Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Podstawy automatyki
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RIMM-1-402-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Inżynieria Mechaniczna i Materiałowa
Semestr:
4
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Cupiał Piotr (pcupial@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł ma na celu zapoznanie studentów z podstawowymi zagadnieniami automatyki. Studenci poznają zasady modelowania obiektów sterowania, sposoby budowy schematów blokowych i grafów przepływu sygnałów oraz zapoznają się z podstawowymi własnościami układów sterowania, badanych klasycznymi metodami, wykorzystującymi technikę przekształcenia Laplace’a. Omawiane są zagadnienia dotyczące stabilności układów sterowania. Studenci poznają podstawy próbkowania sygnałów i zasadady pracy cyfrowych układów sterowania.

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 Student posiada wiedzę w zakresie: - zastosowania przekształcenia Laplace'a w automatyce, - modelowania układów dynamicznych, - budowy schematów blokowych, - wyznaczania charakterystyk czasowych i częstotliwościowych, - badania stabilności układów liniowych, - budowy układów regulacji i zastosowania odpowiedniego regulatora IMM1A_W01, IMM1A_W02, IMM1A_W15, IMM1A_W05 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W002 Student dysponuje wiedzą umożliwiającą przeprowadzenie analizy i syntezy liniowego układu automatycznej regulacji IMM1A_W01, IMM1A_W04, IMM1A_W02, IMM1A_W15, IMM1A_W05 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi: - sformułować model matematyczny układu liniowego w postaci równania ruchu, transmitancji operatorowej oraz równań stanu i równania wyjścia, - ocenić właściwości dynamiczne układów automatyki, - narysować charakterystyki czasowe i częstotliwościowe układów automatyki IMM1A_U01, IMM1A_U02, IMM1A_U22, IMM1A_U15, IMM1A_U11 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 - zbudować model układu liniowego w postaci schematu blokowego, - przekształcać (rozwiązywać) schematy blokowe wyznaczając transmitancję zastępczą, - sprawdzić stabilność liniowego układu automatyki stosując wybrane kryteria. IMM1A_U01, IMM1A_U02, IMM1A_U22, IMM1A_U11 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Student potrafi: - dokonać analizy działania układu regulacji, - dokonać syntezy układu regulacji i dobrać parametry regulatora, - ocenić jakość statyczną i dynamiczną układu regulacji IMM1A_U01, IMM1A_U02, IMM1A_U22, IMM1A_U14, IMM1A_U11, IMM1A_U04 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie projektu,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w grupie rozwiązując zlecone mu zadania obliczeniowe i laboratoryjne IMM1A_K03, IMM1A_K04 Aktywność na zajęciach,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 Student rozumie potrzebę ciągłego doskonalenia wiedzy IMM1A_K06, IMM1A_K02, IMM1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Studium przypadków ,
Zaangażowanie w pracę zespołu
M_K003 Student potrafi formułować jasne i zrozumiałe argumenty podczas dyskusji z członkami swojego zespołu laboratoryjnego oraz prowadzącym zajęcia. IMM1A_K03, IMM1A_K04 Aktywność na zajęciach,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
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
54 26 14 14 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 Student posiada wiedzę w zakresie: - zastosowania przekształcenia Laplace'a w automatyce, - modelowania układów dynamicznych, - budowy schematów blokowych, - wyznaczania charakterystyk czasowych i częstotliwościowych, - badania stabilności układów liniowych, - budowy układów regulacji i zastosowania odpowiedniego regulatora + + - - - - - - - - -
M_W002 Student dysponuje wiedzą umożliwiającą przeprowadzenie analizy i syntezy liniowego układu automatycznej regulacji + + + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi: - sformułować model matematyczny układu liniowego w postaci równania ruchu, transmitancji operatorowej oraz równań stanu i równania wyjścia, - ocenić właściwości dynamiczne układów automatyki, - narysować charakterystyki czasowe i częstotliwościowe układów automatyki + + - - - - - - - - -
M_U002 - zbudować model układu liniowego w postaci schematu blokowego, - przekształcać (rozwiązywać) schematy blokowe wyznaczając transmitancję zastępczą, - sprawdzić stabilność liniowego układu automatyki stosując wybrane kryteria. + + - - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi: - dokonać analizy działania układu regulacji, - dokonać syntezy układu regulacji i dobrać parametry regulatora, - ocenić jakość statyczną i dynamiczną układu regulacji + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w grupie rozwiązując zlecone mu zadania obliczeniowe i laboratoryjne - + + - - - - - - - -
M_K002 Student rozumie potrzebę ciągłego doskonalenia wiedzy + - - - - - - - - - -
M_K003 Student potrafi formułować jasne i zrozumiałe argumenty podczas dyskusji z członkami swojego zespołu laboratoryjnego oraz prowadzącym zajęcia. - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 100 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 54 godz
Przygotowanie do zajęć 17 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 12 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 (26h):

