Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S2)
specjalność: Bezpieczeństwo funkcjonalne systemów przemysłowych
Sylabus przedmiotu Wielowymiarowe układy sterowania:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Automatyka i robotyka | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | drugiego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | magister inżynier | ||
| Obszary studiów | charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Wielowymiarowe układy sterowania | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Automatyki i Robotyki | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Paweł Dworak <Pawel.Dworak@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | |||
| ECTS (planowane) | 3,0 | ECTS (formy) | 3,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Teoria sterowania, w tym sposoby i formy opisów liniowych układów dynamicznych w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych, sterowanie optymalne LQ/LQG i modalne liniowymi układami dynamicznymi SISO i MIMO. |
| W-2 | Rachunek macierzowy: operacje i działania na macierzach wielomianowych. |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Poznanie właściwości i istotnych cech układów wielowymiarowych MIMO. |
| C-2 | Poznanie zasad i sposobów statycznego oraz dynamicznego odsprzęgania układów MIMO. |
| C-3 | Poznanie wymagań i sposobów projektowania układów (manualnego) sterowania obiektami MIMO w pętli otwartej. |
| C-4 | Poznanie wymagań i sposobów projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania modalnego z pełnym, dynamicznym odsprzęgnięciem. |
| C-5 | Zdobycie umiejętności projektowania układów odsprzęgnietych statycznie i/lub dynamicznie dla celów manualnego sterowania obiektami MIMO. |
| C-6 | Zdobycie umiejętności projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania obiektami MIMO. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| projekty | ||
| T-P-1 | Analiza działania i określenie wymagań funkcjonalnych układu sterowania dla wybranego obiektu dynamicznego MIMO. | 5 |
| T-P-2 | Synteza układu sterowania, implementacja opracowanych algorytmów sterowania w wybranym środowisku. | 10 |
| T-P-3 | Badania symulacyjne i eksperymentalne, walidacja poprawności działania opracowanych algorytmów sterowania. | 10 |
| T-P-4 | Raportowanie postępów prac i prezentacja wyników projektu. | 6 |
| 31 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Analiza i synteza wielowymiarowych układów dynamicznych MIMO w ujęciu wielomianowym: wielomianowe postacie ułamkowe (MFD) wymiernych macierzy transmitancji i sposoby ich wyznaczania, synteza układów sterowania optymalnego LQR/LQG z niedostępnym wektorem stanu obiektu, projektowanie układów sterowania modalnego PP (Pole Placement) z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Zastosowanie wielowymiarowych regulatorów modalnych w układach regulacji adaptacyjnej. | 4 |
| T-W-2 | Ważniejsze cechy i zagadnienia związane ze sterowaniem układami MIMO. Metody analizy struktury układów MIMO. Sterowanie układami MIMO w pętli otwartej (open-loop control). Odsprzęganie statyczne i dynamiczne układów MIMO. Metody odsprzęgania statycznego. Rodzaje i sposoby odsprzęgania dynamicznego (trójkątne, blokowe i diagonalne). Odsprzęganie w układach TITO. Uniwersalny algorytm dynamicznego odsprzęgania, z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu, w ujęciu wielomianowym. | 7 |
| T-W-3 | Projektowanie automatycznych układów sterowania wielofunkcyjnego z dynamicznym odsprzęganiem. Ważniejsze cechy i struktura układów wielofunkcyjnych MCS (Multipurpose Control Systems). Zasada "modelu wewnętrznego". Uniwersalny algorytm syntezy układów ciągłych i dyskretnych MCS. Analiza właściwości układów wielofunkcyjnych MCS. | 4 |
| 15 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| projekty | ||
| A-P-1 | Uczestnictwo w zajęciach i samodzielne rozwiązywanie analizowanego problemu | 31 |
| A-P-2 | Przygotowanie raportów z realizacji kolejnych etapów prac projektowych oraz przygotowania raportu końcowego | 17 |
| A-P-3 | Konsultacje | 2 |
| 50 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Udział w zajęciach | 15 |
| A-W-2 | Egzamin | 2 |
| A-W-3 | Studiowanie literatury. Przygotowanie do egzaminu. | 8 |
| 25 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny |
| M-2 | Wykład problemowy |
