Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Podstawy automatyki
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RAIR-1-303-n
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Automatyka i Robotyka
Semestr:
3
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Niestacjonarne
Prowadzący moduł:
dr inż. Stojek Jerzy (stojek@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Dostarcza informacje o podstawach automatyki, modelowaniu i badaniach układów automatyki. Pozwala na zaprojektowanie podstawowych układów regulacji wraz z doborem nastaw regulatora.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student posiada wiedzę w zakresie: - wykorzystania przekształcenia Laplace'a w automatyce, - modelowania układów dynamicznych, - budowy i przekształcania schematów blokowych, - wyznaczania charakterystyk czasowych i częstotliwościowych, - badania stabilności układów liniowych, - budowy podstawowych układów regulacji i zastosowania odpowiedniego regulatora. AIR1A_W10, AIR1A_W09, AIR1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W002 Student dysponuje wiedzą umożliwiającą przeprowadzenie analizy i syntezy liniowego układu automatycznej regulacji. AIR1A_W10, AIR1A_W09 Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
M_W003 Student posiada wiedzę w zakresie zastosowania pakietu Matlab/Simulink do modelowania podstawowych układów regulacji AIR1A_W10, AIR1A_W12 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi: - sformułować model matematyczny układu liniowego w postaci równania ruchu i transmitancji operatorowej, - ocenić właściwości dynamiczne układów automatyki, - narysować charakterystyki czasowe i częstotliwościowe układów automatyki. AIR1A_U10, AIR1A_U11 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Student potrafi: - zbudować model układu liniowego w postaci schematu blokowego, - przekształcać (rozwiązywać) schematy blokowe wyznaczając transmitancję zastępczą, - sprawdzić stabilność liniowego układu automatyki stosując wybrane kryteria. AIR1A_U10, AIR1A_U11 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaangażowanie w pracę zespołu
M_U003 Student potrafi: - dokonać analizy działania układu regulacji, - dokonać syntezy układu regulacji i dobrać parametry regulatora, - ocenić jakość statyczną i dynamiczną układu regulacji AIR1A_U10, AIR1A_U11 Zaangażowanie w pracę zespołu,
Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w grupie rozwiązując zlecone mu zadania obliczeniowe i laboratoryjne AIR1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Projekt,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 Student potrafi formułować jasne i zrozumiałe argumenty podczas dyskusji z członkami swojego zespołu laboratoryjnego oraz prowadzącym zajęcia. Student rozumie potrzebę ciągłego doskonalenia wiedzy AIR1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Sprawozdanie,
Studium przypadków ,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
34 14 12 8 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę w zakresie: - wykorzystania przekształcenia Laplace'a w automatyce, - modelowania układów dynamicznych, - budowy i przekształcania schematów blokowych, - wyznaczania charakterystyk czasowych i częstotliwościowych, - badania stabilności układów liniowych, - budowy podstawowych układów regulacji i zastosowania odpowiedniego regulatora. + + - - - - - - - - -
M_W002 Student dysponuje wiedzą umożliwiającą przeprowadzenie analizy i syntezy liniowego układu automatycznej regulacji. + + + - - - - - - - -
M_W003 Student posiada wiedzę w zakresie zastosowania pakietu Matlab/Simulink do modelowania podstawowych układów regulacji - - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi: - sformułować model matematyczny układu liniowego w postaci równania ruchu i transmitancji operatorowej, - ocenić właściwości dynamiczne układów automatyki, - narysować charakterystyki czasowe i częstotliwościowe układów automatyki. + + - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi: - zbudować model układu liniowego w postaci schematu blokowego, - przekształcać (rozwiązywać) schematy blokowe wyznaczając transmitancję zastępczą, - sprawdzić stabilność liniowego układu automatyki stosując wybrane kryteria. + + + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi: - dokonać analizy działania układu regulacji, - dokonać syntezy układu regulacji i dobrać parametry regulatora, - ocenić jakość statyczną i dynamiczną układu regulacji + + + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w grupie rozwiązując zlecone mu zadania obliczeniowe i laboratoryjne - + + - - - - - - - -
M_K002 Student potrafi formułować jasne i zrozumiałe argumenty podczas dyskusji z członkami swojego zespołu laboratoryjnego oraz prowadzącym zajęcia. Student rozumie potrzebę ciągłego doskonalenia wiedzy + + + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 175 godz
Punkty ECTS za moduł 7 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 34 godz
Przygotowanie do zajęć 42 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 82 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (14h):

