Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Komputerowo wspomagane projektowanie systemów sterowania
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EAiR-1-607-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Automatyka i Robotyka
Semestr:
6
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
Rosół Maciej (mr@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Celem przedmiotu jest przekazanie wiedzy i umiejętności związanych z wykorzystaniem współczesnych, programowych środowisk programowych, takich jak MATLAB/Simulink i LabVIEW do projektowania, testowania i implementacji algorytmów pomiarowo-sterujących na wybrane platformy sprzętowe np.: FPGA, procesory wbudowane i PLC.

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 podstawowe zasady projektowania i analizy działania systemów sterowania, w tym fazy procesu projektowania inżynierskiego. AiR1A_W02 Kolokwium
M_W002 Dysponuje wiedzą umożliwiającą projektowanie, symulację i testowania systemów sterowania w środowiskach LabView i MATLAB/Simulink. AiR1A_W02, AiR1A_W03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
M_W003 Wie, na czym polega projektowanie z wykorzystaniem modeli. Zna metody symulacyjne: Model-in-the-Loop, Software-in-the-Loop i Hardware-in-the-Loop. AiR1A_W02, AiR1A_W03 Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
M_W004 Dysponuje wiedzą z zakresu obowiązujących standardów bezpieczeństwa i pewności projektowania systemów sterowania. AiR1A_W07, AiR1A_W03 Kolokwium,
Zaliczenie laboratorium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi zbudować specyfikacje wykonywalne w postaci modeli Simulink lub LabView. AiR1A_U06, AiR1A_U07, AiR1A_U05 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
M_U002 Umie zaplanować i przeprowadzić testy oprogramowania systemu sterowania. AiR1A_U09, AiR1A_U07, AiR1A_U05 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
M_U003 Potrafi opracować dokumentację techniczną przedstawiającą zrealizowaną specyfikację sterownika wraz z opisem przeprowadzonych testów, analizą wyników i wnioskami. AiR1A_U01, AiR1A_U09, AiR1A_U02 Zaliczenie laboratorium
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 podstawowe zasady projektowania i analizy działania systemów sterowania, w tym fazy procesu projektowania inżynierskiego. + - - - - - - - - - -
M_W002 Dysponuje wiedzą umożliwiającą projektowanie, symulację i testowania systemów sterowania w środowiskach LabView i MATLAB/Simulink. + - - - - - - - - - -
M_W003 Wie, na czym polega projektowanie z wykorzystaniem modeli. Zna metody symulacyjne: Model-in-the-Loop, Software-in-the-Loop i Hardware-in-the-Loop. + - - - - - - - - - -
M_W004 Dysponuje wiedzą z zakresu obowiązujących standardów bezpieczeństwa i pewności projektowania systemów sterowania. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi zbudować specyfikacje wykonywalne w postaci modeli Simulink lub LabView. - - + - - - - - - - -
M_U002 Umie zaplanować i przeprowadzić testy oprogramowania systemu sterowania. - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi opracować dokumentację techniczną przedstawiającą zrealizowaną specyfikację sterownika wraz z opisem przeprowadzonych testów, analizą wyników i wnioskami. - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 108 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 godz
Przygotowanie do zajęć 10 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 30 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):
Komputerowe Wspomaganie Projektowania Systemów Sterowania

W ramach modułu prowadzony jest wykład (28 godzin) oraz ćwiczenia laboratoryjne (14 godzin).

