Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S1)
Sylabus przedmiotu Teoria sterowania 1:
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 1 | ||
| 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 |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Nauczyć studenta tworzyć liniowe modele matematyczne obiektów jednowymiarowych wykorzystywane w teorii sterowania. |
| C-2 | Nauczyć studenta formułować i rozwiązywać proste zadania syntezy liniowych układów sterowania metodami klasycznymi |
| C-3 | Nauczyć studenta formułować i rozwiązywać proste 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 | 2 |
| T-A-4 | Wykreślanie charakterystyk częstotliwościowych wybranych członów dynamicznych | 1 |
| T-A-5 | Dobór nastaw regulatora typu P metodą częstotliwościową | 2 |
| T-A-6 | Wyznaczanie macierzy wzmocnień sprzężenia zwrotnego i współczynnika wzmocnienia sprzężenia prostego dla obiektu drugiego rzędu - synteza układu sterowania metodą stanową | 2 |
| T-A-7 | Wyznaczanie obserwatora stanu dla obiektu drugiego rzędu - synteza układu sterowania metodą stanową z regulatorem na bazie obserwatora | 2 |
| T-A-8 | Wyznaczanie dyskretnej zastępczej transmitancji układu ciągłego i dyskretnego modelu stanowego | 1 |
| T-A-9 | Badanie stabilności dyskretnego układu sterowania | 1 |
| T-A-10 | Zaliczenie ćwiczeń | 1 |
| 15 | ||
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Wprowadzenie do tematyki zajęć laboratoryjnych | 2 |
| T-L-2 | Tworzenie i przekształcanie modeli matematycznych liniowych układów dynamicznych z czasem (równanie różniczkowe, transmitancja operatorowa, model stanowy) i ich symulacja | 4 |
| T-L-3 | Badanie stabilności układów liniowych - kryteria algebraiczne i częstotliwościowe | 2 |
| T-L-4 | Wyznaczanie i symulacja kanonicznych realizacji modeli w przestrzeni stanu | 2 |
| T-L-5 | Badanie właściwości podstawowych liniowych członów dynamicznych I i II rzędu w dziedzinie czasu i częstotliwości | 4 |
| T-L-6 | Przekształcanie schematów blokowych układów dynamicznych ze sprzężeniami zwrotnymi i wyznaczanie ich opisów zastępczych | 2 |
| T-L-7 | Dobór nastaw regulatora PID ze względu na kryteria odcinkowe | 2 |
| T-L-8 | Dobór nastaw regulatora PID ze względu na kryteria całkowe | 2 |
| T-L-9 | Analiza wpływu ograniczeń sygnałów sterujących na dobór optymalnych nastaw regulatora PID | 2 |
| T-L-10 | Projektowanie układu sterowania metodą linii pierwiastkowych | 2 |
| T-L-11 | Algorytm lokowania biegunów układu sterowania dla liniowych obiektów jednowymiarowych | 4 |
| T-L-12 | Zaliczenie zajęć laboratoryjnych | 2 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Modele matematyczne obiektów jednowymiarowych (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) | 2 |
| T-W-2 | Stabilność liniowego układu dynamicznego (ogólne pojęcie stabilności układu, stabilność odpowiedzi swobodnej (stabilność wewnetrzna), stabilność odpowiedzi wymuszonej (stabilność zewnętrzna, stabilność w sensie wejściowo-wyjściowym), kryterium Hurwitza, odpowiedź przejściowa i ustalona, stan przejściowy i stan ustalony) | 4 |
| T-W-3 | Układ sterowania z jednostkowym sprzężeniem zwrotnym (zadanie syntezy układu sterowania, stabilność wewnętrzna układu sterowania, wymagania w stanie ustalonym (błąd ustalony, bład połozeniowy i prędkościowy), układ statyczny i astatyczny, wymagania w stanie przejściowym (czas narastania, czas ustalania, przeregulowanie, całka z kwadratu błędu)) | 4 |
| T-W-4 | Podstawy metody linii pierwiastkowych (obszar pożądanego położenia biegunów, wykres linii pierwiastkowej, dobór regulatora typu P, rozszerzenie metody, regulatory typu PID i ich podstawowe właściwości, dobór nastaw regulatoróe PID) | 5 |
| T-W-5 | Podstawy metody częstotliwościowej syntezy układu sterowania (transmitancja widmowa układu otwartego i zamkniętego, wykres Nyquista, twierdzenie Nyquista, wymagania pośrednie w dziedzinie częstotliwości (zapas modułu, zapas, fazy, pasmo przenoszenia, pasmo tłumienia), dobór regulatora typu P z wykorzystaniem charakterystyk częstotliwościowych logarytmicznych) | 3 |
| T-W-6 | Metoda stanowa syntezy układu sterowania obiektem jednowymiarowym (równoważność modeli w przestrzeni stanu, sterowalność i obserwowalność, realizacja minimalna, realizacje kanoniczne, sprzężenie zwrotne od stanu i proste od wejścia, lokowanie biegunów, pełnowymiarowy obserwator asymptotyczny, projektowanie układu sterowania z obserwatorem stanu) | 6 |
| T-W-7 | Analiza układów z dyskretnym czasem (próbkowanie i ekstrapolacja sygnałów, dyskretna transmitancja operatorowa, zastępcza dyskretna transmitancja układu ciągłego (niezmienniczość odpowiedzi skokowej), stabilność układu dyskretnego, kryterium Jury, dyskretny model stanowy) | 3 |
| T-W-8 | Metoda stanowa syntezy układu sterowania z dyskretnym czasem (mode stanowy z dyskretnym czasem, sterowalność i obserwowalność, realizacje kanoniczne, realizacja minimalna, sprzężenie zwrotne od stanu i proste od wejścia, lokowanie biegunów i zerowy błąd położeniowy, sterowanie dead-beat, pełnowymiarowy obserwator asymptotyczny, projektowanie układu sterowania z obserwatorem) | 3 |
