Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Sterowanie struktur dynamicznych
Course of study:
2019/2020
Code:
RAIR-2-302-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:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Part-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Sibielak Marek (sibielak@agh.edu.pl)
Module summary

Celem zajęć jest przedstawienie metod identyfikacji syntezy sterowania i optymalizacji dla mechanicznych obiektów dynamicznych. Metody przedstawiono na przykładach z zakresu układów redukcji drgań. Pozyskuje wiedzę na temat formułowania wskaźników jakości dla oceny układów sterowania. Poznaje metody syntezy regulatorów optymalnych oraz prawa sterowania.

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 wykonywać zadania oraz komunikować się w środowisku interdyscyplinarnym. AIR2A_K01 Participation in a discussion,
Involvement in teamwork
Skills: he can
M_U001 Potrafi wykorzystać wiedzę z zakresu aktywnych i pasywnych struktur dynamicznych do ich identyfikacji oraz opisu matematycznego. AIR2A_U06, AIR2A_U08 Execution of laboratory classes
M_U002 Potrafi wykorzystać wiedzę z zakresu optymalizacji do sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi. AIR2A_U06, AIR2A_U08 Report,
Execution of laboratory classes,
Project
M_U003 Potrafi dokonać implementacji algorytmów sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi oraz oceny ich efektywności w systemach czasu rzeczywistego. AIR2A_U05 Execution of laboratory classes,
Project,
Report
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Zna i rozumie pojęcia związane z problematyką aktywnych struktur dynamicznych. AIR2A_W07 Examination,
Test
M_W002 Zna i rozumie techniki modelowania, sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi. AIR2A_W07, AIR2A_W05 Examination,
Test,
Project
M_W003 Zna i rozumie metody identyfikacji i modelowania aktywnych i pasywnych struktur dynamicznych. AIR2A_W07, AIR2A_W04 Examination,
Test,
Project
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
28 14 0 8 6 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 wykonywać zadania oraz komunikować się w środowisku interdyscyplinarnym. - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Potrafi wykorzystać wiedzę z zakresu aktywnych i pasywnych struktur dynamicznych do ich identyfikacji oraz opisu matematycznego. - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi wykorzystać wiedzę z zakresu optymalizacji do sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi. - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi dokonać implementacji algorytmów sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi oraz oceny ich efektywności w systemach czasu rzeczywistego. - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna i rozumie pojęcia związane z problematyką aktywnych struktur dynamicznych. + - - + - - - - - - -
M_W002 Zna i rozumie techniki modelowania, sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi. + - - - - - - - - - -
M_W003 Zna i rozumie metody identyfikacji i modelowania aktywnych i pasywnych struktur dynamicznych. + - - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 131 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 28 h
Preparation for classes 51 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 h
Realization of independently performed tasks 30 h
Examination or Final test 2 h
Module content
Lectures (14h):

• Wprowadzenie do problematyki aktywnych struktur dynamicznych.
• Modelowanie aktywnych i pasywnych struktur dynamicznych.
• Koncepcja liniowych struktur dynamicznych o parametrach skupionych – metoda transmitancyjna.
• Koncepcja liniowych struktur dynamicznych o parametrach skupionych – metoda zmiennych stanu.
• Wskaźniki jakości i ocena efektywności sterowania w strukturach dynamicznych.
• Elementy wykonawcze i pomiarowe w aktywnych układach wibroizolacji .
• Struktury o parametrach rozproszonych. Zastosowanie metody elementów skończonych do opisu i rozwiązywania problematyki struktur dynamicznych.
• Metody badań konstrukcji dynamicznych.
• Przykłady rozwiązań i syntezy układów.

Laboratory classes (8h):

• Analiza danych pomiarowych, planowanie eksperymentu, przetwarzanie danych. Zapoznanie się z programami do analizy i raportowania danych pomiarowych.
• Modelowanie układów dynamicznych za pomocą: równań różniczkowych, transmitancji i zmiennych stanu z wykorzystaniem oprogramowania Matlab/Simulink i LabVIEW Simulation Module.
• Synteza sterowania dla liniowych struktur dynamicznych o parametrach skupionych – metoda zmiennych stanu. Sprzężenie zwrotne, metoda przesuwania biegunów, sterowanie optymalne, regulator LQG, rozwiązanie równania Ricctiego, sterowanie z wykorzystaniem obserwatora stanu, metoda filtru Kalmana, Sterowanie Modalne.
• Budowa układu sterowanie struktury w systemie czasu rzeczywistego z wykorzystaniem procesorów sygnałowych i układów FPGA.
• Elementy wykonawcze i pomiarowe dla aktywnych struktur dynamicznych. Realizacja sterowania i akwizycji danych.
• Identyfikacja modelu matematycznego dla układu laboratoryjnego i synteza sterowania.
• Modelowanie struktur dynamicznych za pomocą metody elementów skończonych.

Project classes (6h):

Modelowanie układów dynamicznych.
Formułowanie wskaźników jakości dla systemów sterowania, ze szczególnym uwzględnieniem układów redukcji drgań.
Metody synteza regulatorów optymalnych dla podstawowych zadań optymalizacji dynamicznej..

