KATEDRA STEROWANIA I INŻYNIERII SYSTEMÓW. Studium podyplomowe Przemysłowe Systemy Robotyki i Automatyki

Transkrypt

1 Spis treści: str. INFORMACJE PODSTAWOWE 2 OPIS STUDIUM 3 STRUKTURA ORGANIZACYJNA STUDIUM 6 PROGRAM STUDIUM 7 LISTA PRZEDMIOTÓW 7 PROGRAM PRZEDMIOTÓW 8

2 Informacje podstawowe Studia realizowane są w ramach zadania 8 - Przygotowanie, otwieranie i realizacja studium podyplomowego "Przemysłowe systemy robotyki i automatyki" projektu Era inżyniera. Rozbudowa potencjału rozwojowego Politechniki Poznańskiej dofinansowanego z Europejskiego Funduszu Społecznego. Studium prowadzone jest przez Pracownię Sterowania i Robotyki Katedry Sterowania i Inżynierii Systemów, Wydziału Informatyki i Zarządzania Politechniki Poznańskiej. Adres katedry: WWW katedry: Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów Politechnika ul. Piotrowo 3A Poznań Kierownik studium: Osoba odpowiedzialna merytorycznie za zadanie 8: prof. dr hab. inż. Krzysztof Kozłowski tel.: (61) Krzysztof.Kozlowski@put.poznan.pl Paweł Szulczyński tel.: (61) fax: (61) Pawel.Szulczynski@put.poznan.pl Biuro Projektu Era inżyniera. Rozbudowa potencjału rozwojowego Politechniki Poznańskiej : Politechnika ul. Piotrowo 5 (budynek A2), Poznań, tel , fax biuro.erainzyniera@put.poznan.pl 2 z 16

3 Opis studium Studium Przemysłowe Systemy Automatyki i Robotyki jest propozycją Pracowni Sterowania i Robotyki Katedry Sterowania i Inżynierii Systemów, Wydziału Informatyki i Zarządzania odpowiadającą na potrzeby kształcenia specjalistów z dziedziny szeroko pojętej automatyki i robotyki. Dotyczy ono najnowszych zastosowań z tej dziedziny, między innymi sterowników PLC, sieci przemysłowych, oprzyrządowania i oprogramowania budynków inteligentnych, programowana robotów przemysłowych oraz mobilnych. Studium to skierowane jest do inżynierów praktyków, po studiach licencjackich lub magisterskich. Przedmioty podstawowe zaproponowane na studium dotyczą specjalistycznych zastosowań automatyki w różnych gałęziach przemysłu, między innymi przemysłu elektronicznego, samochodowego, budynków inteligentnych, zastosowań sterowników PLC. Ćwiczenia dobrane są w taki sposób, aby każdy z uczestników zapoznał się z modelami obiektów rzeczywistych oraz obiektów symulowanych i pozyskał umiejętność posługiwania się nimi zarówno ze strony sprzętowej, jak i programowej. Zdobyte w ten sposób doświadczenie umożliwi przeniesienie nabytych umiejętności wprost do praktyki przemysłowej. Efektem naszej współpracy z lokalnymi i międzynarodowymi firmami, jest systematyczne unowocześnianie naszego procesu kształcenia, dostosowując go do aktualnych zapotrzebowań rynku pracy. Przykładem takim jest chociażby wprowadzenie do cyklu kształcenia przedmiotu Automatyka Budynków jako odpowiedzi na wzrastające zapotrzebowanie na specjalistów z zakresu inteligentnych budynków oraz nowoczesnych instalacji elektrycznych (systemy zasilania podstawowego i rezerwowego), teleinformatycznych oraz rozproszonych systemów monitoringu wykorzystywanych w budownictwie. Dzięki zastosowaniu robotów zyskuje się poprawę jakości (precyzja, elegancja wykonania), zmniejszenie zużycia materiałów i ochronę pracowników przed szkodliwym środowiskiem pracy. W związku ze wzrastającym w ostatnich miesiącach zainteresowaniem krajowych przedsiębiorców możliwością robotyzacji produkcji, wprowadzono do programu przedmiot Programowanie Robotów. Przedmiot ten jest odpowiedzią na zapotrzebowanie ze strony przedsiębiorstw na wysoko wykwalifikowanych pracowników zajmujących się obsługą i programowaniem robotów przemysłowych. 3 z 16

