Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Sterowanie struktur dynamicznych
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RAIR-2-205-AM-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Automatyka i metrologia
Kierunek:
Automatyka i Robotyka
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Sibielak Marek (sibielak@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Celem zajęć jest przedstawienie metod identyfikacji syntezy sterowania i optymalizacji dla mechanicznych obiektów dynamicznych. Metody przedstawiono na przykładach z zakresu układów redukcji drgań.

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 problematyką aktywnych struktur dynamicznych. AIR2A_W07 Egzamin,
Kolokwium
M_W002 Zna i rozumie techniki modelowania, sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi. AIR2A_W07, AIR2A_W05 Egzamin,
Kolokwium,
Projekt
M_W003 Zna i rozumie metody identyfikacji i modelowania aktywnych i pasywnych struktur dynamicznych. AIR2A_W07, AIR2A_W04 Egzamin,
Kolokwium,
Projekt
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi wykorzystać wiedzę z zakresu aktywnych i pasywnych struktur dynamicznych do ich identyfikacji oraz opisu matematycznego. AIR2A_U06, AIR2A_U08 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Potrafi wykorzystać wiedzę z zakresu optymalizacji do sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi. AIR2A_U06, AIR2A_U08 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Projekt
M_U003 Potrafi dokonać implementacji algorytmów sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi oraz oceny ich efektywności w systemach czasu rzeczywistego. AIR2A_U05 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Projekt,
Sprawozdanie
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Potrafi wykonywać zadania oraz komunikować się w środowisku interdyscyplinarnym. AIR2A_K01 Udział w dyskusji,
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
50 26 0 14 10 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 problematyką aktywnych struktur dynamicznych. + - - + - - - - - - -
M_W002 Zna i rozumie techniki modelowania, sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi. + - - - - - - - - - -
M_W003 Zna i rozumie metody identyfikacji i modelowania aktywnych i pasywnych struktur dynamicznych. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi wykorzystać wiedzę z zakresu aktywnych i pasywnych struktur dynamicznych do ich identyfikacji oraz opisu matematycznego. - - + + - - - - - - -
M_U002 Potrafi wykorzystać wiedzę z zakresu optymalizacji do sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi. - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi dokonać implementacji algorytmów sterowania aktywnymi strukturami dynamicznymi oraz oceny ich efektywności w systemach czasu rzeczywistego. - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Potrafi wykonywać zadania oraz komunikować się w środowisku interdyscyplinarnym. - - + + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 135 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 50 godz
Przygotowanie do zajęć 33 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 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 (26h):

• Wprowadzenie do problematyki aktywnych struktur dynamicznych.
• Modelowanie aktywnych i pasywnych struktur dynamicznych.
• Koncepcja liniowych struktur dynamicznych o parametrach skupionych – metoda transmitancyjna.
• Koncepcja liniowych struktur dynamicznych o parametrach skupionych – metoda zmiennych stanu.
• Wskaźniki jakości i ocena efektywności sterowania w strukturach dynamicznych.
• Elementy wykonawcze i pomiarowe w aktywnych układach wibroizolacji .
• Struktury o parametrach rozproszonych. Zastosowanie metody elementów skończonych do opisu i rozwiązywania problematyki struktur dynamicznych.
• Metody badań konstrukcji dynamicznych.
• Przykłady rozwiązań i syntezy układów.

Ćwiczenia laboratoryjne (14h):

• Analiza danych pomiarowych, planowanie eksperymentu, przetwarzanie danych. Zapoznanie się z programami do analizy i raportowania danych pomiarowych.
• Modelowanie układów dynamicznych za pomocą: równań różniczkowych, transmitancji i zmiennych stanu z wykorzystaniem oprogramowania Matlab/Simulink i LabVIEW Simulation Module.
• Synteza sterowania dla liniowych struktur dynamicznych o parametrach skupionych – metoda zmiennych stanu. Sprzężenie zwrotne, metoda przesuwania biegunów, sterowanie optymalne, regulator LQG, rozwiązanie równania Ricctiego, sterowanie z wykorzystaniem obserwatora stanu, metoda filtru Kalmana, Sterowanie Modalne.
• Budowa układu sterowanie struktury w systemie czasu rzeczywistego z wykorzystaniem procesorów sygnałowych i układów FPGA.
• Elementy wykonawcze i pomiarowe dla aktywnych struktur dynamicznych. Realizacja sterowania i akwizycji danych.
• Identyfikacja modelu matematycznego dla układu laboratoryjnego i synteza sterowania.
• Modelowanie struktur dynamicznych za pomocą metody elementów skończonych.

Ćwiczenia projektowe (10h):

Modelowanie układów dynamicznych.
Formułowanie wskaźników jakości dla systemów sterowania, ze szczególnym uwzględnieniem układów redukcji drgań.
Metody synteza regulatorów optymalnych dla podstawowych zadań optymalizacji dynamicznej..