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.
  • Project classes: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Wiedza z wykładu jest sprawdzana na egzaminie.
Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego.
Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może
zostać zweryfikowane w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie
zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu
wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Student zalicza ćwiczenia projektowe na podstawie wykonanego samodzielnie projektu oraz umiejętności zastosowania wiedzy uzyskanej na wykładzie w formie ustnej lub pisemnej.
Student ma prawo do jednego zaliczenia poprawkowego na zasadach wyżej wymienionych w trakcie
pierwszej części sesji egzaminacyjnej.
Dopuszczenie do egzaminu na podstawie zaliczenia ćwiczeń projektowych i laboratoryjnych.

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.
  • Project classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Method of calculating the final grade:

Ocena z ćwiczeń laboratoryjnych (30%) + ocena kolokwium (40%) + ocena projektu (30%)

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

W przypadku braku obecności na zajęciach laboratoryjnych możliwe jest odrobienie zajęć z inną grupą. Jeżeli jest to niemożliwe dopuszczalne jest samodzielne wykonanie projektu zleconego przez prowadzącego zajęcia pod warunkiem że liczba nieobecności nie przekracza dwóch ćwiczeń.
Brak obecności na ćwiczeniach projektowych można odrobić uczestnicząc w zajęciach innej grupy.
Możliwe jest za zgodą prowadzącego wykonanie samodzielnie projektu. Po sprawdzeniu poprawności wykonania oraz weryfikacji umiejętności zastosowania wiedzy z wykładu w formie ustnej lub pisemnej uznaje się zajęcia za zaliczone.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość teorii sterowania. Wiedza o elementach stosowanych w układach automatyki.

Recommended literature and teaching resources:

1 Górecki, H. Optymalizacja i sterowanie systemów dynamicznych, Uczelniane Wydawnictwa
Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2006,
2 Kowal, J. Sterowanie drganiami. Kraków, Wyd. Gutenberg 1996
3 Kowal, J. Podstawy Automatyki. Kraków, Wydawnictwa AGH 2003
4 Meirovitch, L. Dynamics and control of structures. New York, John Wiley and Sons 1990
5 Ogata, K. Modern control engineering – Third Edition. Prentice-Hall 1997
6 Takahashi, Y., Rabins, M.J., Auslander, D.M. Sterowanie i systemy dynamiczne. Warszawa, WNT
1976

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

Application of an SMA spring for vibration screen control / Waldemar RĄCZKA, Marek SIBIELAK, Janusz KOWAL, Jarosław KONIECZNY // Journal of Low Frequency Noise Vibration and Active Control ; ISSN 1461-3484. — 2013vol. 32 no. 1&2, s. 117–131
Bench tests of slow and full active suspension in terms of energy consumption / Jarosław KONIECZNY, Janusz KOWAL, Waldemar RĄCZKA, Marek SIBIELAK // Journal of Low Frequency Noise Vibration and Active Control ; ISSN 1461-3484. — 2013 vol. 32 no. 1&2, s. 81–98.
Optimal controller for vibration isolation system with controlled hydraulic damper by piezoelectric stack / Marek SIBIELAK // Mechanical Systems and Signal Processing ; ISSN 0888-3270. — 2013 vol. 36 spec. iss. 1 Piezoelectric Technology, s. 118–126. — Bibliogr. s. 126,
Optimal control based on a modified quadratic performance index for systems disturbed by sinusoidal signals / Marek SIBIELAK, Waldemar RĄCZKA, Jarosław KONIECZNY, Janusz KOWAL // Mechanical Systems and Signal Processing ; ISSN 0888-3270. — 2015 vol. 64–65, s. 498–519
Optimal control of slow-active vehicle suspension – results of experimental data / Marek SIBIELAK, Jarosław KONIECZNY, Janusz KOWAL, Waldemar RĄCZKA, Dorota MARSZALIK // Journal of Low Frequency Noise Vibration and Active Control ; ISSN 1461-3484. — 2013 vol. 32 no. 1&2, s. 99–116.
Zrobotyzowany punkt przesypowy URB/ZS-3 – badania dołowe : [abstrakt] — Robotized setup URB/ZS-3 for transfer of minerals – underground tests : [abstract] / Krzysztof KRAUZE, Waldemar RĄCZKA, Marek SIBIELAK, Jarosław KONIECZNY // W: Mechanizacja, automatyzacja i robotyzacja w górnictwie : V międzynarodowa konferencja : Wisła, 13–15 czerwca 2018r. :
Zrobotyzowany punkt przesypowy – wyniki badań — Roboted re-loading place – tests results / Krzysztof KRAUZE, Waldemar RĄCZKA, Marek SIBIELAK, Jarosław KONIECZNY // W: Mechanizacja, automatyzacja i robotyzacja w górnictwie : IV międzynarodowa konferencja : Wisła, 21–23 czerwca 2017 r. : streszczenia referatów. — [Polska : s. n.], 2017. — S. 116.
Optimal controller for active vehicle suspension disturbed by sinusoidal signals / SIBIELAK Marek, RĄCZKA Waldemar, KONIECZNY Jarosław, KOWAL Janusz // Diffusion and Defect Data – Solid State Data. Part B, Solid State Phenomena ; ISSN 1012-0394. — 2016 vol. 248, s. 127–134. — Bibliogr. s. 133–134,

Additional information:

None