Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Sterowanie ciągłe
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RAIR-1-404-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Automatyka i Robotyka
Semestr:
4
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr inż. Oprzędkiewicz Iwona (o_iwona@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł obejmuje zagadnienia umożliwiające nabycie wiedzy ze sterowaniem układów jednowymiarowych liniowych i nieliniowych bez opóźnienia i z opóźnieniem. Studenci nabywają umiejętności z modelowania obiektów rzeczywistych w oparciu o ich charakterystyki, poznają zasady doboru regulatorów, metody wyznaczania ich nastaw i potrafią się nimi posługiwać rozwiązując zadania projektowe, potrafią przeprowadzić analizę i syntezę różnych układów 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 Zna własności układów regulacji bez i z opóźnieniem: uchyb statyczny, przeregulowanie, czas regulacji, pojęcia stabilności i zapasów stabilności, opóźnienia krytycznego itd. AIR1A_W10, AIR1A_W11 Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Zna szczegółowo pojęcia związane z układami regulacji tj: występujące sygnały, obiekty, regulatory. AIR1A_W10 Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_W003 Zna metody korekcji układów z regulatorami przekaźnikowymi (dwu i trójpołożeniowymi) oraz układy z tachometrycznym sprzężeniem zwrotnym. AIR1A_W10 Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_W004 Zna pojęcia związane z układami nieliniowymi: symbole graficzne członów nieliniowych, charakterystyki podstawowych członów nieliniowych, zasady przekształcania schematów blokowych. Zna podstawy analizy i syntezy układów nieliniowych. AIR1A_W10 Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_W005 Zna podstawy syntezy parametrycznej regulatorów bez i z opóźnieniem. Zna metody doboru nastaw regulatorów: Zieglera-Nicholsa, stabilności aperiodycznej, kryterium amplitudy rezonansowej, dominujących stałych czasowych, mgp itp. Zna metody aproksymacji obiektów wyższego rzędu za pomocą modeli zawierających opóźnienie. AIR1A_W10, AIR1A_W09, AIR1A_W07 Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi przeprowadzić syntezę parametryczną zadanego układu regulacji. Potrafi zastosować właściwą metodę korekcji układu, dobrać odpowiedni typ regulatora i jego nastawy aby zrealizować postawiony cel korekcji układu regulacji. AIR1A_U10, AIR1A_U07 Wynik testu zaliczeniowego,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Potrafi przeprowadzić analizę zadanego układu regulacji: ocenić właściwości statyczne i dynamiczne układu, wyznaczyć zapasy stabilności. AIR1A_U10, AIR1A_U07, AIR1A_U11 Wynik testu zaliczeniowego,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U003 Potrafi wyznaczyć i zinterpretować charakterystyki statyczne i dynamiczne członów z opóźnieniem. Potrafi aproksymować obiekt wyższego rzędu za pomocą modeli zawierających opóźnienie. Potrafi ocenić stabilność układów z opóźnieniem i skorygować zadany układ wprowadzając odpowiedni regulator ( PID, predyktor Smitha itp.). AIR1A_U09, AIR1A_U10, AIR1A_U07, AIR1A_U11 Wynik testu zaliczeniowego,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U004 Potrafi poprawnie użyć regulatory przekaźnikowe (dwu i rtójpołożeniowe) w układach regulacji. AIR1A_U10, AIR1A_U11 Wynik testu zaliczeniowego,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Przeprowadzone samodzielnie eksperymenty powinny rozbudzić potrzebę dokształcania i nauczyć systematyczności i dokładności podczas przeprowadzanych badań, a sposób sprawdzenia nabytych umiejętności (kolokwium, egzamin) powinien uświadomić konieczność samodzielności i poufności w przekazywaniu nabytej wiedzy. AIR1A_K01 Kolokwium,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Sprawozdanie,
Aktywność na zajęciach
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
56 28 0 28 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 Zna własności układów regulacji bez i z opóźnieniem: uchyb statyczny, przeregulowanie, czas regulacji, pojęcia stabilności i zapasów stabilności, opóźnienia krytycznego itd. + - + - - - - - - - -
M_W002 Zna szczegółowo pojęcia związane z układami regulacji tj: występujące sygnały, obiekty, regulatory. + - + - - - - - - - -
M_W003 Zna metody korekcji układów z regulatorami przekaźnikowymi (dwu i trójpołożeniowymi) oraz układy z tachometrycznym sprzężeniem zwrotnym. + - + - - - - - - - -
M_W004 Zna pojęcia związane z układami nieliniowymi: symbole graficzne członów nieliniowych, charakterystyki podstawowych członów nieliniowych, zasady przekształcania schematów blokowych. Zna podstawy analizy i syntezy układów nieliniowych. + - + - - - - - - - -
M_W005 Zna podstawy syntezy parametrycznej regulatorów bez i z opóźnieniem. Zna metody doboru nastaw regulatorów: Zieglera-Nicholsa, stabilności aperiodycznej, kryterium amplitudy rezonansowej, dominujących stałych czasowych, mgp itp. Zna metody aproksymacji obiektów wyższego rzędu za pomocą modeli zawierających opóźnienie. + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi przeprowadzić syntezę parametryczną zadanego układu regulacji. Potrafi zastosować właściwą metodę korekcji układu, dobrać odpowiedni typ regulatora i jego nastawy aby zrealizować postawiony cel korekcji układu regulacji. - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi przeprowadzić analizę zadanego układu regulacji: ocenić właściwości statyczne i dynamiczne układu, wyznaczyć zapasy stabilności. - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi wyznaczyć i zinterpretować charakterystyki statyczne i dynamiczne członów z opóźnieniem. Potrafi aproksymować obiekt wyższego rzędu za pomocą modeli zawierających opóźnienie. Potrafi ocenić stabilność układów z opóźnieniem i skorygować zadany układ wprowadzając odpowiedni regulator ( PID, predyktor Smitha itp.). - - + - - - - - - - -
M_U004 Potrafi poprawnie użyć regulatory przekaźnikowe (dwu i rtójpołożeniowe) w układach regulacji. - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Przeprowadzone samodzielnie eksperymenty powinny rozbudzić potrzebę dokształcania i nauczyć systematyczności i dokładności podczas przeprowadzanych badań, a sposób sprawdzenia nabytych umiejętności (kolokwium, egzamin) powinien uświadomić konieczność samodzielności i poufności w przekazywaniu nabytej wiedzy. - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 125 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 godz
Przygotowanie do zajęć 16 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 41 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):
  1. Podstawowe pojęcia związane z teorią sterowania
  2. Zapas stabilności układów regulacji
  3. Zasady budowy linii pierwiastkowych (przykłady)
  4. Własności eksploatacyjne układów regulacji
  5. Regulatory liniowe P, PI, PD, PID
  6. Podstawy syntezy parametrycznej regulatorów
  7. Metoda Z-N, kryterium S.A. i MGP
  8. Człony i obiekty z opóźnieniem skupionym
  9. Stabilność układów z opóźnieniem i krytyczny czas opóźnienia
  10. Synteza regulatorów w układach z opóźnieniem
  11. Charakterystyki statyczne członów nieliniowych
  12. Schematy blokowe układów nieliniowych
  13. Podstawy analizy i syntezy układów nieliniowych
  14. Przykłady korekcji układów nieliniowych
Ćwiczenia laboratoryjne (28h):
  1. Podstawowe zasady pracy w laboratorium

