Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S1)

Sylabus przedmiotu Modelowanie i identyfikacja:

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 Modelowanie i identyfikacja
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Automatyki i Robotyki
Nauczyciel odpowiedzialny Przemysław Orłowski <Przemyslaw.Orlowski@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele
ECTS (planowane) 2,0 ECTS (formy) 2,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
laboratoriaL3 15 1,00,38zaliczenie
wykładyW3 15 1,00,62zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Znajomość równań różniczkowych oraz podstawowych praw fizyki.

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Poznanie sposobów tworzenia matematycznych modeli procesów dynamicznych na podstawie praw fizycznych.
C-2Poznanie metod modelowania procesów dynamicznych.
C-3Poznanie inżynierskich metod identyfikacji parametrów typowych modeli liniowych na podstawie charakterystyk czasowych obiektu pomierzonych w eksperymencie czynnym.
C-4Poznanie algorytmów i narzędzi do identyfikacji parametrów modeli transmitacyjnych obiektu.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Modele matematyczne na przykładzie układu akumulacyjnego i ich implementacja oraz symulacja w środowisku MATLAB/Simulink2
T-L-2Modele matematyczne dla układów zbiorników na podstawie bilansu i praw fizyki, i ich implementacja oraz symulacja w środowisku MATLAB/Simulink2
T-L-3Przeprowadzenie eksperymentu na symulatorze procesów. Kalibracja układu. Graficzna identyfikacja parametrów modelu Küpfmüllera. Analiza wpływu rozdzielczości przetwornika A/C na dokładność identyfikacji.2
T-L-4Identyfikacja w przyborniku systemIdentification dynamicznego obiektu liniowego. Dobór okresu próbkowania i długości horyzontu czasowego. Wyznaczanie parametrów funkcji przejścia. Ocena dokładności ich wyznaczenia.2
T-L-5Identyfikacja w przyborniku systemIdentification z wykorzystaniem symulatora procesu dla głośnika dynamicznego. Wyznaczanie fizycznych parametrów modelu głośnika. Ocena dokładności ich wyznaczenia2
T-L-6Identyfikacja w przyborniku systemIdentification z wykorzystaniem symulatora procesu układu nieliniowego na przykładzie wahadła. Wyznaczanie fizycznych parametrów modelu na podstawie uzyskanego modelu liniowego. Ocena dokładności ich wyznaczenia.3
T-L-7Zaliczenie formy zajęć2
15
wykłady
T-W-1Wprowadzenie do modelowania. Pojęcie modelu, systemu, procesu, przykłady. Cele i metody modelowania. Systemy statyczne i dynamiczne, przykłady.2
T-W-2Cechy modelu matematycznego, zastosowania modeli matematycznych w praktyce. Wymagania stawiane modelom. Formy i rodzaje opisów modeli obiektów dynamicznych i ich podział ze względu na cel budowy, nieokreśloność, rodzaj opisu i typ poznania. Modele z czasem ciągłym i dyskretnym. Modele liniowe i nieliniowe. Modele opartę o wiedzę (white-box) i o zachowanie (black-box). Zasady tworzenia fenomenologicznych i behawioralnych modeli układów dynamicznych.3
T-W-3Ogólna postać prawa zachowania. Zmienne przepływu i naporu, zależności równowagi i spójności, zmienne wiążące. Modelowanie makroskopowe i mikroskopowe. Przykłady modeli matematycznych: konto bankowe, układy zbiorników, silnik prądu stałego, głośnik.3
T-W-4Przekształcanie modeli white-box do przestrzeni stanu, przykłady. Wykorzystanie środowiska Matlab/Simulink do modelowania i symulacji procesów liniowych i nieliniowych.3
T-W-5Cele, sposoby i rodzaje identyfikacji parametrów procesu. Kalibracja czujników. Ograniczenia w procesie identyfikacji, zakłócenia i ich składowe. Graficzne metody identyfikacji parametrów modelu procesowego Küpfmüllera. Identyfikacja w przyborniku systemIdentification – wczytywanie serii danych, wybór modelu i jego struktury, identyfikacja jego parametrów i weryfikacja modelu. Wyznaczanie parametrów fizycznych obiektu na podstawie otrzymanego modelu. Zaliczenie wykładów.4
15

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Udział w zajęciach laboratoryjnych15
A-L-2Przygotowanie się do ćwiczeń3
A-L-3Opracowanie sprawozdań z ćwiczeń5
A-L-4Konsultacje2
25
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-W-2Praca własna z literaturą5
A-W-3Przygotowanie się do zaliczenia5
25

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
M-3Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
M-4Metoda projektów

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana po zakończeniu cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych uzyskanych ze złożonych sprawozdań oraz aktywności i pracy podczas realizacji ćwiczeń.
S-2Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na podstawie zaliczenia praktycznego i ustnego.

