Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Sterowanie dyskretne
Course of study:
2019/2020
Code:
RAIR-1-505-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Automatics and Robotics
Semester:
5
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Nawrocka Agata (nawrocka@agh.edu.pl)
Module summary

W ramach modułu prowadzone są zajęcia dotyczące algorytmów sterowania w dziedzinie dyskretnej. Zarówno klasycznych jak i zaawansowanych.

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 Student potrafi realizować i opracowywać powierzone zadania, samodzielnie lub w zespołach. AIR1A_K01 Report,
Execution of a project,
Execution of laboratory classes
Skills: he can
M_U001 Student potrafi zaprojektować i zrealizować dyskretny układ regulacji. Student potrafi przeprowadzić analizę i syntezę regulatorów dyskretnych. AIR1A_U12, AIR1A_U11 Examination,
Project,
Report,
Execution of a project
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student posiada podstawową wiedzę z rachunku rózniczkowego, transformaty Laplace'a oraz transformaty Z AIR1A_W01 Examination,
Execution of laboratory classes
M_W002 Student zna metody dyskretyzacji pozwalajace dokonać konwersji układów ciągłych na dyskretne AIR1A_W10, AIR1A_W09 Activity during classes,
Examination,
Execution of laboratory classes
M_W003 Student zna podstawy teoretyczne syntezy regulatorów ciągłych i dyskretnych AIR1A_W10 Examination,
Project,
Execution of laboratory classes
M_W004 Student zna zaawansowane algorytmy sterowania. AIR1A_W10, AIR1A_W07 Examination
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
52 26 0 26 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 Student potrafi realizować i opracowywać powierzone zadania, samodzielnie lub w zespołach. - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi zaprojektować i zrealizować dyskretny układ regulacji. Student potrafi przeprowadzić analizę i syntezę regulatorów dyskretnych. - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student posiada podstawową wiedzę z rachunku rózniczkowego, transformaty Laplace'a oraz transformaty Z + - - - - - - - - - -
M_W002 Student zna metody dyskretyzacji pozwalajace dokonać konwersji układów ciągłych na dyskretne + - - - - - - - - - -
M_W003 Student zna podstawy teoretyczne syntezy regulatorów ciągłych i dyskretnych + - - - - - - - - - -
M_W004 Student zna zaawansowane algorytmy sterowania. - - - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 127 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 52 h
Preparation for classes 15 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 30 h
Realization of independently performed tasks 25 h
Contact hours 5 h
Module content
Lectures (26h):

• Podział układów cyfrowych. Informacja analogowa, jej próbkowanie i kwantowanie. Twierdzenie o próbkowaniu. Metody zamiany modelu ciągłego na dyskretny.
• Elementy układów cyfrowych. Kodowanie informacji cyfrowej.
• Etapy projektowania układów cyfrowych. Układy sterowania binarnego. Modele dyskretne obiektów ciągłych.
• Struktury układów regulacji cyfrowej. Podstawowe algorytmy regulacji cyfrowej: algorytm pozycyjny PID, algorytm prędkościowy PID.
• Niekonwencjonalne algorytmy regulacji cyfrowej. Dobór parametrów algorytmów regulacji cyfrowej.
• Układy kompensacji cyfrowej, algorytm kompensacji automatycznej, układy kompensacji z predykcją zakłóceń.
• Odporne układy regulacji cyfrowej.
• Regulatory optymalne LQG.
• Układy z regulatorami rozmytymi: podstawy matematyczne, struktura regulatora, procedury fuzyfikacji, baza wiedzy, maszyna wnioskująca, procedury defuzyfikacji.
• Adaptacyjne układy regulacji cyfrowej: bezpośrednia regulacja adaptacyjna z lokowaniem zer i biegunów, regulacja adaptacyjna minimalnowariancyjna, regulacja adaptacyjna predykcyjna.
• Układy cyfrowe dla celów wizualizacji i komputerowego nadzoru procesów przemysłowych.
• Omówienie operacji arytmetycznych w notacji stało- i zmiennoprzecinkowej oraz sposoby ich realizacji na sterownikach programowalnych.

Laboratory classes (26h):

