Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Automatyka w energetyce
Course of study:
2019/2020
Code:
SENR-1-502-s
Faculty of:
Energy and Fuels
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Energy Engineering
Semester:
5
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
dr hab. inż, prof. AGH Martynowicz Paweł (pmartyn@agh.edu.pl)
Module summary

Zakres modułu obejmuje liniowe układy automatyki, ich modelowanie, analizę czasową,częstotliwościową, przekształcanie schematów blokowych, syntezę układów automatycznej regulacji, analizę stabilności.

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 angażuje się w dyskusję z członkami zespołu rozwiązującego zlecone zadanie oraz prowadzącym i potrafi formułować swoje argumenty. ENR1A_K02 Activity during classes,
Participation in a discussion,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes,
Involvement in teamwork
M_K002 Student potrafi konstruktywnie współpracować w grupie rozwiązującej zlecone zadania obliczeniowe i ćwiczenia laboratoryjne. ENR1A_K02 Activity during classes,
Report,
Participation in a discussion,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes,
Involvement in teamwork
Skills: he can
M_U001 Student potrafi: - dokonać syntezy układu automatycznej regulacji i dobrać parametry regulatora, - analizować działanie układów automatycznej regulacji, - ocenić jakość statyczną i dynamiczną (z użyciem wskaźników oceny odpowiedzi skokowej). ENR1A_U01 Activity during classes,
Examination,
Test,
Report,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
M_U002 Student potrafi: - sformułować modele matematyczne prostych układów dynamicznych, - wyznaczyć opis liniowego obiektu ciągłego w postaci transmitancji oraz macierzowego równania stanu i wyjścia, - wyznaczyć charakterystyki czasowe i częstotliwościowe układów liniowych, - ocenić właściwości dynamiczne obiektów ciągłych. ENR1A_U01 Activity during classes,
Examination,
Test,
Report,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
M_U003 Student potrafi: - przedstawić modele układów dynamicznych w postaci schematów blokowych, - przekształcić schematy blokowe układów dynamicznych, wyznaczyć transmitancję zastępczą ukladów liniowych, - rozpoznać rodzaje układów automatycznej regulacji na podstawie schematów blokowych. ENR1A_U01 Activity during classes,
Examination,
Test,
Report,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student rozumie podstawy sterowania cyfrowego, pojęcie próbkowania, kwantyzacji i ekstrapolacji sygnału oraz wie jak zarejestrować sygnał konkretnej wielkości z wykorzystaniem systemu akwizycji danych: komputer PC, karta wejść-wyjść AC/CA i środowisko MATLAB/Simulink. ENR1A_W06 Activity during classes,
Examination,
Test,
Report,
Execution of laboratory classes
M_W002 Student posiada wiedzę w zakresie: - głównych zagadnień liniowych układów automatycznej regulacji, - podstawowych członów dynamicznych i regulatorów, ich transmitancji oraz charakterystyk czasowych i częstotliwościowych, - modelowania układów dynamicznych, - kryteriów algebraicznych i częstotliwościowych stabilności liniowych układów sterowania. ENR1A_W01 Activity during classes,
Examination,
Test,
Execution of exercises
M_W003 Student dysponuje wiedzą umożliwiającą przeprowadzenie analizy i syntezy liniowego układu automatycznej regulacji. ENR1A_W01, ENR1A_W06 Activity during classes,
Examination,
Test,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
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
60 30 15 15 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 angażuje się w dyskusję z członkami zespołu rozwiązującego zlecone zadanie oraz prowadzącym i potrafi formułować swoje argumenty. - + + - - - - - - - -
M_K002 Student potrafi konstruktywnie współpracować w grupie rozwiązującej zlecone zadania obliczeniowe i ćwiczenia laboratoryjne. - + + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi: - dokonać syntezy układu automatycznej regulacji i dobrać parametry regulatora, - analizować działanie układów automatycznej regulacji, - ocenić jakość statyczną i dynamiczną (z użyciem wskaźników oceny odpowiedzi skokowej). + + + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi: - sformułować modele matematyczne prostych układów dynamicznych, - wyznaczyć opis liniowego obiektu ciągłego w postaci transmitancji oraz macierzowego równania stanu i wyjścia, - wyznaczyć charakterystyki czasowe i częstotliwościowe układów liniowych, - ocenić właściwości dynamiczne obiektów ciągłych. + + + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi: - przedstawić modele układów dynamicznych w postaci schematów blokowych, - przekształcić schematy blokowe układów dynamicznych, wyznaczyć transmitancję zastępczą ukladów liniowych, - rozpoznać rodzaje układów automatycznej regulacji na podstawie schematów blokowych. + + + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student rozumie podstawy sterowania cyfrowego, pojęcie próbkowania, kwantyzacji i ekstrapolacji sygnału oraz wie jak zarejestrować sygnał konkretnej wielkości z wykorzystaniem systemu akwizycji danych: komputer PC, karta wejść-wyjść AC/CA i środowisko MATLAB/Simulink. + - + - - - - - - - -
M_W002 Student posiada wiedzę w zakresie: - głównych zagadnień liniowych układów automatycznej regulacji, - podstawowych członów dynamicznych i regulatorów, ich transmitancji oraz charakterystyk czasowych i częstotliwościowych, - modelowania układów dynamicznych, - kryteriów algebraicznych i częstotliwościowych stabilności liniowych układów sterowania. + - - - - - - - - - -
M_W003 Student dysponuje wiedzą umożliwiającą przeprowadzenie analizy i syntezy liniowego układu automatycznej regulacji. + - - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 130 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 h
Preparation for classes 20 h
Realization of independently performed tasks 48 h
Examination or Final test 2 h
Module content
Lectures (30h):

