Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S1)
Sylabus przedmiotu Sterowanie optymalne i modalne:
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 | Sterowanie optymalne i modalne | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Automatyki i Robotyki | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Paweł Dworak <Pawel.Dworak@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Michał Brasel <Michal.Brasel@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 2,0 | ECTS (formy) | 2,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Zaliczone moduły: Matematyka, Metody matematyczne automatyki i robotyki, Podstawy automatyki i robotyki, Sygnały i systemy dynamiczne, Teoria sterowania |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Poznanie związków (zależności analitycznych i numerycznych) pomiędzy opisami liniowych układów dynamicznych (SISO i MIMO) w dziedzinach czasowych i operatorowych. |
| C-2 | Poznanie sposobów wyznaczania wielomianowych postaci ułamkowych (MFD) wymiernych macierzy transmitancji w dziedzinach operatorowych poprzez kanoniczne postacie równań stanu Luenbergera-Brunovsky'ego i Hessenberga oraz na podstawie macierzy transmitancji zadanych w postaci wymiernej. |
| C-3 | Poznanie metod syntezy (klasycznych) układów sterowania optymalnego LQR/LQG i modalnego w dziedzinach czasowych i operatorowych, przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu. |
| C-4 | Poznanie dynamicznych i statycznych właściwości układów regulacji stałowartościowej, ciągłej i dyskretnej, z użyciem wielowymiarowych regulatorów modalnych i optymalnych LQR/LQG. |
| C-5 | Nabycie umiejętności praktycznej implementacji klasycznych układów sterowania modalnego i optymalnego. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Synteza układów sterowania modalnego w dziedzinie czasu ciągłego. Badanie wpływu doboru biegunów układu zamkniętego na jakość sterowania | 2 |
| T-L-2 | Synteza układów sterowania modalnego w dziedzinie czasu dyskretnego. Badanie wpływu doboru biegunów układu zamkniętego oraz czasu próbkowania na jakość sterowania. Synteza i badanie układu sterowania deat beat'owego | 2 |
| T-L-3 | Synteza obserwatorów stanu dla układów dynamicznych ciągłych i/lub dyskretnych | 2 |
| T-L-4 | Synteza obserwatorów stanu rozszerzonego i ich zastosowanie w układach regulacji | 2 |
| T-L-5 | Synteza układów sterowania LQ-optymalnego w dziedzinie czasu ciągłego/dyskretnego. Badanie wpływu doboru macierzy wagowych optymalizownego kryterium jakości na przebiegi wyjściowe układu sterowania | 2 |
| T-L-6 | Regulacja stałowartościowa LQ-I z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Synteza obserwatora Luenbergera pełnego rzędu. Synteza regulatora dynamicznego LQ-I zbudowanego na bazie obserwatora | 2 |
| T-L-7 | Regulacja stałowartościowa LQG w obecności niemierzalnych zakłóceń stochastycznych. Synteza i badane układu regulacji stałowartościowej z filtrem Kalmana | 2 |
| T-L-8 | zaliczenie | 1 |
| 15 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Projektowanie układów sterowania modalnego PP (Pole Placement) z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu dla układów ciągłych i dyskretnych (DeatBeat) | 4 |
| T-W-2 | Obserwatory stanu pełnego rzędu dla obiektów ciągłych i dyskretnych; ESO Extended State Observers; HGO high gain observers, ADRC active disturbance rejection control | 2 |
| T-W-3 | Zasada optymalności Bellmana; LQ Linear Quadratic problem; Filtr Kalmana (rekursywny, stacjonarny); LQG Linear Quadratic Gaussian problem | 5 |
| T-W-4 | Synteza układów sterowania optymalnego LQR/LQG; Zastosowanie regulatorów (kompensatorów) optymalnych LQR/LQG i modalnych w układach regulacji stałowartościowej; kompensacja statycznych odchyłek regulacji stałowartościowej w układzie zamknięto-otwartym. | 2 |
| T-W-5 | Podstawy MPC | 2 |
| 15 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | uczestnictwo w zajęciach | 15 |
| A-L-2 | przygotowanie raportów z realizacji ćwiczeń | 8 |
| A-L-3 | konsultacje | 2 |
| 25 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w wykładach | 15 |
