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".. Prof. dr hab. inż. Radosław TRĘBIŃSKI Dziekan Wydziału Mechatroniki i Lotnictwa 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 Sterowanie w systemach mechatronicznych Control of mechatronic systems WMLAEWSI-SwSM, WMLATWSI-SwSM Podstawowa jednostka organizacyjna (PJO): Wydział Mechatroniki i Lotnictwa Kierunek studiów: mechatronika Specjalność: radioelektronika przeciwlotniczych zestawów rakietowych, eksploatacja przeciwlotniczych zestawów rakietowych Poziom studiów: studia pierwszego stopnia Forma studiów: studia stacjonarne dla kandydatów na żołnierzy zawodowych Język realizacji: polski Sylabus ważny dla naborów od roku akademickiego: 0/0. REALIZACJA PRZEDMIOTU Osoby prowadzące zajęcia: dr inż. M. Jaworowicz, dr inż. St. Lipski, mgr inż. Mirosław Makowski, mgr inż. P. Przybylski PJO/instytut/katedra/zakład: Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Katedra Mechatroniki. ROZLICZENIE GODZINOWE semestr forma zajęć, liczba godzin/rygor (x egzamin, + zaliczenie na ocenę, z zaliczenie) punkty ECTS razem wykłady ćwiczenia laboratoria projekt seminarium V 60/x 0 /+ 8/z 5 razem PRZEDMIOTY WPROWADZAJĄCE WRAZ Z WYMAGANIAMI WSTĘPNYMI Podstawy automatyki... Wymagania wstępne: Zrealizowane elementy automatyki i analizy układów automatyki Układy mikroprocesorowe...wymagania wstępne: Zrealizowane elementy budowy i działania elementów funkcjonalnych mikroproces.

2 4. ZAKŁADANE EFEKTY KSZTAŁCENIA Symbol W W W U U U K K Efekty kształcenia Student, który zaliczył przedmiot, zna modele fizyczne elementów i układów mechatronicznych wraz elementami automatyki i teorii sterowania w odniesieniu do algorytmów sterowania i ich technicznej realizacji w systemach mechatronicznych zna sposoby zapisu konstrukcji oraz schematów funkcjonalnych i strukturalnych układów i urządzeń mechatronicznych jako układów regulacji oraz symulacji ich działania i ich modeli z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania rozumie pozatechniczne uwarunkowania działalności inżynierskiej, zna podstawowe zasady bezpieczeństwa i higieny pracy z urządzeniami mechatronicznymi 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, założenia dotyczące wyboru kryteriów jakościowych, metod analizy zakładanych funkcji celów oraz wyboru struktury modelu regulatora i układu mechatronicznego jako układu regulacji potrafi stosować aparat matematyczny właściwy dla dyscyplin naukowych nauczanych na kierunku mechatronika, potrafi rozwiązać podstawowe zagadnienia matematyczne występujące w procesie projektowania układów mechatronicznych umie analizować i projektować proste układy automatyki, potrafi opracować algorytm, potrafi formułować i rozwiązywać proste zadania inżynierskie z dziedziny układów sterowania w systemach mechatroniki potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi, symulatorami i narzędziami komputerowego wspomagania uruchamiania, testowania urządzeń sterujących w systemie mechatronicznym. Potrafi zaplanować, przeprowadzić testy aplikacji regulatora, sterownika oraz dokonać oceny układu z uwzględnieniem kryteriów jakościowych używając właściwych ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania potrafi określić priorytety służące realizacji określonego przez siebie lub innych zadania odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku K_W06 K_W K_W4 K_U0 K_U07 K_U, K_U K_U0, K_U K_K0 K_K04 5. METODY DYDAKTYCZNE Zarówno wykład jak i ćwiczenia rachunkowe, laboratoryjne są prowadzone metodami aktywizującymi wykorzystując w szczególności: twórcze rozwiązywanie problemów, rozwijając u studentów umiejętność analizy, dyskusji na tematy zajęć obejmujące efekty kształcenia W, W, W oraz uruchamiania i testowania prostych sterowanych układów mechatronicznych Wykłady prowadzone głównie w formie audiowizualnej, z wykorzystaniem prezentacji PowerPoint 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 opracowywania algorytmów i ich implementacji w układów mechatronicznych Ćwiczenie laboratoryjne ukierunkowano na uruchomienie, testowanie i ocenę jakościową sterowania w układach mechatronicznych

3 6. TREŚCI PROGRAMOWE lp temat/tematyka zajęć. Sterowanie w strukturze SM w oparciu o zintegrowaną informację o stanie systemu i otoczenia. Inżynieria SM - modele i technologie realizacji w przykładach.. Regulacja kaskadowa PID w układach serwomechanizmów pozycjonowania i regulacji prędkości. Układy PWM oraz sprzężenie sterowników z elementami wykonawczymi - silnikami DC i BLDC.. Projektowanie regulatorów dla napędów osi robotów z wykorzystaniem Control Toolbox/ SISO Design_Tool oraz Signal Constraint/Matlab. 4. Elementy i zespoły układów pneumatycznych, elektropneumatycznych. Zasady budowania schematów EP, realizacje zdarzeń procesowych i czasowych sterowania. 5. Parametry siłowników i zasady ich doboru do układu. Dobór zaworów i elektrozaworów sterujących i pomocniczych. Analiza bilansu powietrza. 6. Łączenie elementów układu EP i jego uruchamianie. Implementacje algorytmów sterowania dyskretnego PID, FLC w układach sterowania procesami. 7. Projektowanie i modelowanie układów sterowania pneumatycznego i elektryczno-pneumatycznego w środowisku Automation Studio/FluidSim. Przykłady aplikacji 8. Przyrządy giroskopowe mechatroniki. Klasyfikacje, konstrukcje, technologie i zastosowania giroskopów w mechatronice. Podstawowa teoria giroskopu. Twierdzenie Rezalya. Reakcja żyroskopu na siły zewnętrzne. Prawo precesji żyroskopu. 9. Nowoczesne giroskopowe systemy orientacji i stabilizacji dla mechatroniki. Giroskopy scalone, laserowe, biochemiczne, nanogiroskopy. 0. Stosowane aplikacje i rozwiązania automatyki z giroskopami. Układy stabilizacji dla modeli dyplomowych sterowanych falą elektromagnetyczną Systemy komunikacyjne i interfejsy z mikrokontrolerami dla giroskopów. Magistrala IC. Interfejs SPI. Interfejs Microwire liczba godzin wykł. ćwicz. lab. proj. semin. Razem- studia stacjonarne 0 8 TEMATY ĆWICZEŃ RACHUNKOWYCH I PROGRA- MOWANIA. Analiza funkcjonalna SM w kontekście zadań sterowania i regulacji.. Wyznaczanie modelu dyskretnego regulatora dla układu jednoosiowego manipulatora z napędem DC. Implementacja regulatora w m.pliku/matlab. Obliczenia siłowników i ich dobór katalogowy na podstawie wymagań procesu. Opracowywanie struktury fizycznej zaworów pneumatycznych i EP realizujących zadaną funkcję logiczną.