1) Wprowadzenie. Rys historyczny. Klasyfikacja układów sterowania. Rodzaje sygnałów w układach sterowania.
2) Modelowanie matematyczne układów dynamicznych. Równania wejścia-wyjścia. Przekształcenie Laplace’a. Transmitancja operatorowa. Linearyzacja statyczna.
3) Związki pomiędzy podstawowymi sposobami analitycznego opisu obiektów w automatyce. Opis układów za pomocą schematów strukturalnych.
5) Zasady budowy i redukcji schematów blokowych.
6) Własności dynamiczne układów liniowych. Charakterystyki czasowe (skokowe i impulsowe) podstawowych elementów automatyki. Układy statyczne i astatyczne.
7) Analiza częstotliwościowa układów liniowych. Charakterystyki częstotliwościowe (amplitudowo-fazowa, amplitudowo-częstotliwościowa, fazowo-częstotliwościowa) podstawowych elementów automatyki .
8) Stabilność układów dynamicznych w sensie Lapunowa. Kryteria stabilności: Michajłowa, Hurwitz’a i Nyquist’a. Zapas stabilności.
9) Układ regulacji, jego zadania i struktura. Ocena jakości regulacji, dokładność statyczna, uchyb statyczny.
10) Podstawowe algorytmy sterowania: P, I, PI, PD, PID.
11) Dobór parametrów regulatorów. Synteza układów liniowych sterowania automatycznego.

Ćwiczenia audytoryjne (12h):

1. Przekształcenie Laplace’a – definicja, własności, rozkład wielomianów na ułamki proste, metoda residuów,
2. Wyznaczanie transformat i oryginałów przy zastosowaniu poznanych metod,
3. Opis matematyczny elementów automatyki – równania różniczkowe we-wy, linearyzacja równań,
4. Transmitancja operatorowa układów SISO i MIMO,
5. Budowa i redukcja schematów blokowych, wyznaczanie transformat sygnałów na schematach,
6. Charakterystyki czasowe (skokowe, impulsowe) podstawowych elementów automatyki,
7. Charakterystyki częstotliwościowe (amplitudowo-fazowa, amplitudowo-częstotliwościowa oraz fazowo-częstotliwościowa) podstawowych elementów automatyki,
8. Badanie stabilności układów automatyki.
9. Kryteria oceny stabilności: Hurwitza, Nyquista i Michajłowa,
10. Dokładność statyczna – wyliczanie uchybu statycznego,
11. Regulatory, układy automatycznej regulacji.

Ćwiczenia laboratoryjne (8h):

1. Wprowadzenie do Matlaba i Simulinka,
2. Zapoznanie się z różnymi metodami rozwiązywania równań różniczkowych w Matlabie i Simulinku (symbolicznymi i numerycznymi),
3. Modelowanie układów automatyki (na przykładzie silnika elektrycznego prądu stałego z magnesem trwałym) – wyznaczenie odpowiedzi czasowych silnika na różne wymuszenia,
4. Projektowanie układów automatyki w Matlabie i Simulinku (poznanie sposobów tworzenia liniowych modeli układów automatyki, schematów blokowych oraz wyznaczanie charakterystyk czasowych i częstotliwościowych),
5. Działanie układu automatycznej regulacji. Rodzaje regulatorów (dobór parametrów regulatorów i ocena jakości regulacji, symulacja działania układu regulacji.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia audytoryjne: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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:

Warunkiem uzyskania zaliczenia z ćwiczeń laboratoryjnych jest pozytywna ocena z kolokwium zaliczeniowego realizowanego przez studentów w formie zadań wykonywanych na komputerach. W przypadku nie zaliczenia kolokwium przewidziane są dwa terminy poprawkowe.
Warunkiem uzyskania zaliczenia z ćwiczeń audytoryjnych jest uzyskanie pozytywnych ocen z kolokwiów zaliczeniowych przeprowadzonych w sposób pisemny. W przypadku nie zaliczenia kolokwium przewidziane są dwa terminy poprawkowe dla każdego z kolokwiów.
Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen z zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych oraz ćwiczeń laboratoryjnych.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa wyliczana jest na podstawie ocen uzyskanych z egzaminu [E], ćwiczeń audytoryjnych [Cw] i laboratoriów [L], jako średnia ważona, wg wzoru:

OK = 0,5•[E] + 0,3•[Cw] + 0,2•[L]

Uzyskane w ten sposób punkty są przeliczane na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

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

Zaległości powstałe w wyniku nieobecności mogą być wyrównane przez wykonanie (opracowanie) zadania dodatkowego, którego zakres i temat ustala prowadzący w zależności od zaistniałej zaległości.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Zaliczony przedmiot: Matematyka,
Podstawowa znajomość zagadnień z przedmiotów: Fizyka, Mechanika, Elektrotechnika,
Podstawowa znajomość pakietów Matlab/Simulink.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. AWREJCEWICZ J., WODZICKI W. – Podstawy Automatyki. Teoria i przykłady, Wyd. Politechniki Łódzkiej, Łódź 2001;
2. CANNON R.H. – Dynamika Układów Fizycznych, WNT, Warszawa 1973;
3. FRANKLIN G.F., POWELL J.D. – Feedback Control of Dynamic Systems, Addison-Wesley, USA 1994;
4. GESSING R. – Podstawy Automatyki, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2001;
5. HOLEJKO D., KOŚCIELNY W., NIEWCZAS W. – Zbiór zadań z podstaw automatyki, Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1980;
6. KOŚCIELNY W. – Materiały pomocnicze do nauczania podstaw automatyki, Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2001 ;
7. KOWAL J. – Podstawy Automatyki – tom 1, UWND, Kraków 2006;
8. KOWAL J. – Podstawy Automatyki – tom 2, UWND, Kraków 2007;
9. MIKULSKI J. – Podstawy Automatyki – Liniowe Układy Regulacji, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2001;
10. OGATA K. – Modern Control Engineering, Prentice Hall International, Inc., NY 1997;
11. PEŁCZEWSKI W. – Teoria sterowania, WNT, Warszawa 1980;
12. RAVEN F. H. – Automatic Control Engineering, Mc Graw – Hill, 1988;
13. URBANIAK A. – Podstawy Automatyki, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2001;