1. Wprowadzenie do układów automatycznego sterowania. Klasyfikacja układów sterowania automatycznego. Rodzaje sygnałów w układach sterowania.
2. Modelowanie matematyczne układów. Równania ruchu. Transmitancja operatorowa.
3. Metoda zmiennych stanu. Linearyzacja równań dynamicznych obiektów automatyki.
4. Opis układów automatyki za pomocą schematów strukturalnych. Redukcja schematów blokowych.
5. Własności dynamiczne układów liniowych. Klasyfikacja elementów automatyki. Charakterystyki czasowe.
6. Charakterystyki częstotliwościowe podstawowych elementów automatyki.
7. Układ regulacji, jego zadanie i struktura. Rodzaje regulatorów.
8. Stabilność liniowych stacjonarnych układów sterowania. Warunki stabilności. Kryteria Hurwitza, Nyquista, Michajłowa.
9. Ocena jakości liniowych układów regulacji. Dokładność statyczna. Uchyb statyczny. Jakość dynamiczna.
10. Podstawowe algorytmy sterowania P, I, PI, PD, PID.
11. Synteza liniowych układów sterowania automatycznego. Dobór parametrów regulatorów.
12. Układy przełączające. Algebra Boole’a. Funkcje logiczne. Układy kombinacyjne i sekwencyjne.
13. Synteza układów przełączających. Tablice Karnaugha.
14. Układy nieciągłego działania. Regulator dwu- i trójpołożeniowy.
15. Sterowanie cyfrowe. Podstawowe algorytmy regulacji cyfrowej.

Auditorium classes (15h):

1. Rozwiązywanie równań różniczkowych przy wykorzystaniu przekształcenia Laplace’a.
2. Opis matematyczny elementów automatyki – równania ruchu, transmitancja
operatorowa, metoda zmiennych stanu.
3. Budowa i redukcja schematów blokowych.
4. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe elementów automatyki.
5. Regulatory, układy automatycznej regulacji.
6. Dokładność statyczna – wyznaczanie uchybu statycznego.
7. Badanie stabilności układów automatyki – algebraiczne i graficzne kryteria oceny
stabilności.