Plan wykładu:
1. Fazy procesu projektowania systemów sterowania. Specyfikacja wymagań projektu. Budowa specyfikacji wykonywalnej – modelu sterownika. Projektowanie modułów. Testowanie symulacyjne. Tworzenie kodu. Prototypowanie. Wdrażanie. Integracja. Zarządzanie konfiguracją i dokumentacja. (2 godz.)
2. Projektowanie z wykorzystaniem modeli. Integracja procesu projektowego. Narzędzia do śledzenia powiązań wymagań specyfikacji i modelu sterownika. Wczesna weryfikacja. Szybkie prototypowanie. Testowanie z wykorzystaniem modeli. (4 godz.)
3. Modele sterowników w środowisku MATLAB/Simulink i LabView. Diagramy stanu Harela. Elementy graficzne i tekstowe opisu diagramu stanu: stany, przejścia, rozgałęzienia, zmienne, zdarzenia, warunki, akcje, tablice decyzyjne, funkcje tekstowe i graficzne, hierarchia i dekompozycja podstanów. Komunikacja MATLAB-Simulink-Stateflow. (8 godz.)
4. Testowanie, analiza kodu, tworzenie raportów. Konstrukcja powtarzalnych przypadków testowych. Budowa jarzma testowego. Środowiska automatyzacji testowania. Symulacje Model-in-the-Loop, Software-in-the-Loop, Processor-in-the-Loop, Hardware-in-the-Loop. Automatyczna generacja kodu i kompilacja skrośna. (4 godz.)
5. Weryfikacja i walidacja modelu kodu lub kodu sterownika. Metody analizy kodu: analiza statyczna, testy pokrycia, dowodzenie własności oprogramowania. (4 godz.)
6. Integracja programowo-sprzętowa sterowników. Architektura sterownika. Układy wejścia i wyjścia, pamięć, procesor, funkcje systemowe, system operacyjny, moduły odziedziczone. (4 godz.)
7. Standardy bezpieczeństwa w tworzeniu oprogramowania sterowników. Certyfikacja kodu i kwalifikacja narzędzi. Normy branżowe: D0-178, DO-278, IEC61508, ISO 26262. (4 godz.)

Ćwiczenia laboratoryjne (28h):
  1. Studenci w zespołach dwuosobowych lub trzyosobowych wykonują zestaw ćwiczeń laboratoryjnych mających na celu opracowanie projektu sterownika, a następnie jego symulację, weryfikację i implementację na wybraną platformę sprzętową (FPGA, sterownik sbRIO/myRIO, układ mikroprocesorowy np. STM32). W ramach zajęć opracowuje się sterowniki (każdy zespół inny) dla wybranych układów elektronicznych, elektromechanicznych, automatyzacji produkcji, transportu, systemów obsługi, z zakresu inżynierii procesowej lub innych działów automatyki przemysłowej. Problemy dobierane są na podstawie literatury. Typowe etapy, które studenci realizują podczas zajęć laboratoryjnych to:
    • specyfikacja wymagań w formie tekstowej,
    • plan projektu sterownika: architektura i podstawowe funkcje,
    • specyfikacja wykonywalna w postaci modelu MATLAB/Simulink lub LabVIEW z modułem Control & Simulation,
    • zestaw testów sprawdzających poprawność modelu (co najmniej 10 przypadków testowych),
    • zestaw spodziewanych poprawnych przebiegów testowych,
    • szczegółowa analiza i raporty z testów (dla wybranych 2 przypadków testowych),
    • implementacja sterownika na wybraną platformę sprzętową i jej testy z wykorzystaniem metody Hardware-in-the-Loop,
    • analiza wyników i wnioski.

    Osiągnięcia każdej z grup laboratoryjnych będą przedstawiane w formie prezentacji na ostatnich zajęciach.

  2. Plan laboratorium

    Zajęcia laboratoryjne podzielone są na dwa ćwiczenia. Na pierwszym terminie laboratorium prowadzący omówią: zasady prowadzenia zajęć, przepisy BHP oraz warunki zaliczenia. Na tychże zajęciach zostanie również dokonany podział studentów na cztery grupy.
    Zajęcia te są wspomagane przez moduł “Komputerowe Wspomaganie Projektowania Systemów Sterowania” na platformie e-learningowej AGH.

    Każde ćwiczenie obejmuje dwa kolejne spotkania laboratoryjne.

    1. Prototypowanie i implementacja sterownika windy na platformę FPGA z wykorzystaniem środowiska MATLAB/Simulink. (6 godz.)
    2. Prototypowanie i implementacja sterownika dla systemu zbiorników na platformę RT z wykorzystaniem środowiska LabVIEW. (6 godz.)
    3. Prezentacja osiągnięć oraz zaliczenie laboratorium. (2 godz.)

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:

1. Warunkiem uczestnictwa w zajęciach laboratoryjnych jest dokonanie zapisu na kurs e-learningowy:
https://upel.agh.edu.pl/weaiib/course/view.php?id=401 (Wydział EAIiIB, Komputerowe Wspomaganie Projektowania Systemów Sterowania, M. Rosół)
2. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnych ocen z testu końcowego, który odbędzie się na ostatnim wykładzie oraz laboratorium.
3. W przypadku uzyskania oceny niedostatecznej z testu końcowego istnieje możliwość jego poprawy w ustalonym z prowadzącym wykład terminie, jednak nie później niż przewiduje to aktualny tok studiów.
4. Warunkiem zaliczenia laboratorium jest uzyskanie pozytywnych ocen z każdego wykonanego ćwiczenia oraz prezentacji, która odbędzie się na ostatnich zajęciach. Ocena z laboratorium stanowi średnią arytmetyczną dwóch ocen z ćwiczeń oraz oceny z prezentacji.