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. J. Stojek: Zastosowanie nieparametrycznych metod analizy sygnału w ocenie stanu zużycia zespołu wirnika pompy wielotłoczkowej. Hydraulika i Pneumatyka ; ISSN 1505-3954. — 2010 R.

2. Z. Jędrzykiewicz, J. Stojek, A. Podsiadło: Identification of the pressure casting machine model with the
instrumental variable algorithm. International Carpathian Control Conference ICCC’2001: Krynica. Poland. May22-25, 2001.

3. Z. Jędrzykiewicz, J. Stojek, J. Pluta: Effect of the control signal parameters on the course of the first phase of the pressure die casting. International Carpathian Control Conference ICCC’2000. High Tatras, Podbanske. Slovakia. May 23-26, 2000.

4. Z. Jędrzykiewicz, J. Stojek, J. Pluta: Research on the properties of a hydrostatic transmission for different
efficiency models of its elements. Acta Montanistica Slovaca: ISSN 1335-1788. 1997.

5. Modelowanie obciążenia manipulatora rehabilitacyjnego — Load modeling process robot manipulator rehabilitation / Agata NAWROCKA, Karolina HOLEWA, Marcin NAWROCKI // W: Majówka Młodych Biomechaników [Dokument elektroniczny] : XI konferencja naukowa im. prof. Dagmary Tejszerskiej : Ustroń, 9–11 maja 2014. — Wersja do Windows. — Dane tekstowe. — Zabrze : Katedra Biomechatroniki. Wydział Inżynierii Biomedycznej, cop. 2014. — 1 dysk optyczny. — S. 85–86. — Wymagania systemowe: Adobe Reader ; napęd CD-ROM. — Bibliogr. s. 86

6. Modelowanie układów dynamicznych — red. Agata NAWROCKA ; Renata Dwornicka, Urszula Ferdek, Michał Kekez, Andrzej KOT, Agata NAWROCKA, Agnieszka OZGA, Leszek Radziszewski, Mateusz ROMASZKO, Jerzy STOJEK. — Kraków : Katedra Automatyzacji Procesów. Akademia Górniczo-Hutnicza, 2014. — 140 s.. — (Monografie Katedry Automatyzacji Procesów AGH w Krakowie). — Bibliogr. przy rozdz.. — ISBN: 978-83-64755-03-3

7. PID controller for hydrostatic transmission / Janusz KWAŚNIEWSKI, Agata NAWROCKA, Janusz PLUTA, Waldemar RĄCZKA, Marek SIBIELAK // W: ICCC’2003 : proceedings of 4th International Carpathian Control Conference (ICCC’2003) : 17th international conference Automated Systems of Control of Technological Processes (ASRTP’2003) : XXVIIIth seminary ASO’2003 “Instruments & control” (ASO’2003) : 5th Automatyzacja maszyn, urządzeń i procesów (APRO) : High Tatras, Slovak Republic, May 26–29, 2003 / eds. Igor Podlubný, Karol Kostúr ; SSAKI Slovak Society for Applied Cybernetics and Informatics. Faculty BERG Technical University of Košice. — Košice : TU BERG Faculty, 2003. — S. 504–507. — Bibliogr. s. 507, Abstr.

8. Wybrane zagadnienia analizy sygnałów, modelowania i sterowania w inżynierii mechanicznej i biomedycznej — [Selected issues of signal analysis, modelling and control in mechanical and biomedical engineering] / red. Stanisław FLAGA ; Andrzej Bąkowski, Józef Ciosmak, Tomasz Dziubek, Dariusz GRZYBEK, Karolina HOLEWA, Andrzej IZWORSKI, Agata NAWROCKA, Leszek Radziszewski, Paweł Turek, Wiesław WSZOŁEK. — Kraków : Katedra Automatyzacji Procesów. Akademia Górniczo-Hutnicza, 2014. — 112 s.. — (Monografie Katedry Automatyzacji Procesów AGH w Krakowie). — Bibliogr. przy rozdz.. — ISBN: 978-83-64755-06-4.

Informacje dodatkowe:

strona WWW: http://home.agh.edu.pl/pautom