Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Modelowanie systemów dynamicznych
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EAiR-1-317-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:
prof. dr hab. inż. Byrski Witold (wby@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Treścią przedmiotu są metody modelowania i symulacji zachowań systemów dynamicznych opisywanych równaniami różniczkowymi liniowymi i nieliniowymi. Wiedza na temat metod modelowania jest fundamentem dla metod analizy własności systemów technologicznych i metod syntezy systemów automatyki. Na podstawie modelu można ocenić stabilność systemu otwartego i zamkniętego pętlą sprzężenia, dobrać regulator i dostroić jego parametry. Można ocenić inne własności takie sterowalność i obserwowalność stanu.

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 dynamiką procesów AiR1A_W01, AiR1A_W02 Kolokwium
M_W002 Rozumie potrzebę modelowania i możliwości jakie daje wykorzystanie modeli matematycznych AiR1A_W01, AiR1A_W02 Kolokwium
M_W003 Zna metody rozwiązywania równań różniczkowych AiR1A_W01, AiR1A_W02 Kolokwium
M_W004 Zna sposób budowy modeli i symulacji ich zachowania w odpowiedzi na różne sterowania oraz zna obsługę pakietu Matlab/Simulink. AiR1A_W01, AiR1A_W02 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Dysponuje umiejętnością zapisu matematycznego równań dla modelu konkretnego procesu. AiR1A_U05, AiR1A_U07 Aktywność na zajęciach
M_U002 Dysponuje umiejętnością upraszczania modeli do konkretnych potrzeb projektowania AiR1A_U05, AiR1A_U07 Aktywność na zajęciach
M_U003 Umie przeprowadzić analizę kształtu rozwiązania analitycznie lub symulacyjnie AiR1A_U05, AiR1A_U07 Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Zna rolę pakietów symulacyjnych we współczesnej nauce AiR1A_K03, AiR1A_K02 Aktywność na zajęciach,
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 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 i rozumie pojęcia związane z dynamiką procesów + - - - - - - - - - -
M_W002 Rozumie potrzebę modelowania i możliwości jakie daje wykorzystanie modeli matematycznych + - - - - - - - - - -
M_W003 Zna metody rozwiązywania równań różniczkowych + - + - - - - - - - -
M_W004 Zna sposób budowy modeli i symulacji ich zachowania w odpowiedzi na różne sterowania oraz zna obsługę pakietu Matlab/Simulink. + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Dysponuje umiejętnością zapisu matematycznego równań dla modelu konkretnego procesu. - - + - - - - - - - -
M_U002 Dysponuje umiejętnością upraszczania modeli do konkretnych potrzeb projektowania - - + - - - - - - - -
M_U003 Umie przeprowadzić analizę kształtu rozwiązania analitycznie lub symulacyjnie - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Zna rolę pakietów symulacyjnych we współczesnej nauce + - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 103 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 godz
Przygotowanie do zajęć 14 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 6 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 20 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):
Modelowanie systemów dynamicznych

1. Cel i zakres przedmiotu na tle nauk inżynierskich (2 godz)
2. Modele sygnałów standardowych w dziedzinie czasu (1 godz)
3. Modele statyczne i ich rola w automatyce (1 godz)
Punkt pracy instalacji, charakterystyki statyczne podsystemów, optymalizacja punktu pracy.
4. Modele dynamiczne i ich rola w automatyce (2 godz)
Procesy przejściowe, Rola rachunku całkowego i różniczkowego, podstawowe prawa fizyki. zasada najmniejszego działania. Historyczne wykorzystanie maszyn analogowych do rozwiązywania równań różniczkowych.
5. Opis modeli w dziedzinie czasu (8godz)
Typy równań różniczkowych, równania różniczkowe liniowe n-tego rzędu dla modeli SISO, macierzowe równania różniczkowe liniowe pierwszego rzędu dla modeli MIMO, postacie rozwiązań w dziedzinie czasu. Pojęcie przestrzeni stanu i równania stanu. Fundamentalna rola splotu, pojęcie impulsowej funkcji przejścia, Zastosowanie rachunku operatorowego do rozwiązywania równań liniowych.
6. Modelowanie i symulacja odpowiedzi modeli na sygnały standardowe. (4 godz)
Wzory analityczne na odpowiedzi modeli liniowych I, II, III rzędu na sygnały standardowe. Wpływ warunków początkowych.
7. Opis modeli w dziedzinie częstotliwości (4 godz)
Transmitancja operatorowa i algebra schematów blokowych. Odpowiedzi modeli na sygnał sinusoidalny i transmitancja widmowa. Charakterystyki częstotliwościowe.
8. Modele nieliniowe i ich linearyzacja (2 godz)
Podstawowe typy nieliniowości spotykanych w technice. Linearyzacja, szereg Taylora, macierz Jackobiego.
9. Modele dyskretne (2 godz)
Rola dyskretyzacji w dziedzinie czasu i przestrzeni. Dyskretyzacja modeli ciągłych. Równania różnicowe i transformata Z. Transformata „z”, równanie różnicowe i transmitancja dyskretna. Przejście od transmitancji ciągłej do dyskretnej. Warunki i kryteria stabilności systemów dyskretnych. Zasady doboru okresu próbkowania.
10. Modele wybranych obiektów i procesów technologicznych (6)
Modele wybranych układów technicznych i procesów technologicznych: układy mechaniczne, układy zbiorników, silniki prądu stałego, reaktory mieszalnikowe, przepływowe, procesy cieplne, kolumna destylacyjna, wahadło odwrócone na wózku, dynamika samolotu, dynamika samochodu.