    Zapoznanie studentów ze sprzętem i zasadami korzystania z niego oraz warunkami współpracy na zajęciach z prowadzącym.

  2. Wyznaczanie zapasów stabilności układów regulacji
  3. Wyznaczanie MGP równania charakterystycznego
  4. Właściwości eksploatacyjne układów regulacji
  5. Badanie statycznych i astatycznych układów regulacji
  6. Właściwości regulatorów liniowych
  7. Kolokwium

    Kolokwium pisemne z ćwiczeń nr 1, 2, 3, 4, 5. Zadania mają charakter otwarty.

  8. Synteza parametryczna układów regulacji
  9. Dobór nastaw regulatora na podstawie analizy charakterystyki układu otwartego
  10. Charakterystyki wybranych obiektów regulacji z opóźnieniem
  11. Stabilność układów regulacji z opóźnieniem i krytyczny czas opóźnienia
  12. Wyznaczanie charakterystyk statycznych członów nieliniowych
  13. Kolokwium

    Kolokwium pisemne z ćwiczeń nr 6, 7, 8, 9, 10. Zadania mają charakter otwarty.

  14. Kolokwium zaliczeniowe
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 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:

Aby uzyskać pozytywną ocenę z laboratorium student musi spełnić jednocześnie trzy warunki :
1. pozytywne oceny z wszystkich (pisemnych) kolokwiów cząstkowych (każde można poprawiać dwa razy (pisemnie) w wyznaczonych przez prowadzącego terminach);
2. obowiązkowa obecność na laboratoriach (możliwa jedna nieobecność w semestrze);
3. wszystkie ćwiczenia (oprócz jednego w semestrze) muszą być zaliczone przez prowadzącego (bezpośrednio na laboratorium lub poprzez opracowanie sprawozdania i ustną odpowiedź na pytania związane z przebiegiem ćwiczenia).
Warunkiem dopuszczenia do egzaminu w terminie zerowym jest uzyskanie zaliczenia z laboratorium co najmniej 4,0 w pierwszym terminie.
Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie laboratorium przed przystąpieniem do egzaminu.
Wszystkie terminy egzaminów są pisemne. Zagadnienia obowiązujące na egzaminie (zarówno teoria jak i zadania rachunkowe) podane są na stronie internetowej przedmiotu.