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
AR_1A_C10_W01
Ma wiedzę odnośnie modelowania procesów przemysłowych oraz identyfikacji parametrów modeli transmitancyjnych
AR_1A_W04C-1, C-3, C-4, C-2T-W-4, T-W-3, T-W-2, T-W-5M-1, M-2, M-3S-2, S-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
AR_1A_C10_U01
Student potrafi określić zadania identyfikacji przemysłowych obiektów dynamicznych. Potrafi zaplanować i przeprowadzić prostą identyfikację parametrów obiektu.
AR_1A_U04C-1, C-3, C-4, C-2T-L-5, T-L-3, T-L-4, T-L-6M-1, M-2, M-3, M-4S-2, S-1
AR_1A_C10_U02
Student potrafi wybrać odpowiednią klasę liniowych modeli dynamicznych dla typowych modeli matematycznych obiektów sterowania i dokonać ich zamodelowania w środowisku MATLAB/Simulink.
AR_1A_U04C-1, C-2T-L-1, T-L-2M-3, M-4S-1

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
AR_1A_C10_W01
Ma wiedzę odnośnie modelowania procesów przemysłowych oraz identyfikacji parametrów modeli transmitancyjnych
2,0Jakakolwiek forma oceny jest niezaliczona (tj. ocena 2).
3,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach (2,3.25).
3,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.25,3.75).
4,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.75,4.25).
4,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <4.25,4.75).
5,0Średnia ważona z form ocen wynosi co najmniej 4.75.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
AR_1A_C10_U01
Student potrafi określić zadania identyfikacji przemysłowych obiektów dynamicznych. Potrafi zaplanować i przeprowadzić prostą identyfikację parametrów obiektu.
2,0Jakakolwiek forma oceny jest niezaliczona (tj. ocena 2).
3,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach (2,3.25).
3,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.25,3.75).
4,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.75,4.25).
4,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <4.25,4.75).
5,0Średnia ważona z form ocen wynosi co najmniej 4.75.
AR_1A_C10_U02
Student potrafi wybrać odpowiednią klasę liniowych modeli dynamicznych dla typowych modeli matematycznych obiektów sterowania i dokonać ich zamodelowania w środowisku MATLAB/Simulink.
2,0Jakakolwiek forma oceny jest niezaliczona (tj. ocena 2).
3,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach (2,3.25).
3,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.25,3.75).
4,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.75,4.25).
4,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <4.25,4.75).
5,0Średnia ważona z form ocen wynosi co najmniej 4.75.

Literatura podstawowa

  1. Żuchowski A., Modele dynamiki i identyfikacja, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2003, Skrypt serii TEMPUS
  2. Kasprzyk J. (Ed.), Identyfikacja procesów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2002, Praca zbiorowa`
  3. Findeisen W., Technika regulacji automatycznej, PWN, Warszawa, 1969
  4. Bańka S., Sterowanie wielowymiarowymi układami dynamicznymi. Ujęcie wielomianowe., Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2007, Monografie KAiR PAN, Tom 11

Literatura dodatkowa

  1. Mańczak K., Metody identyfikacji wielowymiarowych obiektów sterowania., WNT, Warszawa, 1970
  2. Ljung L., System Identification. Theory for the user., Prentice Hall, New Jersey, 1987

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Modele matematyczne na przykładzie układu akumulacyjnego i ich implementacja oraz symulacja w środowisku MATLAB/Simulink2
T-L-2Modele matematyczne dla układów zbiorników na podstawie bilansu i praw fizyki, i ich implementacja oraz symulacja w środowisku MATLAB/Simulink2
T-L-3Przeprowadzenie eksperymentu na symulatorze procesów. Kalibracja układu. Graficzna identyfikacja parametrów modelu Küpfmüllera. Analiza wpływu rozdzielczości przetwornika A/C na dokładność identyfikacji.2
T-L-4Identyfikacja w przyborniku systemIdentification dynamicznego obiektu liniowego. Dobór okresu próbkowania i długości horyzontu czasowego. Wyznaczanie parametrów funkcji przejścia. Ocena dokładności ich wyznaczenia.2
T-L-5Identyfikacja w przyborniku systemIdentification z wykorzystaniem symulatora procesu dla głośnika dynamicznego. Wyznaczanie fizycznych parametrów modelu głośnika. Ocena dokładności ich wyznaczenia2
T-L-6Identyfikacja w przyborniku systemIdentification z wykorzystaniem symulatora procesu układu nieliniowego na przykładzie wahadła. Wyznaczanie fizycznych parametrów modelu na podstawie uzyskanego modelu liniowego. Ocena dokładności ich wyznaczenia.3
T-L-7Zaliczenie formy zajęć2
15