1) Wprowadzenie. Rys historyczny. Klasyfikacja układów sterowania. Rodzaje sygnałów w układach sterowania.
2) Modelowanie matematyczne układów dynamicznych. Równania wejścia-wyjścia. Przekształcenie Laplace’a. Transmitancja operatorowa.
3) Linearyzacja statyczna i dynamiczna. Przestrzeń stanów, równania stanu i równania wyjścia. Modele obiektów w przestrzeni stanów.
4) Związki pomiędzy podstawowymi sposobami analitycznego opisu obiektów w automatyce. Opis układów za pomocą schematów strukturalnych.
5) Zasady budowy i redukcji schematów blokowych. Grafy przepływu sygnałów.
6) Własności dynamiczne układów liniowych. Charakterystyki czasowe (skokowe i impulsowe) podstawowych elementów automatyki. Układy statyczne i astatyczne.
7) Analiza częstotliwościowa układów liniowych.
8) Charakterystyki częstotliwościowe (amplitudowo-fazowa, amplitudowo-częstotliwościowa, fazowo-częstotliwościowa) podstawowych elementów automatyki .
9) Stabilność układów dynamicznych w sensie Lapunowa.
10) Kryteria stabilności: Michajłowa, Hurwitz’a i Nyquist’a. Zapas stabilności.
11) Układ regulacji, jego zadania i struktura. Ocena jakości regulacji, dokładność statyczna, uchyb statyczny.
12) Podstawowe algorytmy sterowania: P, I, PI, PD, PID.
13) Dobór parametrów regulatorów. Synteza układów liniowych sterowania automatycznego.
14) Wprowadzenie do sterowania cyfrowego.

Ćwiczenia audytoryjne (14h):

1. Przekształcenie Laplace’a – definicja, własności, wyznaczanie transformat i oryginałów przy zastosowaniu poznanych metod,
2. Rozwiązywanie równań różniczkowych we-wy, opisujących podstawowe układy fizyczne (liniowe),
3. Opis matematyczny elementów automatyki – równania różniczkowe we-wy, transmitancja operatorowa układów SISO i MIMO, metoda zmiennych stanu – zapis równań stanu i równań wyjścia,
4. Budowa i redukcja schematów blokowych, wyznaczanie transformat sygnałów na schematach,
5. Charakterystyki czasowe (skokowe, impulsowe) podstawowych elementów automatyki,
6. Charakterystyki częstotliwościowe (amplitudowo-fazowa, amplitudowo-częstotliwościowa oraz fazowo-częstotliwościowa) podstawowych elementów automatyki,
7. Badanie stabilności układów automatyki, kryteria oceny stabilności: Hurwitza, Nyquista i Michajłowa,

Ćwiczenia laboratoryjne (14h):

1. Wprowadzenie do Matlaba i Simulinka,
2. Zapoznanie się z różnymi metodami rozwiązywania równań różniczkowych w Matlabie i Simulinku (symbolicznymi i numerycznymi),
3. Modelowanie układów automatyki (na przykładzie silnika elektrycznego prądu stałego z magnesem trwałym) – wyznaczenie odpowiedzi czasowych silnika na różne wymuszenia,
4. Projektowanie układów automatyki w Matlabie i Simulinku (poznanie sposobów tworzenia liniowych modeli układów automatyki, schematów blokowych oraz wyznaczanie charakterystyk czasowych i częstotliwościowych),
5. Działanie układu automatycznej regulacji. Rodzaje regulatorów (dobór parametrów regulatorów i ocena jakości regulacji, symulacja działania układu regulacji),
6. Badanie stabilności liniowych układów stacjonarnych (kryterium Hurwitza i Nyquista)
7. Zaliczenie laboratoriów

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: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • 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:

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 audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • 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 wyliczana jest na podstawie ocen uzyskanych z ćwiczeń audytoryjnych [Cw] i laboratoriów [L], oraz testu sprawdzającego z wykładu [W] jako średnia ważona, wg wzoru:

OK = 0,4•[Cw] + 0,4•[L] + 0,2•[W]

W przypadku 100% obecności na wykładach (lub na podstawie decyzji wykładowcy) średnia ważona będzie wyliczana na podstawie następującego wzoru:
OK = 0,6•[Cw] + 0,4•[L]

Uzyskane w ten sposób punkty są przeliczane na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

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

Sposób i tryb wyrównywania zaległości w zgodzie z Regulaminem Studiów.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Zaliczony przedmiot: Matematyka,
Podstawowa znajomość zagadnień z przedmiotów: Fizyka, Mechanika, Elektrotechnika i Elektronika,
Podstawowa znajomość pakietów Matlab/Simulink.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. CANNON R.H. – Dynamika Układów Fizycznych, WNT, Warszawa 1973;
2. FRANKLIN G.F., POWELL J.D. – Feedback Control of Dynamic Systems, Addison-Wesley, USA 1994;
3. HOLEJKO D., KOŚCIELNY W., NIEWCZAS W. – Zbiór zadań z podstaw automatyki, Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1980;
4. KOŚCIELNY W. – Materiały pomocnicze do nauczania podstaw automatyki, Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2001 ;
5. KOWAL J. – Podstawy Automatyki – tom 1, UWND, Kraków 2006;
6. KOWAL J. – Podstawy Automatyki – tom 2, UWND, Kraków 2007;
7. OGATA K. – Modern Control Engineering, Prentice Hall International, Inc., NY 1997;
8. PEŁCZEWSKI W. – Teoria sterowania, WNT, Warszawa 1980;
9. TAKAHASHI Y., RABINS M.J. – Sterowanie i systemy dynamiczne, WNT, Warszawa 1976;
10. URBANIAK A. – Podstawy Automatyki, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2001;

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:
  • P. Cupiał, M. Kozioł “The analysis of a smart Jeffcott rotor with direct velocity feedback control in the supercritical range”, Journal of Low Frequency Noise Vibration and Active Control, 2013 vol. 32 no. 3, s. 205–215
  • P. Cupiał “Calculation of the optimum controls of transient vibrations of smart beams and plates”, Mechanics of Advanced Materials and Structures, 2008, vol. 15, s. 258-268
    *P. Cupiał, Ł. Łacny “Neural network control design considerations for the active damping of a smart beam”, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2015, vol. 53, s. 767-774
Informacje dodatkowe:

Brak