S Y L A B U S P R Z E D M I O T U

Transkrypt

1 "Z A T W I E R D Z A M" Dziekan Wydziału Mechatroniki i Lotnictwa Prof. dr hab. inż. Radosław TRĘBIŃSKI Warszawa, dnia... NAZWA PRZEDMIOTU: Wersja anglojęzyczna: Kod przedmiotu: S Y L A B U S P R Z E D M I O T U Projektowanie układów regulacji Designing control systems WMLAACSM-PUReg WMLAACNM-PUReg Podstawowa jednostka organizacyjna (PJO): Wydział Mechatroniki i Lotnictwa Kierunek studiów: mechatronika Specjalność: automatyka i sterowanie Poziom studiów: studia drugiego stopnia Forma studiów: studia stacjonarne i niestacjonarne Język prowadzenia: polski Sylabus ważny dla naborów od roku akademickiego: 01/ REALIZACJA PRZEDMIOTU Osoby prowadzące zajęcia (koordynatorzy): dr inż. Marek Jaworowicz PJO/instytut/katedra/zakład: Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Katedra Mechatroniki, Zespół Mechatroniki. ROZLICZENIE GODZINOWE studia stacjonarne semestr forma zajęć, liczba godzin/rygor (x egzamin, + zaliczenie na ocenę, z zaliczenie) punkty ECTS razem wykłady ćwiczenia laboratoria projekt seminarium II 90/x 40 18/z 18/+ 14/+ 6 razem studia niestacjonarne semestr forma zajęć, liczba godzin/rygor (x egzamin, + zaliczenie na ocenę, z zaliczenie) punkty ECTS razem wykłady ćwiczenia laboratoria projekt seminarium II 54/x 16 10/z 18/+ 10/+ 6 razem PRZEDMIOTY WPROWADZAJĄCE WRAZ Z WYMAGANIAMI WSTĘPNYMI SYSTEMY MECHATRONICZNE.. Wymagania wstępne: Zrealizowane elementy projektowania i analizy systemów mechatronicznych INFORMATYKA TECHNICZNA...Wymagania wstępne: Zrealizowane elementy przetwarzania sygnałów i sterowania, implementacji algorytmów sterowania.

2 4. ZAKŁADANE EFEKTY KSZTAŁCENIA Symbol W1 W U1 U U K1 K Efekty kształcenia Student, który zaliczył przedmiot, ma poszerzoną wiedzę z zakresu wykorzystania narzędzi matematycznych do formułowania i rozwiązywania złożonych zadań z analizy i projektowania układów regulacji systemów mechatronicznych ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie wybranych metodyk projektowania układów regulacji oraz symulacji ich działania z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie dotyczące wyboru kryteriów jakościowych, metod projektowania i zakładanych funkcji celów oraz wyboru struktury cyfrowego układu regulacji i regulatora umie opracować dokumentację dotyczącą rozwiązania zadania projektowego oraz umie uzasadnić uzyskane wyniki z badan symulacyjnych działania regulatorów, sterowników i dyskretnych układów regulacji w wykorzystywanych środowiskach programistycznych potrafi zaprojektować model matematyczny, numeryczny i aplikację wdrożeniową regulatora, sterownika z uwzględnieniem kryteriów jakościowych, użytkowych i ekonomicznych oraz norm, stosując podejście systemowe dla układów automatyki potrafi myśleć i działać kreatywnie, ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania potrafi przekazać w zrozumiały sposób efekty swojej pracy twórczej, jako kreatywny i komunikatywny inżynier mechatronik odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku K_W01 K_W0 K_U01 K_U0, K_U15 K_U07 K_U1 K_U16 K_K01 K_K0 5. METODY DYDAKTYCZNE Zarówno wykład jak i ćwiczenia rachunkowe, laboratoryjne oraz seminaria są prowadzone metodami aktywizującymi wykorzystując w szczególności: twórcze rozwiązywanie problemów, rozwijając u studentów umiejętność analizy, dyskusji na tematy i zagadnienia obejmujące efekty kształcenia W1 i W Wykłady prowadzone głównie w formie audiowizualnej, z wykorzystaniem prezentacji Ćwiczenia rachunkowe związane z zagadnieniami omawianymi na wykładzie, obejmują przypomnienie, utrwalenie i usystematyzowanie wiedzy wcześniej nabytej, uzyskanej jako rezultat ukierunkowanej pracy własnej poprzez rozwiązywanie zadań i problemów związanych z poprawną metodyką projektowania układów regulacji,, rozumianych jako umiejętności U1 Ćwiczenie laboratoryjne ukierunkowano na wykonanie projektów regulatorów w układach sterowania SM i automatyki przemysłowej, w kontekście umiejętności U i U

