Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Podstawy automatyki
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RAIR-1-304-s
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:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr hab. inż, prof. AGH Snamina Jacek (snamina@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł obejmuje zagadnienia związane z różnymi sposobami opisu podstawowych układów automatyki, wyznaczaniem ich charakterystyk, badaniem stabilności tych układów oraz zastosowaniem układu regulacji.

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: - zastosowania przekształcenia Laplace'a w automatyce, - modelowania układów dynamicznych, - budowy schematów blokowych, - wyznaczania charakterystyk czasowych i częstotliwościowych, - badania stabilności układów liniowych, - budowy układów regulacji i zastosowania odpowiedniego regulatora AIR1A_W10, AIR1A_W09 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W002 Student dysponuje wiedzą umożliwiającą przeprowadzenie analizy i syntezy liniowego układu automatycznej regulacji AIR1A_W10, AIR1A_W09 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 Student posiada wiedzę w zakresie zastosowania pakietów Matlab/Simulink oraz LabVIEW do sterowania cyfrowego; wie jak dokonać akwizycji danych i zastosować odpowiedni regulator. AIR1A_W10, AIR1A_W09 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Projekt,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi: - sformułować model matematyczny układu liniowego w postaci równania ruchu, transmitancji operatorowej oraz równań stanu i równania wyjścia, - ocenić właściwości dynamiczne układów automatyki, - narysować charakterystyki czasowe i częstotliwościowe układów automatyki AIR1A_U10, AIR1A_U11 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
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
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 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
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_K02, AIR1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 Student potrafi formułować jasne i zrozumiałe argumenty podczas dyskusji z członkami swojego zespołu laboratoryjnego oraz prowadzącym zajęcia. AIR1A_K02, AIR1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaangażowanie w pracę zespołu
M_K003 Student rozumie potrzebę ciągłego doskonalenia wiedzy AIR1A_K03, AIR1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Studium przypadków ,
Zaangażowanie w pracę zespołu
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
70 28 28 14 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: - zastosowania przekształcenia Laplace'a w automatyce, - modelowania układów dynamicznych, - budowy schematów blokowych, - wyznaczania charakterystyk czasowych i częstotliwościowych, - badania stabilności układów liniowych, - budowy 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 pakietów Matlab/Simulink oraz LabVIEW do sterowania cyfrowego; wie jak dokonać akwizycji danych i zastosować odpowiedni regulator. - - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi: - sformułować model matematyczny układu liniowego w postaci równania ruchu, transmitancji operatorowej oraz równań stanu i równania wyjścia, - 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. - - + - - - - - - - -
M_K003 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 70 godz
Przygotowanie do zajęć 33 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 12 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 53 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 (28h):

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.
3) Linearyzacja statyczna i dynamiczna. Przestrzeń stanów, równania stanu i równania wyjścia. Modele obiektów w przestrzeni stanów.
4) Związki pomiędzy podstawowymi sposobami analitycznego opisu obiektów w automatyce. Opis układów za pomocą schematów strukturalnych.
5) Zasady budowy i redukcji schematów blokowych. Grafy przepływu sygnałów.
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.
12) Podstawy analizy sygnałów i układów cyfrowych. Przekształcenie Z.

Ćwiczenia audytoryjne (28h):