4 Cel studium Celem nauczania jest przekazanie możliwie obszernej i kompletnej wiedzy z zakresu zastosowań systemów automatyki i robotyki. Zadaniem studium jest przygotowanie uczestników do: Samodzielnego rozwiązywania problemów z dziedziny wykorzystania narzędzi szybkiego prototypowania, technik programowania przenośnego oraz sieci przemysłowych i cyfrowych protokołów wymiany informacji w różnych zastosowaniach automatyki. Dalszego pogłębienia specjalistycznego kształcenia w zakresie wykorzystania najnowszych narzędzi praktycznych w automatyce. 4 z 16

5 Wymagane przygotowanie Studium jest skierowane do szerokiego kręgu odbiorców. Przedmioty podstawowe zaproponowane na studium dotyczą specjalistycznych zastosowań automatyki w różnych gałęziach przemysłu, między innymi przemysłu elektronicznego, samochodowego, budynków inteligentnych, zastosowań sterowników PLC oraz inżynierii biomedycznej. Ćwiczenia dobrane są w taki sposób, aby każdy z uczestników pozyskał umiejętność praktycznego posługiwania się zdobytą wiedzą. Wskazane jest posiadanie podstawowej wiedzy z zakresu kursu podstawowego automatyki i robotyki (z kursu licencjackiego lub magisterskiego), opisu układów dynamicznych, działania systemów mikrokomputerowych, znajomość dowolnego systemu operacyjnego (wystarczy w zakresie użytkowania) oraz zrozumienie zasad programowania w dowolnym języku wysokiego poziomu. Kadra Zajęcia są prowadzone przez pracowników Pracowni Sterowania i Robotyki Katedry Sterowania i Inżynierii Systemów. Wykładowcy oraz prowadzący ćwiczenia posiadają nie tylko wysokie kwalifikacje dydaktyczne gwarantujące efektywne przyswajanie prezentowanej wiedzy, ale również duże doświadczenie praktyczne, będące efektem prowadzonych od wielu lat prac konstrukcyjnych i badawczych. Pracownicy są konstruktorami m.in. kilku prototypów robotów mobilnych, robota wspinającego się oraz wielu układów mikroprocesorowych dla zastosowań automatyki w różnych gałęziach przemysłu. 5 z 16

6 Struktura organizacyjna studium Organizacja semestrów Zajęcia odbywają się w piątki, soboty i niedziele. Studium trwa dwa semestry, z których każdy obejmuje ok. 10 zjazdów. W czasie jednego zjazdu, odbywają się zarówno wykłady oraz ćwiczenia rachunkowe. Plan studiów obejmuje łącznie 110 godziny lekcyjnych wykładów i 100 godzin lekcyjnych ćwiczeń. Miejsce zajęć Zajęcia teoretyczne prowadzone są w salach wykładowych należących do Wydziału Informatyki i Zarządzania 6 z 16

7 Program studium Lista przedmiotów 1. Automatyka Budynków 2. Roboty Mobilne 3. Techniki sztucznej inteligencji w sterowaniu 4. Projektowanie Systemów Automatyki 5. Techniki mikroprocesorowe 6. Sterowniki PLC i sieci przemysłowe 7. Systemy wizyjne w automatyce 8. Napędy robotów 9. Programowanie Robotów 7 z 16

8 Automatyka Budynków Budynek jako system wieloagentowy. Ogólna struktura BMS (Building Management System). Systemy Automatyki Budynków wg Europejskiego standardu EIB. Podstawowe elementy BMS: sterowanie wentylacją i klimatyzacją, sterowanie węzłem cieplnym, sterowanie instalacji wod-kan., sterowanie agregatami wody lodowej, sterowanie oświetleniem, sterowanie pracą wind, oddymanie, instalacja tryskaczowa, kontrola zużycia energii (ciepło,prąd,woda). Zasilanie awaryjne budynku. Włamania i kontrola dostępu. Sieć strukturalna. Przykłady rozwiązań budynków inteligentnych w Polsce. Inteligentne Budynki, a Projekt Elektryczny wg standardów stosowanych w Polsce 8 z 16

