Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Podstawy Automatyki 1
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EAiR-1-307-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Automatyka i Robotyka
Semestr:
3
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Oprzędkiewicz Krzysztof (kop@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Celem przedmiotu jest przekazanie wiedzy i umiejętności z zakresu podstawowej analizy oraz zasad projektowania zamkniętego układu regulacji dla typowych obiektów regulacji opisanych modelem w postaci transmitancji operatorowej.

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 i rozumie pojęcia związane z automatyką AiR1A_W02 Kolokwium
M_W002 Zna modele transmitancyjne podstawowych obiektów dynamicznych i ich praktyczne przykłady AiR1A_W02 Kolokwium
M_W003 Dysponuje wiedzą z zakresu metod badania stabilności obiektów i układów sterowania AiR1A_W02 Kolokwium
M_W004 Dysponuje wiedzą z zakresu inżynierskich metod oceny jakości regulacji AiR1A_W02 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi opisać zachowanie się obiektu regulacji i układu sterowania w dziedzinie czasu i częstotliwości AiR1A_U07, AiR1A_U05, AiR1A_U03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium
M_U002 Potrafi zaprojektować poprawnie działający układ regulacji automatycznej. AiR1A_U05, AiR1A_U03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Kolokwium
M_U003 Potrafi praktycznie stosować zaawansowane narzędzia programistyczne wspomagające projektowanie systemów automatyki (np. MATLAB/SIMULINK). AiR1A_U01, AiR1A_U07, AiR1A_U03 Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Zna rolę systemów sterowania i automatyki we współczesnej rzeczywistości AiR1A_K03, AiR1A_K02 Kolokwium
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 28 0 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 i rozumie pojęcia związane z automatyką + + - - - - - - - - -
M_W002 Zna modele transmitancyjne podstawowych obiektów dynamicznych i ich praktyczne przykłady + + - - - - - - - - -
M_W003 Dysponuje wiedzą z zakresu metod badania stabilności obiektów i układów sterowania + + - - - - - - - - -
M_W004 Dysponuje wiedzą z zakresu inżynierskich metod oceny jakości regulacji + + - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi opisać zachowanie się obiektu regulacji i układu sterowania w dziedzinie czasu i częstotliwości + - - - - - - - - - -
M_U002 Potrafi zaprojektować poprawnie działający układ regulacji automatycznej. + - - - - - - - - - -
M_U003 Potrafi praktycznie stosować zaawansowane narzędzia programistyczne wspomagające projektowanie systemów automatyki (np. MATLAB/SIMULINK). + - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Zna rolę systemów sterowania i automatyki we współczesnej rzeczywistości + - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 140 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 godz
Przygotowanie do zajęć 56 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 28 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):