1) Przekształcenie Laplace’a – podstawowe definicje. Własności przekształcenia i ich zastosowanie do wyznaczania transformat Laplace’a,
2) Wykorzystanie różnych metod (np. metody rozkładu wielomianu na ułamki proste oraz metody residuów) do wyznaczania retransformat Laplace’a (oryginałów),
3) Rozwiązywanie równań różniczkowych przy pomocy przekształcenia Laplace’a,
4) Opis matematyczny elementów automatyki – Równania różniczkowe we-wy opisujące podstawowe układy fizyczne (liniowe); linearyzacja równań,
5) Opis matematyczny elementów automatyki – Transmitancja operatorowa układów SISO i MIMO,
6) Opis matematyczny elementów automatyki – Metoda zmiennych stanu (zapis równań stanu i równań wyjścia),
7) Elementy schematu blokowego, sposoby połączeń stosowane na schematach blokowych. Zasady budowy schematu blokowego,
8) Redukcja schematu blokowego. Rozwiązywanie schematu blokowego,
9) Sposoby wyznaczania charakterystyk czasowych (skokowej oraz impulsowej) podstawowych elementów automatyki,
10) Analiza częstotliwościowa układów automatyki. Sposoby wyznaczania charakterystyki amplitudowo-fazowej podstawowych elementów automatyki,
11) Sposoby wyznaczania logarytmicznej charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej oraz charakterystyki fazowo-częstotliwościowej podstawowych elementów automatyki,
12) Badanie stabilności układów automatyki. Zastosowanie różnych kryteriów oceny stabilności: Hurwitza, Nyquista i Michajłowa,
13) Układ automatycznej regulacji – jego struktura i zadania,
14) Ocena jakości regulacji – wyznaczanie uchybu statycznego; wyznaczanie uchybu regulacji.

Ćwiczenia laboratoryjne (14h):

1) Wprowadzenie do Matlaba i Simulinka,
2) Zapoznanie się z różnymi metodami rozwiązywania równań różniczkowych w Matlabie i Simulinku (symbolicznymi i numerycznymi),
3) Modelowanie matematyczne układów automatyki w Matlabie i Simulinku (równania różniczkowe we-wy, transmitancja operatorowa, równania stanu i równania wyjścia) na przykładzie silnika elektrycznego prądu stałego z magnesem trwałym. Wyznaczenie odpowiedzi czasowych silnika na różne wymuszenia,
4) Projektowanie układów automatyki w Matlabie i Simulinku (tworzenie schematów blokowych oraz wyznaczanie charakterystyk czasowych i częstotliwościowych),
5) Symulacja działania układu automatycznej regulacji w Matlabie i Simulinku. Zastosowanie różnych rodzajów regulatorów.
6) Dobór parametrów regulatorów różnymi metodami. Ocena jakości regulacji (wyznaczenie uchybu ustalonego, czasu regulacji i przeregulowania),
7) Realizacja funkcji przełączających z wykorzystaniem programu LabVIEW lub programowalnych sterowników logicznych.

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 przykłady 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. Wykorzystują przy tym wiedzę z wykładów oraz instrukcje przygotowane do zajęć. 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:
Wymagana jest obecność na ćwiczeniach audytoryjnych. Nieobecność musi być usprawiedliwiona. Warunkiem zaliczenia ćwiczeń jest czynne uczestnictwo w zajęciach, pozytywne oceny z odpowiedzi ustnych i pisemnych kolokwiów. Ocena z zajęć wynika z ocen z poszczególnych kolokwiów i ustnych odpowiedzi. Dopuszczalna jest jedna nieobecność – prowadzący zajęcia ustala wówczas formę zaliczenia.
Zaliczenia poprawkowe odbywają się przed kolejnymi terminami egzaminów na zasadach określonych przez prowadzącego.

Ćwiczenia laboratoryjne:
Wymagana jest obecność na ćwiczeniach laboratoryjnych. Nieobecność musi być usprawiedliwiona. Warunkiem zaliczenia każdego ćwiczenia prowadzonego w laboratorium jest poprawne wykonanie ćwiczenia, oraz pozytywna ocena sprawozdania. Warunkiem uzyskania zaliczenia jest dodatkowo pozytywnie zaliczony sprawdzian umiejętności rozwiązywania zadań z zakresu obowiązujących ćwiczeń w pakiecie Matlab/Simulink. Dopuszczalna jest jedna nieobecność – prowadzący zajęcia laboratoryjne ustala wówczas formę zaliczenia.
Przewidywane jest jedno zaliczenie poprawkowe w terminie określonym przez prowadzącego.

