Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S1)
Sylabus przedmiotu Teoria sterowania 2:
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 2 | ||
| 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) | 6,0 | ECTS (formy) | 6,0 |
| 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, teoria sterowania 1 |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Zapoznanie studentów z zaawansowanymi metodami syntezy układu sterowania w przestrzeni stanu dla liniowymi obiektów wielowymiarowych |
| C-2 | Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami opisu nieliniowych obiektów sterowania |
| C-3 | Zapoznanie studentów z metodami analizy i syntezy układów sterowania z czasem ciągłym, bazującymi na teorii Lapunowa |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| T-A-1 | Synteza układu sterowania orientacją satelity obserwacyjnego - "case study" (wyprowadzenie modelu stanowego satelity, sformułowanie zadania sterowania, model układu generującego harmoniczny sygnał odniesienia i stałe zakłócenie, synteza układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od błędu, realizującego asymptotyczne śledzenie sygnału odniesienia) | 8 |
| T-A-2 | Synteza układu sterowania prostym manipulatorem planarnym - "case study" (wykorzystanie bezpośredniej metody Lapunowa do syntezy układu sterowania obiektem nieliniowym, wyprowadzenie modelu stanowego dwuczłonowego manipulatora planarnego, sformułowanie zadania sterowania, synteza układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od stanu) | 6 |
| T-A-3 | Zaliczenie pisemne | 1 |
| 15 | ||
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Wprowadzenie do tematyki zajęć laboratoryjnych | 2 |
| T-L-2 | Projektowanie sprzężenia zwrotnego od stanu dla liniowych układów SISO (bez obserwatora i z obserwatorem) | 2 |
| T-L-3 | Projektowanie sprzężenia zwrotnego od stanu dla liniowych układów MIMO (bez obserwatora i z obserwatorem) | 4 |
| T-L-4 | Tworzenie modeli stanowych dla nieliniowych obiektów SISO/MIMO na bazie równań Eulera-Lagrange'a i ich symulacja | 4 |
| T-L-5 | Linearyzacja nieliniowych modeli obiektów SISO/MIMO w otoczeniu ustalonych punktów pracy i ich symulacja | 4 |
| T-L-6 | Synteza układu sterowania z wykorzystaniem linearyzacji lokalnej w wybranych punktach równowagi dla nieliniowego obiektu MIMO (np. wahadło z kołem reakcyjnym, układ aerodynamiczny z dwoma wirnikami, suwnicowy dźwig 3D) | 6 |
| T-L-7 | Synteza układu sterowania z wykorzystaniem metody Lapunowa dla nieliniowego obiektu MIMO (np. regulator PD z kompensacją grawitacji) | 4 |
| T-L-8 | Symulacyjna analiza odporności zaprojektowanych układów sterowania na zakłócenia i niepewności modelowe | 2 |
| T-L-9 | Zaliczenie zajęć laboratoryjnych | 2 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Model stanowy wielowymiarowego układu dynamicznego (własności modelu stanowego, sterowalność i obserwowalność, stabilizowalność i wykrywalność, stabilność wewnętrzna i zewnętrzna, transmitancja macierzowa, zera i bieguny, realizacje transmitancji macierzowej) | 4 |
| T-W-2 | Wielowymiarowy układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym (sprzężenie zwrotne od stanu i proste od wejścia, lokowanie biegunów, asymptotyczny obserwator pełnowymiarowy, asymptotyczny obserwator zredukowany, sprzężenie zwrotne od stanu przybliżonego (z obserwatora), układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od wyjścia, parametryzacja w przestrzeni stanu regulatora stabilizującego układ sterowania) | 4 |
| T-W-3 | Układ sterowania realizujący zadanie śledzenia asymptotycznego (modelowanie układu generującego sygnał odniesienia i sygnał zakłócenia, synteza układu sterowania z regulatorem statycznym i sprzężeniem zwrotnym od stanu, macierzowe równanie regulatorowe, synteza układu sterowania z regulatorem dynamicznym i sprzężeniem zwrotnym od błędu, zasada modelu wewnętrznego) | 6 |
| T-W-4 | Nieliniowy model stanowy (przykłady nieliniowych układów dynamicznych, nieliniowy stacjonarny model stanowy (model w przestrzeni stanu), układ autonomiczny, pojęcie punktu równowagi, analiza układu II rzędu na płaszczyźnie fazowej, tworzenie modelu na bazie równania Eulera-Lagrange'a (np. model stanowy wahadła z kołem reakcyjnym, układu aerodynamiczny z dwoma wirnikami, suwnicowego dźwigu 3D), pojęcie stabilności i stabilności asymptotycznej punktu równowagi, pojęcie stabilności globalnej układu, obszar przyciągania punktu równowagi) | 6 |