• Porównanie metod zamiany modelu ciągłego na dyskretny dostępnych w programie Matlab oraz metod analitycznych, ocena wpływu czasu próbkowania na proces dyskretyzacji obiektu inercyjnego I-go rzędu oraz oscylacyjnego.
• Elementy układów cyfrowych. Kodowanie informacji cyfrowej.
• Etapy projektowania układów cyfrowych. Układy sterowania binarnego. Modele dyskretne obiektów ciągłych.
• Struktury układów regulacji cyfrowej. Podstawowe algorytmy regulacji cyfrowej: algorytm pozycyjny PID, algorytm prędkościowy PID.
• Niekonwencjonalne algorytmy regulacji cyfrowej. Dobór parametrów algorytmów regulacji cyfrowej.
• Układy kompensacji cyfrowej, algorytm kompensacji automatycznej, układy kompensacji z predykcją zakłóceń.
• Realizacja odpornego układy regulacji cyfrowej w Matlab/Simulink, porównanie jakości regulacji z wcześniej poznanymi układami.
• Projekt regulatora optymalnego LQD z wykorzystaniem funkcji Matlaba. Ocena jakości regulacji zaprojektowanego układu.
• Układy z regulatorami rozmytymi: realizacja podstawowych operacji arytmetycznych z wykorzystaniem logiki rozmytej, projekt rozmytego regulatora PID. Praca w Toolbox Fuzzy Logic.
• Adaptacyjne układy regulacji cyfrowej: bezpośrednia regulacja adaptacyjna z lokowaniem zer i biegunów, regulacja adaptacyjna minimalnowariancyjna, regulacja adaptacyjna predykcyjna.
• Omówienie operacji arytmetycznych w notacji stało- i zmiennoprzecinkowej oraz ich realizacji na sterownikach programowalnych. Praca na stanowiskach laboratoryjnych wyposażonych w sterowniki Mitsubishi FX2N i FX3U – tworzenie i testowanie własnych programów obejmujących stało- i zmiennoprzecinkowe operacje arytmetyczne.
• Obsługa modułów przetwarzania analogowo-dyskretnego (AD) i dyskretno-analogowego (DA) sterowników programowalnych. Tworzenie i testowanie własnego programu sterowania silnikiem prądu stałego przy użyciu sterownika Mitsubishi i modułu DA. Realizacja pomiarów położenia kątowego oraz prędkości obrotowej wału silnika w sterowniku programowalnym przy użyciu enkodera.
• Badania laboratoryjne zamkniętego układu regulacji na przykładzie układu pozycjonowania wału silnika prądu stałego przy zastosowaniu regulatora P. Realizacja pomiarów sygnału sterującego oraz sygnału położenia kątowego wału silnika przy użyciu funkcji „Trace” sterownika Mitsubishi. Analiza zarejestrowanych na zajęciach odpowiedzi skokowych.
• Zapoznanie się z praktycznymi aspektami realizacji regulatora PID. Implementacja i testowanie własnego programu regulacji PID na sterowniku programowalnym. Zapoznanie się z efektem „windup” występującym w warunkach ograniczeń sygnału sterującego oraz implementacja metod „anti-windup”.
• Badania laboratoryjne układu pozycjonowania wału silnika prądu stałego przy zastosowaniu utworzonego na zajęciach programu regulacji PID. Analiza i dyskusja zarejestrowanych odpowiedzi skokowych układu zamkniętego. Zaliczenie na podstawie kolokwium oraz sprawozdania laboratoryjnego.

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:

W trakcie ćwiczeń laboratoryjnych studenci wykonują dwa projekty. Pierwszy z części teoretycznej (z 8 ćw. laboratoryjnych) a drugi z praktycznej (z 5 ćw. laboratoryjnych). Warunkiem uzyskania zaliczenia z części laboratoryjnej jest zaliczenie obu projektów oraz kolokwium z drugiej części. Ocena wyliczana jest proporcjonalnie do liczby zajęć (8*x+5*x)/13. Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest uzyskanie zaliczenia z części laboratoryjnej.
Zaliczenie poprawkowe projektu odbywa się na zasadach i w terminie ustalonym z prowadzącym ćwiczenia laboratoryjne.

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 wyliczana na podstawie oceny z ćwiczeń laboratoryjnych (40%) oraz oceny uzyskanej z egzaminu (60%)

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

Nieobecność na zajęciach może być odrobiona poprzez uczestnictwo studenta w zajęciach z inną grupą.

Prerequisites and additional requirements:

Podstawowe informacje z automatyki, teorii sterowania, znajomość programu Matlab/Simulink

Recommended literature and teaching resources:

1. Niederliński A.: Systemy komputerowe automatyki przemysłowej. Warszawa, WNT 1985.
2. Niederliński A. Mościński J.,Ogonowski Z.: Regulacja adaptacyjna. Warszawa, PWN 1995.
3. Goodwin G.: Control system design. Prentice Hall.
4. Control Design Toolkit User Manual, LabView, Wydawnictwo National Instruments, 2004.
5. Control System Toolbox. MATLAB 7.2. Wydawnictwo MathWorks, Inc., 2006.
6. Fuzzy Logic Toolbox. MATLAB 7.2. Wydawnictwo MathWorks Inc., 2006.
7. Brzózka J.: Regulatory i układy automatyki. Wydawnictwo MIKON, Warszawa 2004.

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

Wybrane zagadnienia z automatyki i robotyki / Stanisław FLAGA, Dariusz GRZYBEK, Andrzej JURKIEWICZ, Janusz KOWAL, Krzysztof LALIK, Filip Lejman, Dorota MARSZALIK, Piotr MICEK, Agata NAWROCKA, Kamil ZAJĄC. — Kraków : Katedra Automatyzacji Procesów. Akademia Górniczo-Hutnicza, 2016. — 106 s.. — (Monografie Katedry Automatyzacji Procesów AGH w Krakowie ; 19). — Bibliogr. s. 98–102. — ISBN: 978-83-64755-21-7

Neuro – fuzzy control for mobile object / Agata NAWROCKA // W: KraSyNT 2016 : Krakow Symposium on Science and Technology : Kraków Wieliczka, Poland September 26, 2016 / ed. Agata Nawrocka, Stanisław Flaga ; AGH University of Science and Technology. Faculty of Mechanical Engineering and Robotics. Department of Process Control. — Kraków : AGH University of Science and Technology. Department of Process Control, 2016. ISBN: 978-83-64755-25-5. — S. 16

Advanced control algorithms for mobile robot / Agata NAWROCKA, Marcin NAWROCKI, Andrzej KOT 18\{th} International Carpathian Control Conference : Sinaia, Romania, May 28–31, 2017 W bazie Web of Science zakres stron: 412-415

Maślanka M., Podsiadło A. The implementation of minimum-variance direct adaptive control on the PLC controller, Proc. 4th International Carpathian Control Conference (ICCC), High Tatras, Slovak Republic, May 26–29, 2003, 520–527

Additional information:

None