| 30 | ||
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 | 5 |
| A-A-3 | Przygotowanie do zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych | 5 |
| 25 | ||
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Uczestnictwo w zajęciach laboratoryjnych | 30 |
| A-L-2 | Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych | 8 |
| A-L-3 | Przygotowanie do zaliczenia zajęć laboratoryjnych | 10 |
| A-L-4 | Konsultacje | 2 |
| 50 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w wykladach | 30 |
| A-W-2 | Studiowanie literatury | 40 |
| A-W-3 | Przygotowanie do egzaminu | 28 |
| A-W-4 | Egzamin | 2 |
| 100 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny |
| M-2 | Ćwiczenia audytoryjne |
| M-3 | Ćwiczenia laboratoryjne na stanowiskach, symulacje |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Pisemne zaliczenie ćwiczeń audytoryjnych |
| 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_W04, AR_1A_W03 | — | — | C-1 | T-W-2, T-W-1, T-W-7 | M-1 | S-4 |
| AR_1A_C08_W02 Student zna metody analizy i syntezy liniowych jednowymiarowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym | AR_1A_W04, AR_1A_W03 | — | — | C-2 | T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-8, T-W-6 | 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_U08 | — | — | C-1 | T-A-1, T-A-2, T-A-4, T-L-2, T-L-5, T-A-8, T-L-4 | 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_U08 | — | — | C-2 | T-A-9, T-A-3, T-A-5, T-L-9, T-L-3, T-L-7, T-L-11 | M-2, M-3 | S-1, S-2, S-3 |
| AR_1A_C08_U03 Student umie sformułować typowe zadanie sterowania i wykorzystując metodę przestrzeni stanu zaprojektować układ sterowania realizujacy to zadanie. Umie także przeanalizować i zoptymalizować działanie tego układu | AR_1A_U08 | — | — | C-3 | T-A-6, T-A-7, T-L-11, 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 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał poniżej 50% punktów |
| 3,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 50-60% punktów | |
| 3,5 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 61-70% punktów | |
| 4,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 71-80% punktów | |
| 4,5 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 81-90% punktów | |
| 5,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 91-100% punktów | |
| AR_1A_C08_W02 Student zna metody analizy i syntezy liniowych jednowymiarowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym | 2,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał poniżej 50% punktów |
| 3,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 50-60% punktów | |
| 3,5 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 61-70% punktów | |
| 4,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 71-80% punktów | |
| 4,5 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 81-90% punktów | |
| 5,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 91-100% punktów |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_1A_C07_U01 Student umie stworzyć model matematyczny prostego obiektu sterowania. | 2,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał poniżej 50% punktów |
| 3,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 50-60% punktów | |
| 3,5 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 61-70% punktów | |
| 4,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 71-80% punktów | |
| 4,5 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 81-90% punktów | |
| 5,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 91-100% punktów | |
| 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 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał poniżej 60% punktów |
| 3,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 50-60% punktów | |
| 3,5 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 61-70% punktów | |
| 4,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 71-80% punktów | |
| 4,5 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 81-90% punktów | |
| 5,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 91-100% punktów | |
| AR_1A_C08_U03 Student umie sformułować typowe zadanie sterowania i wykorzystując metodę przestrzeni stanu zaprojektować układ sterowania realizujacy to zadanie. Umie także przeanalizować i zoptymalizować działanie tego układu | 2,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał poniżej 50% punktów |
| 3,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 50-60% punktów | |
| 3,5 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 61-70% punktów | |
| 4,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 71-80% punktów | |
| 4,5 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 81-90% punktów | |
| 5,0 | Ze wszystkich form zaliczenia obejmujacych ten efekt kształcenia student uzyskał 91-100% punktów |
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
- Dorf R.C., Bishop R.H., Modern Control Systems, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, 2008