Laboratory classes (15h):

1. Zapoznanie się z metodami rozwiązywania równań różniczkowych w MATLABie i
Simulinku.
2. Modelowanie układów automatyki na przykładzie silnika elektrycznego prądu
stałego z magnesem trwałym.
3. Projektowanie układów automatyki z wykorzystaniem MATLABa i Simulinka
(poznanie sposobów konwersji modeli, budowy schematów blokowych, wyznaczanie
charakterystyk czasowych i częstotliwościowych).
4. Działanie układu automatycznej regulacji (dobór parametrów regulatorów i ocena
jakości regulacji, symulacja działania układu regulacji).
5. Sterowanie jednokotłową instalacją grzewczą z niezależnymi obiegami i
podgrzewaczem pojemnościowym.
6. Projektowanie układów przełączających z wykorzystaniem programowalnych
sterowników logicznych lub środowiska LabView. Układ regulacji poziomu wody w
zbiornikach połączonych.
7. Wykorzystanie środowiska MATLAB/Simulink do realizacji układu sterowania w
czasie rzeczywistym. Model laboratoryjny układu wieża-gondola elektrowni wiatrowej z
tłumikiem dynamicznym. Wyznaczenie energii rozproszonej w ciągu jednego okresu drgań.

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.
  • Auditorium classes: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • 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 audytoryjne:
- zaliczenie w terminie podstawowym (I termin) = średnia arytmetyczna oceny z odpowiedzi ustnej oraz oceny z kolokwium zaliczeniowego; warunkiem zaliczenia tej formy zajęć w I terminie jest uzyskanie oceny 3,0 (lub wyższej) z kolokwium zaliczeniowego oraz uzyskana średnia arytmetyczna oceny z odpowiedzi ustnej oraz oceny z kolokwium zaliczeniowego równa min. 3,0,
- zaliczenie w terminach poprawkowych (II oraz III termin) = ocena z rozszerzonego poprawkowego kolokwium zaliczeniowego; warunkiem zaliczenia tej formy zajęć w II lub III terminie jest uzyskanie oceny min. 3,0 z poprawkowego kolokwium zaliczeniowego.

Ćwiczenia laboratoryjne:
- zaliczenie w terminie podstawowym (I termin) = ocena z kolokwium zaliczeniowego skorygowana w oparciu o wyniki zaliczenia poszczególnych ćwiczeń oraz aktywność Studenta na zajęciach; warunkiem zaliczenia tej formy zajęć w I terminie jest uzyskanie oceny min. 3,0 z kolokwium zaliczeniowego i zaliczenie 85% ćwiczeń (w uzasadnionych przypadkach, usprawiedliwionych zwolnieniem lekarskim, dopuszczalne jest jedno niezaliczone ćwiczenie),
- zaliczenie w terminach poprawkowych (II oraz III termin) = ocena z rozszerzonego poprawkowego kolokwium zaliczeniowego; warunkiem zaliczenia tej formy zajęć w II lub III terminie jest uzyskanie oceny min. 3,0 z poprawkowego kolokwium zaliczeniowego oraz zaliczenie 85% ćwiczeń (w uzasadnionych przypadkach, usprawiedliwionych zwolnieniem lekarskim, dopuszczalne jest jedno niezaliczone ćwiczenie).

Dopuszczenie do egzaminu – zaliczenie ćwiczeń audytoryjnych oraz ćwiczeń 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.
  • Auditorium classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • 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:

Oceny z egzaminu, kolokwiów zaliczeniowych z ćwiczeń audytoryjnych i laboratoryjnych obliczane są wg:
§ 13 SKALA OCEN,
REGULAMIN STUDIÓW PIERWSZEGO I DRUGIEGO STOPNIA AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ IM. STANISŁAWA STASZICAW KRAKOWIE.

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona:
OK = 0,35·w·E + 0,35·w·C + 0,30·w·L
przy czym E=ocena z egzaminu, C=ocena zaliczeniowa z ćwiczeń audytoryjnych, L=ocena zaliczeniowa z ćwiczeń laboratoryjnych, waga w jest równa: w=1 dla I terminu, w=0,9 dla II terminu, w=0,8 dla III terminu.