1.Podstawowe pojęcia związane z automatyką
obiekt i układ regulacji, proces technologiczny, typy systemów sterowania stosowanych w praktyce i obszary ich zastosowań.
2.Podstawowe własności obiektów regulacji
Własności statyczne obiektu: charakterystyka statyczna i punkt pracy. Typowe nieliniowości występujące w praktyce. Linearyzacja statyczna. Opis dynamiki obiektu regulacji z wykorzystaniem równań różniczkowych. Linearyzacja dynamiczna.
3.Transmitancja operatorowa i charakterystyki czasowe obiektów regulacji.
Pojęcie transmitancji operatorowej. Wyznaczanie transmitancji operatorowej na podstawie równania dynamiki obiektu i na podstawie odpowiedzi czasowej obiektu. Transmitancje typowych obiektów. Charakterystyki czasowe obiektów i metody analityczne i doświadczalne ich wyznaczania. Algebra schematów blokowych. Transmitancja zastępcza i metody wyznaczania jej parametrów na podstawie odpowiedzi skokowej obiektu regulacji.
4.Transmitancja widmowa i charakterystyki częstotliwościowe obiektów regulacji.
Pojęcie transmitancji widmowej i jej związek z transmitancją operatorową. Typy charakterystyk częstotliwościowych i związki pomiędzy nimi. Charakterystyki częstotliwościowe podstawowych obiektów dynamicznych i metody analityczne i doświadczalne ich wyznaczania.
5.Zamknięty układ regulacji z regulatorem PID
Budowa i działanie zamkniętego układu regulacji. Zadania sterowania realizowane w praktyce. Algorytm regulacyjny PID. Sens stosowania poszczególnych części, równanie i parametry regulatora, transmitancja operatorowa i widmowa oraz charakterystyki czasowe i częstotliwościowe regulatora.
6.Stabilność liniowych obiektów i układów regulacji
Pojęcie stabilności i stabilności asymptotycznej. Warunki stabilności obiektów liniowych opisanych transmitancją operatorową. Algebraiczne kryteria stabilności. Kryterium Nyquista i zapasy stabilności.
7.Wskaźniki jakości regulacji.
Jakość statyczna i dynamiczna układu regulacji. Uchyby ustalone. Ocena jakości dynamicznej na podstawie przebiegów czasowych. Bezpośrednie wskaźniki jakości regulacji. Całkowe wskaźniki jakości regulacji i ich wyznaczanie analityczne. Zastosowanie wzorów analitycznych na wskaźniki całkowe do optymalizacji parametrycznej układu regulacji.
8.Układy dyskretne
Elementy niezbędne do sterowania obiektem ciągłym z wykorzystaniem dyskretnego regulatora. Transformata „z”, równanie różnicowe i transmitancja dyskretna. Przejście od transmitancji ciągłej do dyskretnej. Warunki i kryteria stabilności systemów dyskretnych. Zasady doboru okresu próbkowania.
9.Układy regulacji z liniowym obiektem i nieliniowym regulatorem
Układy z liniowym obiektem regulacji i statycznym, nieliniowym regulatorem. Funkcja opisująca i wykres krytyczny elementu nieliniowego wraz z przykładami dla typowych elementów. Twierdzenia o stabilności systemów sterowania tej klasy: uogólnienie kryterium Nyquista oraz twierdzenie Popova. Układ regulacji II położeniowej współpracujący ze statycznym i astatycznym obiektem z opóźnieniem.

Ćwiczenia audytoryjne (28h):

Podczas ćwiczeń tablicowych są analizowane następujące zagadnienia:
-analityczne wyznaczanie odpowiedzi skokowych i impulsowych dla układów opisanych transmitancją operatorową.
-analityczne wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych Nyquista i Bodego.
-algebra schematów blokowych.
-algebraiczne kryteria stabilności: kryterium Hurwitza i Routha.
-częstotliwościowe kryterium stabilności: kryterium Nyquista.
-analiza zamkniętego układu regulacji: uchyby ustalone, stabilność, zapasy stabilności, wzmocnienie krytyczne, obszary stabilności na płaszczyźnie parametrów regulatora, synteza regulatora w celu zapewnienia założonych własności układu zamkniętego.
-układy dyskretne: wyznaczanie transmitancji układu dyskretnego dla układu opisanego transmitancją ciągłą, analiza stabilności systemów dyskretnych.

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: Zadania rozwiązywane na ocenę przy tablicy pod nadzorem prowadzącego. W razie potrzeby dodatkowe informacje są udzielane podczas konsultacji.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zaliczenie wykładu: na ostatnim wykładzie jest kolokwium (3 otwarte pytania z tych zagadnień na wykładzie, które nie były analizowane podczas ćwiczeń rachunkowych). Ocena z kolokwium musi być pozytywna. Nieusprawiedliwiona nieobecność na kolokwium wykładowym skutkuje oceną 2.0. Przewiduje się JEDNO kolokwium poprawkowe z wykładu.