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 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:

Ocenę końcową wystawia opiekun przedmiotu na podstawie ocen z laboratorium i pisemnego egzaminu. Jest to średnia arytmetyczna uzyskanych ocen : z zaliczenia z laboratorium (musi być pozytywna) oraz ocen z egzaminów (jedna ocena pozytywna). Nieuczestniczenie w egzaminie z powodu nieuzyskania zaliczenia z laboratorium równoznaczne jest z otrzymaniem oceny 2,0 z tego egzaminu.
(4,75; 5> bdb
(4,25; 4,75> +db
(3,75; 4,25> db
(3,25; 3,75> +dst
równa lub poniżej 3,25 dst

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

Student ma prawo raz w semestrze nie uczestniczyć w zajęciach laboratoryjnych albo nie zaliczyć jednego ćwiczenia (sprawozdania). Każdą inną nieobecność (niezależnie od powodu absencji) ma obowiązek “odrobić” na zajęciach z inną grupą (warunkiem jest wolne stanowisko podczas zajęć tej grupy). Student, który na koniec semestru ma więcej niż jedną nieobecność (po odrobieniu zajęć) nie otrzymuje zaliczenia z laboratorium.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :
  • Liczby zespolone: ich zapis, interpretacja geometryczna, działania na liczbach.
  • Proste i odwrotne przekształcenie Laplace’a oraz jego zastosowanie do rozwiązywania równań różniczkowych.
  • Klasyfikacja układów automatycznego sterowania.
  • Modele matematyczne członów i układów sterowania, funkcja przejścia i sposoby jej zapisu, klasyfikacja podstawowych członów i układów automatyki.
  • Charakterystyki czasowe podstawowych członów, zwłaszcza przy skokowym sygnale sterującym.
  • Charakterystyki częstotliwościowe członów i układów, w szczególności amplitudowo-fazowe oraz logarytmiczne amplitudowe i fazowe.
  • Ilustracja modeli matematycznych członów i układów za pomocą schematów blokowych, zasady przekształcania schematów blokowych.
  • Stabilność układów regulacji – pojęcie stabilności i stosowane kryteria.
  • Podstawowe rodzaje macierzy, wyznacznik macierzy i jego właściwości, minory i rząd macierzy.
  • Podstawowe działania na macierzach.
  • Wartości własne i wektory własne macierzy.
  • Modelowanie członów i układów automatyki w przestrzeni stanów.
  • Podstawowa znajomość pakietu Matlab.
Zalecana literatura i pomoce naukowe:
  • Jędrzykiewicz Z.: Teoria sterowania układów jednowymiarowych. Wydawnictwa AGH. Kraków, 2007
  • Potvin A., F.: Nonlinear Control Design Toobox. The Math Works, Inc. 1994
  • Górecki H.: Analiza i synteza układów regulacji z opóźnieniem. WNT. Warszawa 1971
  • Kaczorek T.: Teoria sterowania. Tom I i II. PWN. Warszawa 1977, 1981
  • Pełczewski W.: Teoria sterowania. WNT. Warszawa 1980
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Oprzędkiewicz I., Filipowicz A.: Description of Vibrations of a Concentrating Table with an Inertial-Bumper-Drive. International Carpathian Control Conference ICCC’2002, Malenovice, Czech Republic May 27–30, 2002
2. Oprzędkiewicz I., Filipowicz A.: Modelowanie drgań stołu koncentracyjnego z napędem bezwładnościowo-odbojnikowym. PAR nr 10/2004, str.42-46.
3. Oprzędkiewicz I.: Spełnienie wymagań czasu rzeczywistego w obrębie rodziny sterowników PLC. Automatyka t. 9 z. 1–2, AGH Kraków 2005 s. 169–175.
4. Oprzędkiewicz I.: Problemy oszacowania parametrów statystycznych rozkładów czasów cyklu sterowników PLC. Przegląd Mechaniczny nr 2/2006 s. 39-43.
5. Flaga S., Oprzędkiewicz I.: Positioning system of three wheel robot – an analysis executed with use of the KAP device. International Carpathian Control Conference ICCC’2010, Eger, Hungary, pp. 263-266.

Informacje dodatkowe:
  • Obecność na laboratoriach jest obowiązkowa (dopuszczalna jedna nieobecność w ciągu semestru, pozostałe nieobecności należy odrobić z innymi grupami).
  • Wszystkie ćwiczenia laboratoryjne muszą być zaliczone (opracowanie sprawozdań lub zaliczenie na zajęciach).
  • W semestrze przewidziane są dwa kolokwia (warunkiem koniecznym zaliczenia laboratorium jest uzyskanie z każdego kolokwium oceny co najmniej -3). Ocenę z laboratorium na koniec semestru oblicza się jako średnią arytmetyczną z wszystkich ocen z kolokwiów (podstawowych i poprawkowych).
  • Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest wcześniejsze uzyskanie zaliczenia z laboratorium.
  • Egzamin jest pisemny i obejmuje zarówno zagadnienia opisowe (z wykładów), jak i zadania obliczeniowe.