3 6. TREŚCI PROGRAMOWE lp temat/tematyka zajęć 1. Analiza warstwowej struktury sterowania i regulacji parametrów maszyn i procesów przemysłowych. Warstwy: jakości i bezpieczeństwa z procesami sterowania i regulacji ERP, MCS, DCC, DCS.. Sformułowanie zadania projektowania regulatorów, algorytmy postępowania projektowego, uwarunkowania realizacji technicznej. Metody i narzędzia projektowania mechatronicznego regulatorów.. Sformułowanie modelu układu zamkniętego i jego postacie obliczeniowe. Projektowanie regulatora w SISO_Design_Tool modele parametryczne i ich modele implementacyjne. 4. Projektowanie metodą lokowania biegunów. Projektowanie w oparciu o model analogowy. Przykłady obliczeniowe dla napędów i procesów technologicznych. Implementacja algorytmów w Matlab/C Projektowanie regulatorów od stanu z kryterium liniowo-kwadratowym LQ i H. Numeryczne metody rozwiązania równania Riccatiego. Rozwiązania z obserwatorami stanu. Implementacja algorytmów w Maltlab/C Projektowanie regulatorów metodą wielomianową, regulator ściśle właściwy jako regulator PID. Regulatory modalne i z ustalonym czasem regulacji Deadbeat. 7. Strojenie regulatora cyfrowego od stanu. Realizacje przemysłowe ciągłych i dyskretnych modeli regulatorów: regulatory aparatowe i modułowe. Projekt i wytwarzanie regulatora ST-707 firmy TECH z Andrychowa. 8. Istota, cele i klasyfikacja układów regulacji adaptacyjnej. Układy z programowalnymi zmianami parametrów regulatora. Układy z identyfikacją modelu. Schematy blokowe i strukturalne, przykłady modeli wybranych regulatorów. 9. Uogólnione modele i klasy dyskretne obiektów, sygnałów i zakłóceń stosowanych w analizie i projektowaniu regulatorów adaptacyjnych. Modele parametryczne i estymacja parametryczna w identyfikacji układów liniowych. 10. Układy regulacji z predyktorem Smitha - modelowanie struktur regulacji analogowej i cyfrowej. Filtr FD_NOI i SOI w torze sterowania dyskretnego. 11. Modele i algorytmy estymatorów RLS i WRLS. Przykłady estymacja parametrów, zmiennych stanu. Algorytm liniowego, dyskretnego filtru Kalmana. 1. Projektowanie regulatorów od stanu z kryterium liniowo-kwadratowym LQG i filtrem Kalmana. Implementacja algorytmów w Matlab/ C Projektowanie regulatorów predykcyjnych, algorytmy DMC i GPC. Implementacja algorytmów w Matlab/C++. liczba godzin wykł. ćwicz. lab. proj. semin. 10 Razem studia stacjonarne Razem studia niestacjonarne *