4 lp temat/tematyka zajęć 4. Wyznaczanie i badanie symulacyjnego modelu sterowania elektropneumatycznego w środowisku Fluid- Sim. 5. Wyznaczanie ruchu punktu materialnego i ciała sztywnego. Wyznaczanie wyjściowego modelu matematycznego giroskopu na ruchomej podstawie. 6. Wyznaczanie uproszczonych równań ruchu giroskopu. Wyznaczanie ciągłego i dyskretnego modelu badawczego giroskopu. 7. Analiza aplikacji do rejestracji danych z giroskopu MEMS. Określanie położenia kątowego obiektu na podstawie rejestracji danych. Razem- studia stacjonarne TEMATY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH. Badanie napędu pneumatycznego z regulatorami PID, FLC oraz neuronowym.. Łączenie, uruchamianie i badania układu sterowania elektropneumatycznego procesem technologicznym.. Badanie dokładności i powtarzalności sterowania położeniem serwomechanizmu DC. 4. Analiza i uruchamianie aplikacji do rejestracji danych z giroskopu MEMS. Badanie określanie położenia kątowego obiektu na podstawie rejestracji danych. liczba godzin wykł. ćwicz. lab. proj. semin. Razem- studia stacjonarne 8 * - zagadnienia realizowane indywidualnie przez studenta studiów niestacjonarnych 7. LITERATURA podstawowa: W. Kwiatkowski: Podstawy teorii sterowania, WAT 00r. T. Kaczorek i inni; Podstawy teorii sterowania, WNT 006r. J. Brzózka: Ćwiczenia z automatyki w Matlabie i Simulinku, WNT. J. Przepiórkowski: Silniki elektryczne w praktyce elektronika, BTC. M. Szymkat: Komputerowe wspomaganie w projektowaniu układów regulacji, WNT. W. Szenajchi; Napęd i sterowanie pneumatyczne, WNT Warszawa 997r. Z. Koruba J. Osiecki.Elementy mechaniki zaawansowanej. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 007. Massalski J., Massalska M. Fizyka dla inżynierów, Fizyka klasyczna, T. I, WNT, Warszawa 005. Z. Koruba. Elementy teorii i zastosowań giroskopu sterowanego, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 008. uzupełniająca:

5 J. Kwaśniewski: Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, btc, 008. Ljubo Vlacic. Intelligent Vehicle Technologies and trends, e-book, 009. Caterina Ciminelli,Francesco Dell'Olio. Advances in Gyroscope Technologies, Springer, 0. В.А. Матвеев. Гироскоп это просто. Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, e-book, 0. Журавлев В.Ф. Бесплатформенная инерциальная навигационная система минимальной размерности. Изв.РАН МТТ, SPOSOBY WERYFIKACJI ZAKŁADANYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu Egzamin jest przeprowadzany w formie pisemnego testu sprawdzającego z zadaniami zamkniętymi Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen z ćwiczeń rachunkowych z wykorzystaniem środowiska Fluid Sim Ocena końcowa z egzaminu jest średnią ważoną z ocen pisemnego testu egzaminacyjnego i zaliczenia zadań grupowych z ćwiczeń Zaliczenie ćwiczeń na ocenę odbywa się na podstawie średniej z pozytywnych ocen za wszystkie wykonane i zaliczone ćwiczenia. Efekty W, W, W, sprawdzane są na ćwiczeniach i egzaminie pisemnym w postaci testu sprawdzającego z zadaniami zamkniętymi oraz podczas rozwiązywania zadań grupowych na ćwiczeniach laboratoryjnych Efekt W 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 U sprawdzany jest na ćwiczeniach rachunkowych oraz na podstawie zaliczenia zadań laboratoryjnych Efekt U sprawdzany jest praktycznie podczas ćwiczeń rachunkowych i z programami symulacyjnymi Efekt U sprawdzany jest na ćwiczeniach laboratoryjnych oraz na podstawie zaliczenia sprawozdań Efekt K sprawdzany jest na podstawie oceny postępów i zaliczenia sprawozdań z ćwiczeń rachunkowych i pracy w środowisku FluidSim Efekt K sprawdzany jest na podstawie oceny postępów i zaliczenia sprawozdań z ćwiczeń rachunkowych i pracy w środowisku FluidSim Efekt U sprawdzany jest na ćwiczeniach rachunkowych oraz na podstawie zaliczenia zadań laboratoryjnych Efekt U sprawdzany jest na ćwiczeniach rachunkowych oraz na podstawie zaliczenia zadań laboratoryjnych Ocena Opis umiejętności 5,0.potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane (bdb) informacje, dokonywać ich interpretacji,.potrafi wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie, założenia dotyczące wyboru kryteriów jakościowych, metod analizy i zakładanych funkcji celów oraz wyboru struktury układu regulacji 4,5 (db+) 4,0 (db),5 (dst+),0 (dst) i regulatora.potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł;.potrafi wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie, założenia dotyczące wyboru kryteriów