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest pozytywne zaliczenie ćwiczeń audytoryjnych i 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]

Uzyskany w ten sposób wynik jest przeliczany na ocenę końcową zgodnie z poniższą regułą:

poniżej 3,00 niedostateczny (2,0)
3,00 – 3,25 dostateczny (3,0)
3,26 – 3,75 plus dostateczny (3,5)
3,76 – 4,25 dobry (4,0)
4,26 – 4,75 plus dobry (4,5)
powyżej 4,75 bardzo dobry (5,0)

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

Na ćwiczeniach laboratoryjnych i audytoryjnych dopuszczana jest jedna nieobecność. Student jest zobowiązany nadrobić braki na podstawie literatury, notatek oraz pomocy prowadzącego zajęcia w ramach konsultacji. Ostateczną formę odrobienia nieobecności ustala prowadzący zajęcia. Nieobecność na trzech lub większej ilości zajęć trwających przez cały semestr skutkuje brakiem zaliczenia ćwiczeń.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

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

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. TAKAHASHI Y., RABINS M.J. – Sterowanie i systemy dynamiczne, WNT, Warszawa 1976;
14. URBANIAK A. – Podstawy Automatyki, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2001;

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1) Complex vibration modes in magnetorheological fluid-based sandwich beams / Mateusz ROMASZKO, Bogdan SAPIŃSKI, Jacek SNAMINA // Composite Structures ; ISSN 0263-8223. — 2018 vol. 204, s. 475–486. — Bibliogr. s. 485–486, Abstr.. — Publikacja dostępna online od: 2018-07-19. — tekst: https://www-1sciencedirect-1com

2) Identification of complex shear modulus of MR layer placed in three-layer beam. Pt. 1, Finite element / Mateusz ROMASZKO, Jacek SNAMINA // W: Mechatronics, robotics and control / ed. A. Kot. — Switzerland : Trans Tech Publications, cop. 2015. — (Applied Mechanics and Materials ; ISSN 1660-9336 ; vol. 759). — ISBN: 978-3-03835-466-6. — S. 1–13. Publikacja dostępna online od: 2015-05-18. — tekst: http://www.scientific.net.atoz.wbg2.bg.agh.edu.pl/AMM.759.1.pdf

3) Automotive vehicle engine mount based on an MR squeeze-mode damper: modeling and simulation / Bogdan SAPIŃSKI, Jacek SNAMINA // Journal of Theoretical and Applied Mechanics ; ISSN 1429-2955. — 2017 vol. 55 iss. 1, s. 377–388. — Bibliogr. s. 387–388

4) Możliwości zastosowania zaawansowanych algorytmów sterowania dla nieliniowych układów hydraulicznych (Advanced control algorithms for nonlinear hydraulic system): Agata NAWROCKA, Hydraulika i Pneumatyka; ISSN 1505-3954. — 2010 R. 30 nr 3, s. 26–29.

5) Adaptive control for robot manipulator: Agata NAWROCKA, Marcin NAWROCKI, Andrzej KOT, 12th conference on Active noise and vibration control methods MARDiH : Krakow – Krynica Zdroj, Poland, 08–11 June 2015: proceedings / ed. Marcin Apostoł; AGH University of Science and Technology. Faculty of Mechanical Engineering and Robotics. Department of Process Control, Committee on Mechanics of the Polish Academy of Science. — [Kraków] : AGH University of Science and Technology. Department of Process Control, 2015. — ISBN: 978-83-64755-08-8. — S. 17

6) Control in Electrodynamic Linear Systems: Andrzej KOT, Roman ORNACKI, International Carpathian Control Conference – ICCC’2006, Rožnov pod Radhoštěm, Czech Republic, May 29–31, 2006,

7) Stanowisko do badań sterowanych układów redukcji drgań (Stand used to testing systems of vibration control): Jarosław KONIECZNY, Roman ORNACKI, Janusz PLUTA, 6th Conference on Active Noise and Vibration Control Methods MARDiH’2003, Cracow, May 7–9, 2003.

Informacje dodatkowe:

Informacje organizacyjne o przebiegu i harmonogramie ćwiczeń tablicowych i laboratoriów a także Informacje dotyczące organizacji egzaminu znajdują się na stronie internetowej przedmiotu.