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Wprowadzenie do modelowania. Pojęcie modelu, systemu, procesu, przykłady. Cele i metody modelowania. Systemy statyczne i dynamiczne, przykłady.2
T-W-2Cechy modelu matematycznego, zastosowania modeli matematycznych w praktyce. Wymagania stawiane modelom. Formy i rodzaje opisów modeli obiektów dynamicznych i ich podział ze względu na cel budowy, nieokreśloność, rodzaj opisu i typ poznania. Modele z czasem ciągłym i dyskretnym. Modele liniowe i nieliniowe. Modele opartę o wiedzę (white-box) i o zachowanie (black-box). Zasady tworzenia fenomenologicznych i behawioralnych modeli układów dynamicznych.3
T-W-3Ogólna postać prawa zachowania. Zmienne przepływu i naporu, zależności równowagi i spójności, zmienne wiążące. Modelowanie makroskopowe i mikroskopowe. Przykłady modeli matematycznych: konto bankowe, układy zbiorników, silnik prądu stałego, głośnik.3
T-W-4Przekształcanie modeli white-box do przestrzeni stanu, przykłady. Wykorzystanie środowiska Matlab/Simulink do modelowania i symulacji procesów liniowych i nieliniowych.3
T-W-5Cele, sposoby i rodzaje identyfikacji parametrów procesu. Kalibracja czujników. Ograniczenia w procesie identyfikacji, zakłócenia i ich składowe. Graficzne metody identyfikacji parametrów modelu procesowego Küpfmüllera. Identyfikacja w przyborniku systemIdentification – wczytywanie serii danych, wybór modelu i jego struktury, identyfikacja jego parametrów i weryfikacja modelu. Wyznaczanie parametrów fizycznych obiektu na podstawie otrzymanego modelu. Zaliczenie wykładów.4
15