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.
  • Ćwiczenia projektowe: W trakcie zajęć projektowych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Wykorzystują w tym celu pakiet Matlab. 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:

Wiedza z wykładu jest sprawdzana na egzaminie.
Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego.
Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może
zostać zweryfikowane w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie
zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu
wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Student zalicza ćwiczenia projektowe na podstawie wykonanego samodzielnie projektu oraz umiejętności zastosowania wiedzy uzyskanej na wykładzie w formie ustnej lub pisemnej.
Student ma prawo do jednego zaliczenia poprawkowego na zasadach wyżej wymienionych w trakcie
pierwszej części sesji egzaminacyjnej.
Dopuszczenie do egzaminu na podstawie zaliczenia ćwiczeń projektowych 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 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.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia projektowe 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena z ćwiczeń laboratoryjnych (30%) + ocena kolokwium (40%) + ocena projektu (30%)

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

W przypadku braku obecności na zajęciach laboratoryjnych możliwe jest odrobienie zajęć z inną grupą. Jeżeli jest to niemożliwe dopuszczalne jest samodzielne wykonanie projektu zleconego przez prowadzącego zajęcia pod warunkiem że liczba nieobecności nie przekracza dwóch ćwiczeń.
Brak obecności na ćwiczeniach projektowych można odrobić uczestnicząc w zajęciach innej grupy.
Możliwe jest za zgodą prowadzącego wykonanie samodzielnie projektu. Po sprawdzeniu poprawności wykonania oraz weryfikacji umiejętności zastosowania wiedzy z wykładu w formie ustnej lub pisemnej uznaje się zajęcia za zaliczone.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Znajomość teorii sterowania. Wiedza o elementach stosowanych w układach automatyki.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1 Górecki, H. Optymalizacja i sterowanie systemów dynamicznych, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2006,
2 Kowal, J. Sterowanie drganiami. Kraków, Wyd. Gutenberg 1996
3 Kowal, J. Podstawy Automatyki. Kraków, Wydawnictwa AGH 2003
4 Meirovitch, L. Dynamics and control of structures. New York, John Wiley and Sons 1990
5 Ogata, K. Modern control engineering – Third Edition. Prentice-Hall 1997
6 Takahashi, Y., Rabins, M.J., Auslander, D.M. Sterowanie i systemy dynamiczne. Warszawa, WNT 1976

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Application of an SMA spring for vibration screen control / Waldemar RĄCZKA, Marek SIBIELAK, Janusz KOWAL, Jarosław KONIECZNY // Journal of Low Frequency Noise Vibration and Active Control ; ISSN 1461-3484. — 2013vol. 32 no. 1&2, s. 117–131
Bench tests of slow and full active suspension in terms of energy consumption / Jarosław KONIECZNY, Janusz KOWAL, Waldemar RĄCZKA, Marek SIBIELAK // Journal of Low Frequency Noise Vibration and Active Control ; ISSN 1461-3484. — 2013 vol. 32 no. 1&2, s. 81–98.
Optimal controller for vibration isolation system with controlled hydraulic damper by piezoelectric stack / Marek SIBIELAK // Mechanical Systems and Signal Processing ; ISSN 0888-3270. — 2013 vol. 36 spec. iss. 1 Piezoelectric Technology, s. 118–126. — Bibliogr. s. 126,
Optimal control based on a modified quadratic performance index for systems disturbed by sinusoidal signals / Marek SIBIELAK, Waldemar RĄCZKA, Jarosław KONIECZNY, Janusz KOWAL // Mechanical Systems and Signal Processing ; ISSN 0888-3270. — 2015 vol. 64–65, s. 498–519
Optimal control of slow-active vehicle suspension – results of experimental data / Marek SIBIELAK, Jarosław KONIECZNY, Janusz KOWAL, Waldemar RĄCZKA, Dorota MARSZALIK // Journal of Low Frequency Noise Vibration and Active Control ; ISSN 1461-3484. — 2013 vol. 32 no. 1&2, s. 99–116.
Zrobotyzowany punkt przesypowy URB/ZS-3 – badania dołowe : [abstrakt] — Robotized setup URB/ZS-3 for transfer of minerals – underground tests : [abstract] / Krzysztof KRAUZE, Waldemar RĄCZKA, Marek SIBIELAK, Jarosław KONIECZNY // W: Mechanizacja, automatyzacja i robotyzacja w górnictwie : V międzynarodowa konferencja : Wisła, 13–15 czerwca 2018r. :
Zrobotyzowany punkt przesypowy – wyniki badań — Roboted re-loading place – tests results / Krzysztof KRAUZE, Waldemar RĄCZKA, Marek SIBIELAK, Jarosław KONIECZNY // W: Mechanizacja, automatyzacja i robotyzacja w górnictwie : IV międzynarodowa konferencja : Wisła, 21–23 czerwca 2017 r. : streszczenia referatów. — [Polska : s. n.], 2017. — S. 116.
Optimal controller for active vehicle suspension disturbed by sinusoidal signals / SIBIELAK Marek, RĄCZKA Waldemar, KONIECZNY Jarosław, KOWAL Janusz // Diffusion and Defect Data – Solid State Data. Part B, Solid State Phenomena ; ISSN 1012-0394. — 2016 vol. 248, s. 127–134. — Bibliogr. s. 133–134,

Informacje dodatkowe:

Brak