| T-W-5 | Linearyzacja modelu nieliniowego w otoczeniu punktu równowagi (przybliżony model liniowy układu nieliniowego - linearyzacja w otoczeniu punktu równowagi i statycznego punktu pracy, zachowanie się modelu liniowego w otoczeniu punktów równowagi (rodzaje punktów równowagi), I metoda Lapunowa, badanie stabilności punktu równowagi, synteza układu sterowania obiektem nieliniowym z wykorzystaniem modelu obiektu zlinearyzowanego) | 4 |
| T-W-6 | Bezpośrednia metoda Lapunowa (pojęcie funkcji dodatnio określonej i półokreślonej oraz ujemnie określonej i półokreślonej, forma kwadratowa, twierdzenia Lapunowa o stabilności lokalnej i globalnej, twierdzenie La'Salle'a o zbiorach niezmienniczych, wykorzystanie twierdzenia La'Salle'a, zastosowanie twierdzenia Lapunowa do badania stabilności układów liniowych, algebraiczne równanie Lapunowa, wykorzystanie metody Lapunowa do projektowania nieliniowego układu sterowania) | 6 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| A-A-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 15 |
| A-A-2 | Studiowanie literatury | 5 |
| A-A-3 | Przygotowanie się do zaliczenia | 5 |
| 25 | ||
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Udział w zajęciach laboratoryjnych | 30 |
| A-L-2 | Przygotowanie się do ćwiczeń | 5 |
| A-L-3 | Przygotowanie sprawozdań | 8 |
| A-L-4 | Przygotowanie się do zaliczenia ćwiczeń | 5 |
| A-L-5 | Konsultacje | 2 |
| 50 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-W-2 | Samodzielne studiowanie literatury | 30 |
| A-W-3 | Przygotowanie się do egzaminu | 13 |
| A-W-4 | Egzamin | 2 |
| 75 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny |
| M-2 | Ćwiczenia audytoryjne |
| M-3 | Ćwiczenia laboratoryjne, symulacje. |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: Krótki sprawdzian pisemny przed przystąpieniem do ćwiczeń laboratoryjnych |
| S-2 | Ocena podsumowująca: Zaliczenie pisemne ćwiczeń audytoryjnych |
| S-3 | Ocena podsumowująca: Zaliczenie pisemne ćwiczeń laboratoryjnych |
| S-4 | Ocena podsumowująca: Zaliczenie pisemne wykładu |
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_C15_W01 Ma wiedzę z zakresu analizy i syntezy układu sterowania dla liniowego obiektu wielowymiarowego, w szczególności zna podstawy teorii uogólnionego regulatora | AR_1A_W04, AR_1A_W03 | — | — | C-1 | T-W-1, T-W-3, T-W-2 | M-1 | S-4 |
| AR_1A_C23_W03 Ma podstawową wiedzę z zakresu modelowania i analizy układów sterowania z obiektami nieliniowymi, w szczególności zna I i II metodę Lapunowa | AR_1A_W04, AR_1A_W03 | — | — | C-2, C-3 | T-W-5, T-W-4, 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_C15_U01 Umie zaprojektować układ sterowania realizujacy zadanie asymptotycznego śledzenia wykorzystując w tym celu metody przestrzeni stanu | AR_1A_U08 | — | — | C-1 | T-W-3, T-L-3, T-A-1, T-L-2 | M-3 | S-3, S-1 |
| AR_1A_C23_U03 Umie wyznaczyć model prostego, nieliniowego obiektu sterowania i przeanalizować jego właściwości, wykorzystując m.in. I i II metodę Lapunowa. Umie także zlinearyzować taki obiekt i zaprojektować dla niego liniowy układ sterowania. | AR_1A_U08 | — | — | C-2, C-3 | T-W-6, T-W-5, T-W-4, T-L-5, T-L-7, T-L-4, T-L-6, T-A-2 | M-3 | S-1, S-3 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_1A_C15_W01 Ma wiedzę z zakresu analizy i syntezy układu sterowania dla liniowego obiektu wielowymiarowego, w szczególności zna podstawy teorii uogólnionego regulatora | 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_C23_W03 Ma podstawową wiedzę z zakresu modelowania i analizy układów sterowania z obiektami nieliniowymi, w szczególności zna I i II metodę Lapunowa | 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_C15_U01 Umie zaprojektować układ sterowania realizujacy zadanie asymptotycznego śledzenia wykorzystując w tym celu metody przestrzeni stanu | 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_C23_U03 Umie wyznaczyć model prostego, nieliniowego obiektu sterowania i przeanalizować jego właściwości, wykorzystując m.in. I i II metodę Lapunowa. Umie także zlinearyzować taki obiekt i zaprojektować dla niego liniowy układ 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 |
Literatura podstawowa
- Williams L., Lawrance D., Linear State-Space Control Systems, John Wiley and Sons, 2007
- Saberi A., Stoorvogel A.A., Sannuti P., Control of linear systems with regulation and input constraints, Springer-Verlag, London, 2000
- Slotine J-J. E., Li W., Applied Nonlinear Control, Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1991
Literatura dodatkowa
- Khalil H. K., Nonlinear Systems, 2nd ed., Prentice Hall, Upper Saddle River, 1996