4 lp temat/tematyka zajęć liczba godzin wykł. ćwicz. lab. proj. semin. TEMATY ĆWICZEŃ RACHUNKOWYCH I PROGRA- MOWANIA 1. Wyznaczenie postaci obliczeniowych modeli układu zamkniętego z kompensatorem w oparciu o wymagania jakościowe dla układu regulacji. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab.. Wyznaczanie obliczeniowych modeli układu zamkniętego i analiza ich właściwości dynamicznych. Obliczanie regulatora od stanu metodą lokowania biegunów SISO Design Tool. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab. 4. Obliczanie regulatora LQ z obserwatorem dla napędu robota przemysłowego. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab. 5. Wyznaczenie metodą wielomianową algorytmu regulatora SISO w układzie prędkościowym napędu DC. Analiza pliku obliczeniowego w C++. Razem- studia stacjonarne 18 Razem studia niestacjonarne 10 TEMATY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH i PROJEK- TÓW 1. Projekt regulatora PID_D w oparciu o model analogowy dla napędu DC w SISO DesignTool.. Projekt regulatora od stanu LQ dla zadanych warunków końcowych.. Projekt regulatora deadbeat z ustalonym czasem regulacji. 4. Projekt filtra FD_NOI dla zadanych warunków toru sygnałowego i zakłóceń. 5. Projekt regulatora predykcyjnego DMC. 6. Opracowanie i testowanie aplikacji dyskretnego filtru Kalmana. Implementacja i testy filtra w Matlab/C++. Projekt regulatora od stanu z liniowym filtrem Kalmana z modelami fizycznymi procesu i zakłóceń. Implementacja regulatora w Matlab/C++ i jego testy. Razem- studia stacjonarne Razem studia niestacjonarne * - zagadnienia realizowane indywidualnie przez studenta studiów niestacjonarnych 10 4*

5 7. LITERATURA podstawowa: J. Brzózka: Ćwiczenia z automatyki w Matlabie i Simulinku, WNT. W. Grega: Metody i algorytmy sterowania cyfrowego w układach scentralizowanych i rozproszonych, Oficyna Wyd. AGH. W. Koziński: Projektowanie regulatorów. Wybrane metody klasyczne i optymalizacyjne, WPW. M. Szymkat: Komputerowe wspomaganie w projektowaniu układów regulacji, WNT. uzupełniająca: P.Tatjewski: Sterowanie zaawansowane obiektów przemysłowych, AOW-EXIT. J. Przepiórkowski: Silniki elektryczne w praktyce elektronika, BTC. M. Jaworowicz: materiały własne 8. SPOSOBY WERYFIKACJI ZAKŁADANYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu Egzamin jest przeprowadzany w formie pisemnego testu sprawdzającego z zadaniami zamkniętymi oraz ustnego zaliczenia sprawozdania z projektu grupowego Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen z przygotowania i wykonania ćwiczeń laboratoryjnych oraz z wykonania i zaliczenia sprawozdań Ocena końcowa z przedmiotu jest średnią ważoną z ocen pisemnego testu egzaminacyjnego, zaliczenia zadań laboratoryjnych oraz projektu grupowego Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych na ocenę odbywa się na podstawie średniej z pozytywnych ocen za wszystkie wykonane i zaliczone ćwiczenia. Efekty W1, W, W, sprawdzane są na dwóch kolokwiach i egzaminie pisemnym w postaci testu sprawdzającego z zadaniami zamkniętymi oraz podczas rozwiązywania zadań laboratoryjnych Przedmiot zaliczany jest na podstawie średniej z pozytywnych ocen za wszystkie efekty kształcenia. Efekt W1 sprawdzany jest podczas sprawdzania wiedzy teoretycznej przed ćwiczenia laboratoryjnymi i podczas kolokwium Efekt W sprawdzany jest głównie podczas ćwiczeń rachunkowych oraz na podstawie zaliczenia zadań laboratoryjnych Efekt W sprawdzany jest głównie podczas kolokwium i egzaminu Efekt U1 sprawdzany jest na ćwiczeniach rachunkowych oraz na podstawie zaliczenia zadań laboratoryjnych Efekt U sprawdzany jest praktycznie podczas ćwiczeń laboratoryjnych Efekt U sprawdzany jest na podstawie zaliczenia projektu grupowego Efekt K sprawdzany jest na podstawie oceny pracy zespołu i zaliczenia projektu grupowego Efekt K sprawdzany jest na podstawie oceny pracy zespołu i zaliczenia projektu grupowego Efekt U1 sprawdzany jest na ćwiczeniach rachunkowych oraz na podstawie zaliczenia zadań laboratoryjnych Ocena Opis umiejętności 5,0 (bdb) informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie, założenia dotyczące wyboru kryteriów jakościowych, metod projektowania i zakładanych 4,5 (db+) 4,0 (db),5 (dst+) funkcji celów oraz wyboru struktury układu regulacji i regulatora informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie, założenia dotyczące wyboru kryteriów jakościowych oraz wyboru struktury układu regulacji i regulatora informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie, założenia dotyczące wyboru struktury układu regulacji i regulatora informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować założenia dotyczące wyboru struktury układu regulacji i regulatora

