Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Wielowymiarowe systemy sterowania
Course of study:
2019/2020
Code:
RAIR-2-103-AM-n
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Automatic Control and Metrology
Field of study:
Automatics and Robotics
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Part-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Apostoł Marcin (apostol@agh.edu.pl)
Module summary

Moduł obejmuje zagadnienia: modelowanie i charakterystyki wielowymiarowych układów w przestrzeni stanów, obserwację wektora stanu, syntezę algorytmów sterowania wielowymiarowymi układami.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 potrafi pracować w grupie, wspólnie wyznaczać cele pracy, dokonać podziału obowiązków, przekazywać wiedzę w celu osiągnięcia wspólnie wyznaczonego celu AIR2A_K01 Activity during classes,
Report,
Execution of laboratory classes,
Involvement in teamwork
Skills: he can
M_U001 potrafi modelować liniowe i nieliniowe wielowymiarowe układy mechaniczne, elektryczne i płynowe w przestrzeni stanów oraz potrafi badać ich sterowalność i obserwowalność AIR2A_U05, AIR2A_U02, AIR2A_U06 Activity during classes,
Test,
Report,
Execution of laboratory classes
M_U002 potrafi przeprowadzić syntezę wielowymiarowego układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od stanu oraz dokonać estymacji stanu z wykorzystaniem obserwatora Luenbergera i filtru Kalmana AIR2A_U05, AIR2A_U02, AIR2A_U06 Activity during classes,
Test,
Report,
Execution of laboratory classes
M_U003 potrafi przeprowadzić syntezę wielowymiarowego układu sterowania optymalnego LQ i LQG AIR2A_U05, AIR2A_U02, AIR2A_U06 Activity during classes,
Test,
Report,
Execution of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 ma wiedzę w zakresie opisu matematycznego liniowych i nieliniowych wielowymiarowych układów dynamicznych w przestrzeni stanów oraz w zakresie analizy macierzowej tych układów AIR2A_W07 Activity during classes,
Examination,
Test
M_W002 ma wiedzę w zakresie dekompozycji modalnej i w zakresie ruchu swobodnego oraz zna metody rozwiązywania równań stanu. AIR2A_W07 Activity during classes,
Examination,
Test
M_W003 ma wiedzę w zakresie badania sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów dynamicznych oraz w zakresie sterowania modalnego i metod estymacji wektora stanu AIR2A_W07 Activity during classes,
Examination,
Test
M_W004 ma wiedzę w zakresie sterowania optymalnego układami wielowymiarowymi oraz zna struktury odporne wielowymiarowych układów sterowania AIR2A_W07 Activity during classes,
Examination,
Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
38 20 0 18 0 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 potrafi pracować w grupie, wspólnie wyznaczać cele pracy, dokonać podziału obowiązków, przekazywać wiedzę w celu osiągnięcia wspólnie wyznaczonego celu - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 potrafi modelować liniowe i nieliniowe wielowymiarowe układy mechaniczne, elektryczne i płynowe w przestrzeni stanów oraz potrafi badać ich sterowalność i obserwowalność - - + - - - - - - - -
M_U002 potrafi przeprowadzić syntezę wielowymiarowego układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od stanu oraz dokonać estymacji stanu z wykorzystaniem obserwatora Luenbergera i filtru Kalmana - - + - - - - - - - -
M_U003 potrafi przeprowadzić syntezę wielowymiarowego układu sterowania optymalnego LQ i LQG - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 ma wiedzę w zakresie opisu matematycznego liniowych i nieliniowych wielowymiarowych układów dynamicznych w przestrzeni stanów oraz w zakresie analizy macierzowej tych układów + - + - - - - - - - -
M_W002 ma wiedzę w zakresie dekompozycji modalnej i w zakresie ruchu swobodnego oraz zna metody rozwiązywania równań stanu. + - + - - - - - - - -
M_W003 ma wiedzę w zakresie badania sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów dynamicznych oraz w zakresie sterowania modalnego i metod estymacji wektora stanu + - + - - - - - - - -
M_W004 ma wiedzę w zakresie sterowania optymalnego układami wielowymiarowymi oraz zna struktury odporne wielowymiarowych układów sterowania + - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 154 h
Module ECTS credits 6 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 38 h
Preparation for classes 18 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 18 h
Realization of independently performed tasks 78 h
Examination or Final test 2 h
Module content
Lectures (20h):
  1. Struktura opisu matematycznego liniowych i nieliniowych wielowymiarowych układów sterowania w przestrzeni stanów.
  2. Modelowanie liniowych i nieliniowych wielowymiarowych układów dynamicznych w przestrzeni stanów.
  3. Analiza macierzowa wielowymiarowych układów dynamicznych opisanych równaniami stanu.
  4. Dekompozycja modalna wielowymiarowych układów dynamicznych.
  5. Ruch swobodny oraz postacie ruchu swobodnego wielowymiarowych układów dynamicznych. Metody rozwiązywania równań stanu.
  6. Sterowalność i obserwowalność wielowymiarowych układów dynamicznych.
  7. Sterowanie modalne w układach z jednym oraz wieloma wejściami – synteza i analiza.
  8. Wielowymiarowe układy sterowania z pełnym i zredukowanym obserwatorem Luenbergera oraz filtrem Kalmana.
  9. Sterowanie optymalne wielowymiarowymi układami dynamicznymi, synteza regulatora optymalnego.
  10. Struktury odpornego sterowania dla liniowych i nieliniowych wielowymiarowych układów dynamicznych.
Laboratory classes (18h):
  1. Modelowanie liniowych wielowymiarowych układów w przestrzeni stanów – układy mechaniczne i elektryczne.
  2. Synteza i analiza wielowymiarowego układu sterowania z obserwatorem Luenbergera zredukowanego rzędu obiektem elektrycznym.
  3. Synteza i analiza wielowymiarowego układu sterowania optymalnego z regulatorem LQR obiektem mechanicznym.
  4. Synteza i analiza wielowymiarowego układu sterowania optymalnego z regulatorem LQG obiektem mechanicznym.
  5. Modelowanie nieliniowych wielowymiarowych układów w przestrzeni stanów – układy płynowe.
  6. Badanie sterowalności i obserwowalności wybranych wielowymiarowych układów mechanicznych i elektrycznych.
  7. Synteza i analiza wielowymiarowego układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od stanu obiektem mechanicznym i elektrycznym.
  8. Synteza i analiza wielowymiarowego układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od stanu i członem całkującym obiektem mechanicznym i elektrycznym.
  9. Synteza i analiza wielowymiarowego układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od stanu i obserwatorem Luenbergera pełnego rzędu obiektem mechanicznym.
Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Ćwiczenia laboratoryjne:
- ocena na zaliczenie jest to średnia arytmetyczna ocen z poszczególnych zajęć laboratoryjnych. Ocena pozytywna na zaliczenie możliwa jest tylko w przypadku gdy wszystkie oceny z poszczególnych zajęć laboratoryjnych są pozytywne. W przypadku uzyskania oceny negatywnej z jednego lub większej liczby ćwiczeń laboratoryjnych student ma prawo do dwukrotnej poprawy oceny negatywnej.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa jest to średnia arytmetyczna oceny z egzaminu i oceny z kolokwium
zaliczeniowego z laboratoriów.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Ćwiczenia laboratoryjne:
- student wyrównuje zaległości powstałe wskutek nieobecności poprzez wykonanie praktycznego zadania związanego z tematyką opuszczonych zajęć.