jakościowych, metod analizy i zakładanych funkcji celów oraz wyboru struktury układu regulacji i regulatora.potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł;.potrafi wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie, założenia dotyczące wyboru kryteriów jakościowych, metod analizy i zakładanych funkcji celów regulatora.potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł;.potrafi wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie, założenia dotyczące zakładanych funkcji celów regulatora.potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł;.potrafi formułować i uzasadniać opinie, założenia dotyczące zakładanych funkcji celów regulatora

6 Efekt U sprawdzany jest praktycznie podczas ćwiczeń rachunkowych i z programami symulacyjnymi Ocena Opis umiejętności 5,0.umie analizować i projektować proste układy automatyki potrafi sformułować cel sterowania (bdb). potrafi opracować algorytm sterowania i regulacji.potrafi formułować i rozwiązywać proste zadania inżynierskie z dziedziny układów sterowania w systemach mechatroniki potrafi połączyć układ i wykonać testy jego funkcjonowania 4.potrafi obliczyć parametry układu zasilania powietrzem, siłowników i zaworów, dobrać elementy z 4,5 (db+) 4,0 (db),5 (dst+),0 (dst) katalogu producentów, połączyć układ, uruchomić aplikacje sterowania elektropneumatycznego.umie analizować proste układy automatyki potrafi sformułować cel sterowania. potrafi opracować algorytm sterowania i regulacji.potrafi formułować i rozwiązywać proste zadania inżynierskie z dziedziny układów sterowania w systemach mechatroniki potrafi połączyć układ i wykonać testy jego funkcjonowania 4.potrafi obliczyć parametry siłowników, dobrać elementy z katalogu producentów, połączyć układ, uruchomić aplikacje sterowania elektropneumatycznego.umie analizować proste układy automatyki potrafi sformułować cel sterowania. potrafi opracować algorytm sterowania.potrafi formułować i rozwiązywać proste zadania inżynierskie z dziedziny układów sterowania w systemach mechatroniki potrafi połączyć układ i wykonać testy jego funkcjonowania 4.potrafi obliczyć parametry siłowników, dobrać elementy z katalogu producentów, połączyć układ, uruchomić aplikacje sterowania elektropneumatycznego.umie analizować proste układy automatyki potrafi sformułować cel sterowania. potrafi opracować algorytm sterowania.potrafi rozwiązywać proste zadania inżynierskie z dziedziny układów sterowania w systemach mechatroniki potrafi połączyć układ i wykonać testy jego funkcjonowania 4.potrafi połączyć układ, uruchomić aplikacje sterowania elektropneumatycznego.umie analizować proste układy automatyki potrafi sformułować cel sterowania.potrafi rozwiązywać proste zadania inżynierskie z dziedziny układów sterowania w systemach mechatroniki potrafi połączyć układ i wykonać testy jego funkcjonowania.potrafi połączyć układ, uruchomić aplikacje sterowania elektropneumatycznego Efekt U sprawdzany jest na ćwiczeniach laboratoryjnych oraz na podstawie zaliczenia sprawozdań Ocena Opis umiejętności 5,0.potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi, symulatorami i narzędziami komputerowego wspomagania uruchamiania i testowania urządzeń sterujących (bdb).potrafi zaplanować i przeprowadzić testy aplikacji regulatora, sterownika w układzie mechatronicznym.potrafi dokonać oceny układu z uwzględnieniem kryteriów jakościowych używając właściwych 4,5 (db+) 4,0 (db),5 (dst+),0 (dst).potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi, symulatorami i narzędziami komputerowego wspomagania uruchamiania i testowania urządzeń sterujących.potrafi przeprowadzić testy aplikacji regulatora, sterownika w układzie mechatronicznym.potrafi dokonać oceny układu z uwzględnieniem kryteriów jakościowych używając właściwych.potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi, symulatorami i narzędziami komputerowego wspomagania uruchamiania i testowania urządzeń sterujących.potrafi przeprowadzić testy aplikacji regulatora w układzie mechatronicznym.potrafi dokonać oceny układu z uwzględnieniem kryteriów jakościowych używając właściwych.potrafi przeprowadzić testy aplikacji regulatora w układzie mechatronicznym.potrafi dokonać oceny układu z uwzględnieniem kryteriów jakościowych używając właściwych.potrafi przeprowadzić testy aplikacji regulatora w układzie mechatronicznym Autorzy sylabusa... dr inż. Marek Jaworowicz dr inż. Stanisław Lipski Kierownik Katedry Mechatroniki... Prof. dr hab. inż. Bogdan ZYGMUNT