| M-3 | Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: Oceny wystawiane na podstawie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń |
| S-2 | Ocena podsumowująca: Ocena na podstawie egzaminu pisemnego i ustnego. |
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_2A_C03_W01 Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i teorii systemów dotyczacą sterowania wielowymiarowymi układami dynamicznymi MIMO. | AR_2A_W03 | — | — | C-1, C-2, C-3, C-4, C-5, C-6 | T-P-1, T-P-3, T-P-2, T-W-1, T-W-3, T-W-2 | M-1, M-2, M-3 | S-2, S-1 |
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_2A_C03_U01 Potrafi wykorzystać pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów do analizy i syntezy układu sterowania obiektem MIMO. | AR_2A_U03 | — | — | C-5, C-6 | T-P-1, T-P-3, T-P-4, T-P-2, T-W-1, T-W-3, T-W-2 | M-1, M-2, M-3 | S-2, S-1 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_2A_C03_W01 Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i teorii systemów dotyczacą sterowania wielowymiarowymi układami dynamicznymi MIMO. | 2,0 | Nie zna podstawowych właściwości i istotnych cech układów wielowymiarowych MIMO. |
| 3,0 | Zna podstawowe właściwości i istotne cech układów wielowymiarowych MIMO. Zna definicje i cele statycznego oraz dynamicznego odsprzęgania. | |
| 3,5 | Zna wybrane metody analizy obiektów MIMO. Zna proste metody statycznego i dynamicznego odsprzęgania dla obiektów TITO. | |
| 4,0 | Zna metody analizy obiektów MIMO prezentowane na wykładach. Zna metody statycznego i dynamicznego odsprzęgania dla obiektów MIMO. Zna wymagania sposoby projektowania układów (manualnego) sterowania obiektami MIMO w pętli otwartej. | |
| 4,5 | Zna metody analizy obiektów MIMO prezentowane na wykładach. Zna metody statycznego i dynamicznego odsprzęgania dla obiektów MIMO. Zna wymagania sposoby projektowania układów (manualnego) sterowania obiektami MIMO w pętli otwartej. Zna zasady projektowania wielofunkcyjnych układów automatycznego sterowania modalnego z pełnym, dynamicznym odsprzęgnięciem. | |
| 5,0 | Umie sformułować warunki, które powinien spełniać wielowymiarowy układ dynamiczny MIMO przed jego odsprzęgnięciem. Umie sformułować wymagania stawiane układom sterowania wielofunkcyjnego MCS i zna algorytm projektowania układów sterowania wielofunkcyjnego MCS z pełnym dynamicznym odsprzęgnięciem. |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| AR_2A_C03_U01 Potrafi wykorzystać pogłębioną wiedzę z teorii sterowania i systemów do analizy i syntezy układu sterowania obiektem MIMO. | 2,0 | Nie potrafi dokonać podstawowej analizy struktury układu MIMO |
| 3,0 | Potrafi dokonać podstawowej analizy struktury układu MIMO wykorzystując do tego wybrane metody analizy , np. macierz względnych wzmocnień RGA (Relative Gain Array) | |
| 3,5 | Potrafi wyznaczać i interpretować rózne wskaźniki analizy struktury układu MIMO. Potrafi zaprojektować prosty układ statycznego i dynamicznego odsprzęgania obiektu TITO. | |
| 4,0 | Potrafi zaprojektować układ sterowania obiektem MIMO w pętli otwartej, statycznie i/lub dynamicznie odsprzęgnięty w przypadku, gdy obiekt jest stabilny i niestabilny. Zna wymagania stawiane wielofunkcyjnym układom sterowania obiektami MIMO. | |
| 4,5 | Potrafi dokonać analizy, zaprojektować, zaimplementować i zweryfikować symulacyjnie i/lub eksperymentalnie wielofunkcyjny układ automatycznego sterowania obiektem dynamicznym MIMO. | |
| 5,0 | Potrafi dokonać analizy, zaprojektować, zaimplementować i zweryfikować symulacyjnie i/lub eksperymentalnie wielofunkcyjny układ automatycznego sterowania obiektem dynamicznym MIMO. Potrafi dokonac krytycznej analizy uzyskanych rezultatów. |
Literatura podstawowa
- Bańka S., Sterowanie wielowymiarowymi układami dynamicznymi. Ujęcie wielomianowe, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2007
- Kaczorek T., Teoria sterowania i systemów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1993
- Dworak P., Wybrane problemy syntezy układów sterowania obiektami dynamicznymi o wielu wejściach i wielu wyjściach, Wydawnictwo Uczelniane ZUT w Szczecinie, Szczecin, 2015
Literatura dodatkowa
- Kaczorek T., Zastosowanie macierzy wielomianowych i wymiernych w teorii układów dynamicznych, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok, 2004
- Goodwin G.C., Grabe A.F., Salgado M.E., Control system design, Prentice Hall, New Jersey, 2001