Ocena z ćwiczeń rachunkowych jest wystawiana na podstawie ilości punktów “zebranych” przez studenta podczas zajęć (odpowiedzi przy tablicy+kolokwia), przy czym skala ocen jest ustalana zgodnie z regulaminem studiów w AGH przy następujących założeniach dodatkowych:
-Nieobecność na kolokwium daje ocenę 0.0 punktów.
-Minimalna ilość punktów na ocenę 3.0 (dst) jest równa 1.5.
-W przypadku “zebrania” mniej niż 0.5 punktu nie ma możliwości uzyskania oceny pozytywnej (przedmiot do odrobienia w następnym roku).
W przypadku “zebrania” od 0.6 do 1.4 punktu brakujące punkty można uzupełnić podczas kolokwium poprawkowego. Przewiduje się JEDNO kolokwium poprawkowe pod koniec semestru.
Ocena 5.0 (bdb) jest wystawiana od 2.8 punktu “w górę”.

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 nie jest dozwolona.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Podczas zajęć studenci samodzielnie rozwiązują na tablicy zadania podane przez prowadzącego wcześniej. Rozwiązanie jest oceniane na trzy oceny: plus, kropka i minus. Każdy plus zwiększa pulę punktów na zaliczenie o 0.1, kropka ma wagę 0.0, a minus zmniejsza pulę punktów o 0.1. Dodatkowo podczas zajęć są organizowane trzy krótkie kolokwia (około 20 minut) pod koniec zajęć. Kolokwia są zapowiedziane i obejmują uprzednio przerobiony materiał. Za każde kolokwium można otrzymać maksymalnie 1 punkt z kwantyzacją co 0.1 punktu.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa jest średnią arytmetyczną ocen z wykładu i ćwiczeń, przy czym obie te oceny muszą być pozytywne.

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

Maksymalna liczba nieobecności na zajęciach jest zgodna z regulaminem studiów w AGH. Materiał przerabiany na opuszczonych zajęciach można uzupełnić poprzez samodzielne rozwiązanie zadań, które były rozwiązywane na zajęciach podczas nieobecności.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Znajomość równań różniczkowych, transformaty Laplace’a, liczb zespolonych oraz podstaw rachunku macierzowego.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1 Byrski W. „Obserwacja i sterowanie w systemach dynamicznych” wyd. AGH 2007,
2 Kowal J. „Podstawy Automatyki” wyd. AGH 2002,
3 Sokół M. „Podstawy automatyki. Materiały pomocnicze do ćwiczeń laboratoryjnych” wyd. AGH 2005.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Discrete, fractional order, cancellation controller. Pt. 1, Idea and simulations / Krzysztof OPRZĘDKIEWICZ, Łukasz WIĘCKOWSKI, Maciej PODSIADŁO // W: Automation 2019 : progress in automation, robotics and measurement techniques / eds. Roman Szewczyk, Cezary Zieliński, Małgorzata Kaliczyńska. — Cham : Springer Nature Switzerland, cop. 2020. — (Advances in Intelligent Systems and Computing ; ISSN 2194-5357 ; vol. 920). — ISBN: 978-3-030-13272-9 ; e-ISBN: 978-3-030-13273-6. — S. 27–38. — Bibliogr. s. 36–38, Abstr.. — Publikacja dostępna online od: 2019-02-16

The practical stability of the discrete, fractional order, state space model of the heat transfer process / Krzysztof OPRZĘDKIEWICZ, Edyta Gawin // Archives of Control Sciences ; ISSN 1230-2384. — 2018 vol. 28 no. 3, s. 463–482. — Bibliogr. s. 480–482. — tekst: http://journals.pan.pl/dlibra/publication/124712/edition/108831/content

Sample time optimization for the discrete approximation of the fractional order Charef transfer function / Krzysztof OPRZĘDKIEWICZ, Klaudia DZIEDZIC // W: MMAR 2018 : 23\textsuperscript{rd} international conference on Methods and Models in Automation and Robotics : 27–30 August 2018, Międzyzdroje, Poland : abstracts. — Szczecin : ZAPOL Sobczyk Sp.j., 2018. — ISBN: 978-83-7518-876-9. — S. 18. — Pełny tekst na Dysku Flash. — S. 7–12. — Wymagania systemowe: Adobe Reader. — Bibliogr. s. 12, Abstr. — ISBN: 978-1-5386-4324-2

Informacje dodatkowe:

Brak