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Udział w zajęciach laboratoryjnych15
A-L-2Przygotowanie się do ćwiczeń3
A-L-3Opracowanie sprawozdań z ćwiczeń5
A-L-4Konsultacje2
25
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-W-2Praca własna z literaturą5
A-W-3Przygotowanie się do zaliczenia5
25
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_1A_C10_W01Ma wiedzę odnośnie modelowania procesów przemysłowych oraz identyfikacji parametrów modeli transmitancyjnych
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_W04Ma szczegółową wiedzę związaną z wybranymi zagadnieniami w obszarze automatyki oraz robotyki.
Cel przedmiotuC-1Poznanie sposobów tworzenia matematycznych modeli procesów dynamicznych na podstawie praw fizycznych.
C-3Poznanie inżynierskich metod identyfikacji parametrów typowych modeli liniowych na podstawie charakterystyk czasowych obiektu pomierzonych w eksperymencie czynnym.
C-4Poznanie algorytmów i narzędzi do identyfikacji parametrów modeli transmitacyjnych obiektu.
C-2Poznanie metod modelowania procesów dynamicznych.
Treści programoweT-W-4Przekształcanie modeli white-box do przestrzeni stanu, przykłady. Wykorzystanie środowiska Matlab/Simulink do modelowania i symulacji procesów liniowych i nieliniowych.
T-W-3Ogólna postać prawa zachowania. Zmienne przepływu i naporu, zależności równowagi i spójności, zmienne wiążące. Modelowanie makroskopowe i mikroskopowe. Przykłady modeli matematycznych: konto bankowe, układy zbiorników, silnik prądu stałego, głośnik.
T-W-2Cechy modelu matematycznego, zastosowania modeli matematycznych w praktyce. Wymagania stawiane modelom. Formy i rodzaje opisów modeli obiektów dynamicznych i ich podział ze względu na cel budowy, nieokreśloność, rodzaj opisu i typ poznania. Modele z czasem ciągłym i dyskretnym. Modele liniowe i nieliniowe. Modele opartę o wiedzę (white-box) i o zachowanie (black-box). Zasady tworzenia fenomenologicznych i behawioralnych modeli układów dynamicznych.
T-W-5Cele, sposoby i rodzaje identyfikacji parametrów procesu. Kalibracja czujników. Ograniczenia w procesie identyfikacji, zakłócenia i ich składowe. Graficzne metody identyfikacji parametrów modelu procesowego Küpfmüllera. Identyfikacja w przyborniku systemIdentification – wczytywanie serii danych, wybór modelu i jego struktury, identyfikacja jego parametrów i weryfikacja modelu. Wyznaczanie parametrów fizycznych obiektu na podstawie otrzymanego modelu. Zaliczenie wykładów.
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
M-3Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
Sposób ocenyS-2Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na podstawie zaliczenia praktycznego i ustnego.
S-1Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana po zakończeniu cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych uzyskanych ze złożonych sprawozdań oraz aktywności i pracy podczas realizacji ćwiczeń.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Jakakolwiek forma oceny jest niezaliczona (tj. ocena 2).
3,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach (2,3.25).
3,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.25,3.75).
4,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.75,4.25).
4,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <4.25,4.75).
5,0Średnia ważona z form ocen wynosi co najmniej 4.75.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_1A_C10_U01Student potrafi określić zadania identyfikacji przemysłowych obiektów dynamicznych. Potrafi zaplanować i przeprowadzić prostą identyfikację parametrów obiektu.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_U04Potrafi identyfikować związki i zależności w procesach zachodzących w systemach rzeczywistych i na tej podstawie tworzyć modele komputerowe i przeprowadzać ich symulacje, w szczególności dotyczące zagadnień automatyki oraz robotyki.
Cel przedmiotuC-1Poznanie sposobów tworzenia matematycznych modeli procesów dynamicznych na podstawie praw fizycznych.
C-3Poznanie inżynierskich metod identyfikacji parametrów typowych modeli liniowych na podstawie charakterystyk czasowych obiektu pomierzonych w eksperymencie czynnym.
C-4Poznanie algorytmów i narzędzi do identyfikacji parametrów modeli transmitacyjnych obiektu.
C-2Poznanie metod modelowania procesów dynamicznych.
Treści programoweT-L-5Identyfikacja w przyborniku systemIdentification z wykorzystaniem symulatora procesu dla głośnika dynamicznego. Wyznaczanie fizycznych parametrów modelu głośnika. Ocena dokładności ich wyznaczenia
T-L-3Przeprowadzenie eksperymentu na symulatorze procesów. Kalibracja układu. Graficzna identyfikacja parametrów modelu Küpfmüllera. Analiza wpływu rozdzielczości przetwornika A/C na dokładność identyfikacji.
T-L-4Identyfikacja w przyborniku systemIdentification dynamicznego obiektu liniowego. Dobór okresu próbkowania i długości horyzontu czasowego. Wyznaczanie parametrów funkcji przejścia. Ocena dokładności ich wyznaczenia.
T-L-6Identyfikacja w przyborniku systemIdentification z wykorzystaniem symulatora procesu układu nieliniowego na przykładzie wahadła. Wyznaczanie fizycznych parametrów modelu na podstawie uzyskanego modelu liniowego. Ocena dokładności ich wyznaczenia.
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny
M-2Wykład problemowy
M-3Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
M-4Metoda projektów
Sposób ocenyS-2Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na podstawie zaliczenia praktycznego i ustnego.
S-1Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana po zakończeniu cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych uzyskanych ze złożonych sprawozdań oraz aktywności i pracy podczas realizacji ćwiczeń.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Jakakolwiek forma oceny jest niezaliczona (tj. ocena 2).
3,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach (2,3.25).
3,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.25,3.75).
4,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.75,4.25).
4,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <4.25,4.75).
5,0Średnia ważona z form ocen wynosi co najmniej 4.75.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_1A_C10_U02Student potrafi wybrać odpowiednią klasę liniowych modeli dynamicznych dla typowych modeli matematycznych obiektów sterowania i dokonać ich zamodelowania w środowisku MATLAB/Simulink.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_U04Potrafi identyfikować związki i zależności w procesach zachodzących w systemach rzeczywistych i na tej podstawie tworzyć modele komputerowe i przeprowadzać ich symulacje, w szczególności dotyczące zagadnień automatyki oraz robotyki.
Cel przedmiotuC-1Poznanie sposobów tworzenia matematycznych modeli procesów dynamicznych na podstawie praw fizycznych.
C-2Poznanie metod modelowania procesów dynamicznych.
Treści programoweT-L-1Modele matematyczne na przykładzie układu akumulacyjnego i ich implementacja oraz symulacja w środowisku MATLAB/Simulink
T-L-2Modele matematyczne dla układów zbiorników na podstawie bilansu i praw fizyki, i ich implementacja oraz symulacja w środowisku MATLAB/Simulink
Metody nauczaniaM-3Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera
M-4Metoda projektów
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana po zakończeniu cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych uzyskanych ze złożonych sprawozdań oraz aktywności i pracy podczas realizacji ćwiczeń.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Jakakolwiek forma oceny jest niezaliczona (tj. ocena 2).
3,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach (2,3.25).
3,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.25,3.75).
4,0Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <3.75,4.25).
4,5Średnia ważona z form ocen zawiera się w przedziałach <4.25,4.75).
5,0Średnia ważona z form ocen wynosi co najmniej 4.75.