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:

Średnia arytmetyczna ocen uzyskanych z zajęć laboratoryjnych i kolokwium z wykładu, przy czym obydwie oceny muszą być pozytywne tzn. co najmniej 3.0 (dst).

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

1. Do zaliczenia Laboratorium konieczne jest wykonanie wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych.
2. Obecność na zajęciach laboratoryjnych jest obowiązkowa. Ze względu na liczbę ćwiczeń oraz ich organizację w formie 3 godzinnych spotkań, dwie oraz większa liczba nieobecności nieusprawiedliwionych skutkują brakiem zaliczenia.
3. Jako usprawiedliwienie nieobecności uwzględniane jest zwolnienie lekarskie lub oficjalne pismo
dotyczące udziału w konferencjach, stażach, zawodach sportowych itp. potwierdzone przez Rektora lub
Dziekana.
4. Jeżeli student był nieobecny (usprawiedliwiony, bądź nieusprawiedliwiony) ) na wybranym ćwiczeniu laboratoryjnym to może go odrobić z inną grupą ćwiczeniową, jednak nie później niż termin zakończenia danej serii ćwiczeń. Ćwiczenie laboratoryjne może być również odrobione w innym terminie, jeżeli uzgodni to z prowadzącym zajęcia.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Znajomość zagadnień teorii sterowania, modelowania matematycznego, programowania w środowiskach MATLAB/Simulink i LabVIEW oraz symulacji.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. M. Szymkat: Komputerowe wspomaganie w projektowaniu układów regulacji. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1993.
2. The MathWorks, Inc., Stateflow and Stateflow Coder for Complex Logic and State Diagram Modeling, 2018.
3. B. Murphy, A. Wakefield, J. Friedman, Best Practices for Verification, Validation, and Test in Model-Based Design. The MathWorks, Inc., 2008.
4. National Instruments, LabVIEW 2012 Control Design and Simulation Module Help, June 2018.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Gorczyca P., Knapik D., Kołek K., Rosół M., Rapid development of real-time applications for ARM Cortex A9, Design, development and implementation of real-time systems / sci. eds. Leszek Trybus, Marcin W. Mastalerz ; Polish Information Processing Society. Chapter 11, Warszawa, pp. 145–155, 2013.
2. Rosół M., Kołek K., Real-time monitoring and control system for MR vibration isolator, Scientific Papers of the Polish Information Processing Society Scientific Council, Selected Applications of Real Time Systems, Chapter 1, Poznan-Warsaw, Poland 2014, pp. 11-18.
3. Dawid KNAPIK, Krzysztof KOŁEK, Maciej ROSÓŁ, Andrzej TURNAU, Efektywne kształcenie inżynierów z wykorzystaniem laboratoryjnych systemów mechatronicznych i stosowaniem metodologii szybkiego prototypowania algorytmów sterowania — Effective engineering education on the basis of mechatronic laboratory systems and control algorithms obtained by rapid prototyping methodology, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, 2016 nr 48, s. 35–40. — Bibliogr. s. 40, Streszcz.. — Afiliacja: Akademia Górniczo-Hutnicza. — III konferencja eTechnologie w kształceniu inżynierów eTEE’2016 : Kraków, 11 kwietnia 2016.
4. Leszek Cedro, Dariusz GRZYBEK, Dawid KNAPIK, Krzysztof OPRZĘDKIEWICZ, Paweł ORKISZ, Maciej ROSÓŁ, Jacek SNAMINA, Łukasz WIĘCKOWSKI, Wybrane zagadnienia z badań eksperymentalnych i symulacyjnych — Selected topics of experimental and simulation studies, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie. Katedra Automatyzacji Procesów, 2016. — 126 s.. — (Monografie Katedry Automatyzacji Procesów AGH w Krakowie ; 21). — Bibliogr. s. 115–122.

Informacje dodatkowe:

Brak