Projektowanie układu automatycznej regulacji w oparciu o zadany stopień stabilności, zapas fazy i modułu oraz kryteria całkowe. Wyznaczanie modeli obiektów fizycznych w przestrzeni stanu na podstawie równania różniczkowego oraz transmitancji operatorowej. Wyznaczanie transmitancji na podstawie równań stanu. Analiza właściwości układu sterowania na podstawie równań stanu.
Metody nauczaniaM-1Metody podajace: wykład informacyjny, opis, objaśnienie, Metody aktywizujace: dyskusja dydaktyczna, Metody programowane z użyciem komputera, Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia przedmiotowe, ćwiczenia laboratoryjne, symulacja.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca pod koniec przedmiotu podsumowujaca osiągnięte efekty uczenia się.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Nie potrafi wyznaczyć opisu typowych liniowych układów dynamicznych ciągłychani w dziedzinie czasu ani częstotliwości. Nie potrafi wyznaczyć analitycznie podstawowych charakterystyk układów ciągłych. Nie potrafi formułować wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Nie potrafi nastroić cyfrowego algorytmu PID.
3,0Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności układów liniowych. Potrafi nastroić cyfrowy algorytm PID.
3,5Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID.
4,0Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID. Rozumie zasadę regulacji predykcyjnej.
4,5Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID. Rozumie zasadę regulacji predykcyjnej i potrafi ją zastosować.
5,0Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID. Rozumie zasadę regulacji predykcyjnej i potrafi ją zastosować. Potrafi dokonać analizy wymagań jakie ma spełniać układ sterowania procesem technologicznym.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięME_1A_B11_K01Rozumie potrzebę ciągłego uczenia się. Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówME_1A_K01Rozumie potrzebę ciągłego uczenia się celem utrzymania poziomu i podnoszenia kompetencji zawodowych, osobistych i społecznych.
ME_1A_K02Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływu na środowisko i związanej z tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z podstawami teoretycznymi opisu, analizy i syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym.
Treści programoweT-L-1Modelowanie układów fizycznych i wykreślanie ich odpowiedzi czasowych. Badanie właściwości i dobór parametrów układu automatycznej regulacji temperatury obiektu elektrotermicznego. Badanie wpływu parametrów regulatora PID na jakość procesów regulacji oraz dobór nastaw regulatora PID na podstawie minimalizacji wskaźników całkowych. Analiza i synteza układu sterowania metodą współrzędnych stanu przy wykorzystaniu programu MATLAB/Simulink.
T-W-1Pojęcia podstawowe – układy liniowe i nieliniowe, stacjonarne i niestacjonarne, statyczne i dynamiczne, ciągłe i dyskretne, stabilne i niestabilne, minimalno- i nieminimalnofazowe. Otwarty i zamknięty układ sterowania, struktury układów regulacji automatycznej i rola poszczególnych elementów, czterowarstwowy model funkcjonalny układu sterowania i nadzoru. Opis matematyczny układów nieliniowych w przestrzeni stanu i jego linearyzacja w otoczeniu punktu równowagi, pojęcie transmitancji układu (macierzy transmitancji), wzajemna relacja między opisami w dziedzinie czasu (równania stanu) i częstotliwości (transmitancja Laplace'a, transmitancja widmowa - Fouriera). Sterowalność i obserwowalność. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe podstawowych elementów dynamicznych. Podstawowe opisy układów dyskretnych (dyskretne równania stanu, transmitancja dyskretna). Modele dyskretne układów ciągłych. Modele hybrydowe. Wymagania stawiane układom regulacji. Sprzężenie zwrotne od stanu. Analiza i synteza układów sterowania w dziedzinie czasu i w dziedzinie częstotliwości. Podstawowe algorytmy regulacji ciągłej i nieciągłej. Cyfrowy algorytm PID - właściwości, strojenie, samonastrajanie. Idea regulacji predykcyjnej, liniowy regulator predykcyjny GPC.
T-A-1Wyznaczanie transmitancji zastępczej. Wyznaczanie analityczne charakterystyk czasowych i częstotliwościowych. Analiza stabilności przy pomocy kryterium Hurwitza i Nyquista. Projektowanie układu automatycznej regulacji w oparciu o zadany stopień stabilności, zapas fazy i modułu oraz kryteria całkowe. Wyznaczanie modeli obiektów fizycznych w przestrzeni stanu na podstawie równania różniczkowego oraz transmitancji operatorowej. Wyznaczanie transmitancji na podstawie równań stanu. Analiza właściwości układu sterowania na podstawie równań stanu.
Metody nauczaniaM-1Metody podajace: wykład informacyjny, opis, objaśnienie, Metody aktywizujace: dyskusja dydaktyczna, Metody programowane z użyciem komputera, Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia przedmiotowe, ćwiczenia laboratoryjne, symulacja.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca pod koniec przedmiotu podsumowujaca osiągnięte efekty uczenia się.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie potrafi opisać przykładowych liniowych ani nieliniowych układów dynamicznych. Nie potrafi również opisać zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania przykładowego problemu w aspektach pozatechnicznych
3,0Student potrafi opisać przykładowe liniowe układy dynamiczne oraz zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania przykładowego problemu i na tym tle omówić osiągane rezultaty w aspektach pozatechnicznych
3,5Student potrafi opisać przykładowe liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania przykładowego problemu i na tym tle omówić osiągane rezultaty w aspektach pozatechnicznych
4,0Student potrafi opisać liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz przykładowe zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania zadanego problemu i na tym tle dyskutować o osiągniętych rezultatach w aspektach pozatechnicznych
4,5Student potrafi samodzielnie opisać liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz przykładowe zastosowania cyfrowego algorytmu PID lub algorytmu predykcyjnego do rozwiązania zadanego problemu i na tym tle analizować i dyskutować o osiągniętych rezultatach w aspektach pozatechnicznych
5,0Student potrafi samodzielnie opisać liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz przykładowe zastosowania cyfrowego algorytmu PID lub algorytmu predykcyjnego do rozwiązania zadanego problemu i na tym tle analizować i dyskutować o efektywności osiągniętych rezultatów w aspektach pozatechnicznych