Ćwiczenia laboratoryjne (28h):
Modelowanie systemów dynamicznych

1. Symulacja prostych i złożonych obiektów dynamicznych
2. Charakterystyki czasowe
3. Charakterystyki częstotliwościowe
4. Wpływ czasu dyskretyzacji na dokładność rozwiązania
5. Modele zbiorników
6. Modele wahadła prostego i odwróconego
7. Model lądowania samolotu
8. Matlab czasu rzeczywistego
9. 3 kolokwia

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:

Mimo nieobowiązkowości obecności, na wykładzie jest sprawdzana obecność.
Ocena zaliczenia zależna od obecności..
Ocena jest bardzo dobra gdy jest 100 % obecności,
Od 1-3 nieobecności nieusprawiedliwionych- ocena jest 4.5.
Od 4-6 nieobecności nieusprawiedliwionych- ocena 4.0.
Od 7-9 nieobecności nieusprawiedliwionych- ocena 3.5.
Przy 10-11 nieobecnościach nieusprawiedliwionych- ocena 3.0.
Przy 3 i mniejszej liczbie obecności, do zaliczenia wykładu niezbędna jest rozmowa sprawdzająca ogólny zasób wiedzy studenta z tematyki modułu.
Każdą nieobecność można zamienić na “usprawiedliwioną” gdy student odbędzie rozmowę sprawdzającą znajomość zakresu materiału z opuszczonego wykładu.

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:

Ocena końcowa jest średnią z oceny zaliczenia wykładu i laboratorium. Do otrzymania pozytywnej oceny końcowej obie oceny muszą być pozytywne. Przy 100% obecności ocena końcowa jest podnoszona o pół stopnia w stosunku do oceny wykładu.

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

Nie przewiduje się trybu wyrównywania zaległości związanych z nieobecnością studenta na wykładzie.
Nieusprawiedliwiona nieobecność na zajęciach laboratoryjnych powinna być odrobiona na innej grupie.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Znajomość analizy matematycznej, rachunku macierzowego i równań różniczkowych,

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1.W.Byrski, Obserwacja i sterowanie w systemach dynamicznych, wyd.PAN-AGH, 2007.
2.W.Luyben, Modelowanie, symulacja i sterowanie procesów, WNT, W-wa,1976
3.R.H.Cannon, Dynamika układów fizycznych, WNT Warszawa,1973.
4.J.C.Friedly, Analiza dynamiki procesów, WNT,Warszawa 1975.
5.B.Mrozek, Z.Mrozek, Matlab, Simulink, Poradnik użytkownika, Warszawa, PLJ,1998

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. J. Byrski, W. Byrski, An optimal identification of the input-output disturbances in linear dynamic systems by the use of the exact observation of the state, Mathematical Problems in Engineering , 2018 art. no. 8048567, http://downloads.hindawi.com/journals/mpe/2018/8048567.pdf
2. J. Byrski, W. Byrski, New formulas for approximation of multi-inertial systems, by the FOLPD models, based on two-point identification, MSI 2018, IASTED international conference Modelling, Simulation and Identification : July 16–17, 2018, Calgary, Canada.
3. W. Byrski,, A new method of multi-inertial systems identification by the Strejc model, Trends in Advanced Intelligent Control, Optimization and Automation : proceedings of the 19th Polish Control Conference, Kraków, Poland, June 18–21, 2017 Switzerland : Springer International Publishing, 2017.
4. J. Byrski, W. Byrski, Double window state observer for detection and isolation of abrupt changes in parameters, International Journal of Applied Mathematics and Computer Science ; ISSN 1641-876X. — 2016 vol. 26 no. 3.
5. W. Byrski, J. Byrski, On-line fast identification method and exact state observer for adaptive control of continuous systemz,, WCICA 2014, the 11 World Congress on Intelligent Control and Automation, June 29–July 4, 2014, Shenyang, China,
6. , J. Byrski, W. Byrski, Design and implementation of a new algorithm for fast diagnosis of step changes in parameters of continuous systems SAFEPROCESS 2012 : 8th IFAC symposium on Fault Detection Supervision and Safety for Technical Processes, 2012, Mexico City, Mexico
7. , W. Byrski, J. Byrski, The role of parameter constraints in EE and OE methods for optimal identification of continuous LTI models, International Journal of Applied Mathematics and Computer Science ; 2012 , http://versita.metapress.com/content/k1r6730v10346453/fulltext.pdf
8. W.Byrski, „Obserwacja i Sterowanie w Systemach Dynamicznych”, pozycja nr.10, Wydawnictwa Polskiej Akademii Nauk w serii Monografie, druk w Uczelnianych Wydawnictwach Naukowo-Dydaktycznych AGH, 2007, str.513.

Informacje dodatkowe:

Brak