6 ,0 (dst) informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować założenia dotyczące wyboru struktury układu regulacji Efekt U sprawdzany jest praktycznie podczas ćwiczeń laboratoryjnych Ocena Opis umiejętności 5,0 umie opracować dokumentację dotyczącą rozwiązania zadania projektowego oraz umie zinterpretować i uzasadnić uzyskane wyniki z badan symulacyjnych działania regulatorów, sterowników i (bdb) dys- 4,5 (db+) 4,0 (db),5 (dst+),0 (dst) kretnych układów regulacji w wykorzystywanych środowiskach programistycznych umie opracować dokumentację dotyczącą rozwiązania zadania projektowego oraz umie zinterpretować i uzasadnić uzyskane wyniki z badan symulacyjnych działania regulatorów i dyskretnych układów regulacji w wykorzystywanych środowiskach programistycznych umie opracować dokumentację dotyczącą rozwiązania zadania projektowego oraz umie zinterpretować uzyskane wyniki z badan symulacyjnych działania regulatorów i dyskretnych układów regulacji w wykorzystywanych środowiskach programistycznych umie opracować dokumentację dotyczącą rozwiązania zadania projektowego oraz umie zinterpretować uzyskane wyniki z badan symulacyjnych działania dyskretnych układów regulacji w wykorzystywanych środowiskach programistycznych umie zinterpretować uzyskane wyniki z badan symulacyjnych działania dyskretnych układów regulacji w wykorzystywanych środowiskach programistycznych Efekt U sprawdzany jest na podstawie zaliczenia projektu grupowego Ocena Opis umiejętności 5,0 potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi, symulatorami i narzędziami komputerowego wspomagania projektowania, wytwarzania i eksploatacji do projektowania, (bdb) wytwarzania i eksploatacji urządzeń sterujących. Potrafi zaprojektować aplikację wdrożeniową regulatora, sterownika z uwzględnieniem kryteriów jakościowych, użytkowych i ekonomicznych oraz 4,5 (db+) 4,0 (db),5 (dst+),0 (dst) norm, stosując podejście systemowe dla układów automatyki potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi, symulatorami i narzędziami komputerowego wspomagania projektowania, wytwarzania i eksploatacji do projektowania, wytwarzania i eksploatacji urządzeń sterujących. Potrafi zaprojektować aplikację wdrożeniową regulatora, sterownika z uwzględnieniem kryteriów jakościowych, użytkowych i ekonomicznych oraz norm potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi, symulatorami i narzędziami komputerowego wspomagania projektowania, wytwarzania i eksploatacji do projektowania, wytwarzania i eksploatacji urządzeń sterujących. Potrafi zaprojektować aplikację wdrożeniową regulatora, sterownika z uwzględnieniem kryteriów jakościowych oraz norm Potrafi zaprojektować model matematyczny i numeryczny regulatora, sterownika z uwzględnieniem kryteriów jakościowych oraz norm Potrafi zaprojektować model matematyczny regulatora, sterownika z uwzględnieniem kryteriów jakościowych Efekt K1 i K sprawdzany jest na podstawie obserwacji grupy podczas ćwiczeń rachunkowych i laboratoryjnych. Ocena za osiągnięcie tego efektu jest uzyskana łącznie z osiągnięciem efektów W1 i W Autor sylabusa... dr inż. Marek Jaworowicz Kierownik Katedry Mechatroniki... Prof. dr hab. inż. Bogdan ZYGMUNT