Prerequisites and additional requirements:

1. Rachunek macierzowy.
2. Przekształcenie Laplace’a.
3. Teoria sterowania liniowych układów jednowymiarowych w zakresie realizowanym na studiach inżynierskich na kierunku Automatyka i Robotyka.
4. Umiejętność wykorzystania pakietu MATLAB/Simulink do modelowania układów dynamicznych w zakresie realizowanym w ramach przedmiotu Podstawy Automatyki na studiach inżynierskich na kierunku Automatyka i Robotyka.
5. Modele matematyczne układów mechanicznych, elektrycznych i hydrostatycznych w zakresie realizowanym na studiach inżynierskich na kierunku Automatyka i Robotyka.

Recommended literature and teaching resources:

1. Jurkiewicz A.: Opracowanie skryptowe wykładów z teorii sterowania. AGH, 2007
2. Kaczorek T.: Teoria sterowania i systemów. Wydawnictwo Naukowe PWN, 1999
3. Ogata K.: Modern control engineering. Upper Sadlle River. Prentice Hall, 2002
4. Golnaraghi F., Kuo C. B.: Automatic Control Systems. John Wiley&Sons, 2010
5. Vincent T. L., Grantham W.J.: Nonlinear and Optimal Control Systems. John Wiley&Sons 1997

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. Jurkiewicz Andrzej, Janusz Kowal, Kamil Zając, Sky-hook control and Kalman filtering in nonlinear model of tracked vehicle suspension system, Acta Mechanica et Automatica, 2017, vol. 11(3), s. 222–228,
2. Jurkiewicz Andrzej, Janusz Kowal, Kamil Zając, Extended Kalman Filter in 2S1 Tracked Vehicle System with Hybrid Control, Solid State Phenomena, 2016, vol. 248, s. 69–76,
3. Grzybek Dariusz, LQG control of the smart truss with the piezoelectric active members, Solid State Phenomena, 2014, vol. 208, s. 125–133
4. Grzybek Dariusz, LQR control of the nodal displacements in a spatial truss with active piezoelectric members, Mechanics and Control, 2013, vol. 32, nr. 2, s. 60–68

Additional information:

None