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

Ćwiczenia audytoryjne:
- odrobienie właściwego ćwiczenia w innym terminie zajęć (sposób podstawowy),
- odrobienie właściwego ćwiczenia samodzielnie na gruncie wiedzy i umiejętności zdobytych na
wykładach oraz materiałów umieszczonych na stronie internetowej przedmiotu (zakładka ‘ćwiczenia’), bądź odrobienie właściwego ćwiczenia indywidualnie lub grupowo z Prowadzącym w określonym przez niego terminie konsultacji.

Ćwiczenia laboratoryjne:
- odrobienie właściwego ćwiczenia w innym terminie zajęć (sposób podstawowy, po wcześniejszym uzgodnieniu dostępności stanowisk laboratoryjnych z Prowadzącym),
- odrobienie właściwego ćwiczenia samodzielnie na gruncie wiedzy i umiejętności zdobytych na
wykładach oraz materiałów umieszczonych na stronie internetowej przedmiotu (zakładka ‘laboratoria’), bądź odrobienie właściwego ćwiczenia indywidualnie lub grupowo z Prowadzącym w określonym przez niego terminie konsultacji lub terminie dodatkowym.

Prerequisites and additional requirements:

Zaliczenie przedmiotów: ‘Matematyka’, ‘Pakiety programu Matlab’.

Recommended literature and teaching resources:

1. Kowal J.: Podstawy Automatyki. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków,
2006/2007.
2. Awrejcewicz J., Wodzicki W.: Podstawy Automatyki – Teoria i przykłady. Wydawnictwa PŁ, Łódź, 2001.
3. Nise N. S.: Control Systems Engineering. Third edition. J. Wiley&Sons, 2000.
4. Mazurek J., Vogt H., Żydanowicz W.: Podstawy Automatyki. Oficyna wydawnicza PW, Warszawa 1996.
5. Holejko D., Kościelny W., Niewczas W.: Zbiór zadań z podstaw automatyki. Wyd. PW, Warszawa 1980.
6. Żelazny M.: Podstawy Automatyki. PWN, Warszawa 1976.

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

1. Podstawy automatyki, T. 1 / Janusz KOWAL. — Wyd. 3 popr. i poszerz.. — Kraków: AGH Uczelniane
Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, 2006.
2. Podstawy automatyki, T. 2 / Janusz KOWAL. — Wyd. 2, popr. i poszerz.. — Kraków: AGH Uczelniane
Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, 2007.
3. 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.
4. Modelowanie układów dynamicznych / red. Marcin APOSTOŁ; aut.: Joanna IWANIEC, Urszula Ferdek,
Marek IWANIEC, Stanisław KASPRZYK, Łukasz LECH, Janusz KOWAL, Krzysztof OPRZĘDKIEWICZ, Krystian
SZOPA, Kamil ZAJĄC, Andrzej JURKIEWICZ. — Kraków: Katedra Automatyzacji Procesów. Akademia
Górniczo-Hutnicza, 2015.
5. Modelowanie drgań układu maszt-gondola elektrowni wiatrowej z tłumikiem dynamicznym /
Waldemar Łatas, Paweł MARTYNOWICZ // Modelowanie Inżynierskie / Wydział Mechaniczny
Technologiczny Politechniki Śląskiej ; ISSN 1896-771X. — 2012 t. 13 nr 44, s. 187–198.
6. Study of vibration control using laboratory test rig of wind turbine tower-nacelle system with MR
damper based tuned vibration absorber / P. MARTYNOWICZ // Bulletin of the Polish Academy of
Sciences. Technical Sciences ; ISSN 0239-7528. — 2016 vol. 64 no. 2, s. 347–359.
7. Vibration control of wind turbine tower-nacelle model with magnetorheological tuned vibration
absorber / Paweł MARTYNOWICZ // Journal of Vibration and Control ; ISSN 1077-5463. — 2017 vol. 23
iss. 20, s. 3468–3489.

Additional information:

None