| A-W-2 | Uzupełnianie wiedzy z literatury | 8 |
| A-W-3 | egzamin | 2 |
| 25 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Metody podające: wykład informacyjny, opis, objaśnienie. |
| M-2 | Metody aktywizujące: dyskusja dydaktyczna. |
| M-3 | Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia laboratoryjne, symulacje. |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: ocena wystawiana w trakcie cyklu zajęć laboratoryjnych na podstawie sprawozdań |
| S-2 | Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych ze złożonych sprawozdań oraz aktywności i pracy poszczególnych członków zespołu podczas realizacji ćwiczeń. |
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_C24_W01 Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania optymalnego i modalnego z liniowymi obiektami dynamicznymi. | AR_1A_W04 | — | — | C-2, C-1, C-3, C-4 | T-W-2, T-W-1 | M-1, M-2, M-3 | S-1, S-2 |
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_C24_U01 Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania modalnego i optymalnego o określonych właściwościach. | AR_1A_U05 | — | — | C-2, C-3, C-4, C-5 | T-W-2, T-W-1 | M-2, M-3 | S-1, S-2 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_1A_C24_W01 Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania optymalnego i modalnego z liniowymi obiektami dynamicznymi. | 2,0 | Student nie zna budowy podstawowych metod syntezy układów regulacji modalnej i optymalnej. Uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. |
| 3,0 | Student zna budowę i metody syntezy układów regulacji modalnej i optymalnej. Uzyskał 51-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. | |
| 3,5 | Student zna budowę i metody syntezy układów regulacji modalnej i optymalnej. Uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. | |
| 4,0 | Student zna budowę i metody syntezy układów regulacji modalnej i optymalnej. Uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. | |
| 4,5 | Student zna budowę i metody syntezy układów regulacji modalnej i optymalnej. Uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. | |
| 5,0 | Student zna budowę i metody syntezy układów regulacji modalnej i optymalnej. Uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_1A_C24_U01 Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania modalnego i optymalnego o określonych właściwościach. | 2,0 | Student nie potrafi zastosować podstawowych sposoby syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej i modalnej. Uzyskał poniżej 50% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. |
| 3,0 | Student poprawnie stosuje wybrane sposoby syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej i modalnej. Uzyskał 51-60% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. | |
| 3,5 | Student poprawnie stosuje wybrane sposoby syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej i modalnej. Uzyskał 61-70% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. | |
| 4,0 | Student poprawnie stosuje wybrane sposoby syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej i modalnej. Uzyskał 71-80% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. | |
| 4,5 | Student poprawnie stosuje wybrane sposoby syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej i modalnej. Uzyskał 81-90% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. | |
| 5,0 | Student poprawnie stosuje wybrane sposoby syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej i modalnej. Uzyskał 91-100% łącznej liczby punktów z form ocen tego efektu. |
Literatura podstawowa
- Bańka S., Dworak P., Analiza i synteza dynamicznych układów MIMO w ujęciu wielomianowym, Wydawnictwo Uczelniane ZUT w Szczecinie, Szczecin, 2012
Literatura dodatkowa
- Bańka S., Sterowanie wielowymiarowymi układami dynamicznymi. Ujęcie wielomianowe, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2007
- Kaczorek T., Wektory i macierze w automatyce i elektrotechnice., Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 1998
- Dworak P., Wybrane problemy syntezy układów sterowania obiektami dynamicznymi o wielu wejsciach i wielu wyjściach., Wydawnictwo Uczelniane ZUT w Szczecinie, Szczecin, 2015