9 Roboty Mobilne Przekrój zastosowań robotów mobilnych ze szczególnym uwzględnieniem zastosowań w policji i medycynie Proste algorytmy sterowania robotów mobilnych Zastosowanie systemu wizyjnego w sprzężeniu zwrotnym do sterowania robotem mobilnym Wykorzystanie różnych czujników do zadań lokalizacji robota mobilnego Zachowania grupowe robotów mobilnych jako systemu wieloagentowego Ćwiczenia Czujniki i układy pomiarowe robotów mobilnych Metody lokalizacji robotów mobilnych Metody nawigacji i planowania ruchu robotów mobilnych Algorytmy sterowania robotów mobilnych Implementacja eksperymentalna algorytmów sterowania 9 z 16

10 Techniki sztucznej inteligencji w sterowaniu Sztuczne sieci neuronowe podstawy Perceptron i sieci jednowarstwowe Sieci neuronowe wielowarstwowe Sieci radialne Zbiory rozmyte podstawy Zbiory rozmyte (c.d.) i liczby rozmyte Wnioskowanie rozmyte (c.d.) i liczby rozmyte Sterowniki rozmyte i neuro-rozmyte przykłady Algorytmy genetyczne Przykłady zastosowania algorytmów genetycznych Ćwiczenia Modele matematyczne neuronu; funkcje aktywacji; perceptron, algorytm Rosenblatta Liniowa separowalność; algorytm Widrowa-Hoffa; metoda propagacji wstecznej Funkcje charakterystyczne; własności zbiorów rozmytych; podstawowe operacje Iloczyn kartezjański zbiorów rozmytych; zasada rozszerzania; wnioskowanie rozmyte Etapy klasycznego algorytmu genetycznego; przykłady algorytmów ewolucyjnych 10 z 16

11 Projektowanie Systemów Automatyki Zadania systemów automatyzacji i sterowania procesami Opis matematyczny obiektów Układ automatycznej regulacji Regulatory Czujniki pomiarowe Wymagania systemów sterowania procesami Układy sterowania napędami elektrycznymi Układy sterowania napędami pneumatycznymi Wizualizacja procesów przemysłowych Ćwiczenia Przekształcenie Laplace'a Wyznaczanie transmitancji operatorowej, transmitancja widmowa, charakterystyki częstotliwościowe, odwrotne przekształcenie Laplace'a Schematy blokowe Obliczanie uchybu ustalonego Algebraiczne kryteria stabilności. Tablica Routha i kryterium Hurwitza Kryterium stabilności Nyquista Zapas modułu i fazy Przykłady Wizualizacja procesów produkcyjnych 11 z 16

12 Techniki mikroprocesorowe Ćwiczenia Metody opisu i analizy cyfrowych układów sterowania. Teoria dyskretnych układów liniowych. Dyskretna reprezentacja układów ciągłych. Synteza układów cyfrowych. Algorytmy bezpośredniego sterowania cyfrowego. Projektowanie cyfrowych układów sterowania. Analiza skutków kwantyzacji. Automaty skończone i realizacja funkcji logicznych Architektura współczesnych systemów mikrokomputerowych. Najpopularniejsze mikrokomputery jednoukładowe i mikrokontrolery Urządzenia i sposoby sprzęgania obiektu z kontrolno-pomiarowym systemem mikrokomputerowym Typowe zasoby systemów mikrokomputerowych, pamięci oraz sposoby ich wykorzystania, pulpity i konsole operatorskie, urządzenia zobrazowania informacji Komputerowe systemy modułowe w automatyce i robotyce Podział zadań pomiędzy sprzęt i oprogramowanie Uruchamianie i diagnostyka systemów mikrokomputerowych Programowalnej macierzy GAL Procesory rodziny 51 Pomiary analogowe w układach mikroprocesorowych Sterowanie PWM jedno i dwubiegunowe Cyfrowy układ regulacji z wykorzystaniem karty DSP 12 z 16

13 Sterowniki PLC i sieci przemysłowe Wprowadzenie do zagadnień sterowania Budowa i działanie sterownika PLC Języki programowania sterowników Programowanie z wykorzystaniem funkcji blokowych i bloków danych Przemysłowe protokoły komunikacyjne Wykorzystanie komunikacji sieciowej z poziomu języka programowania Ćwiczenia Zapoznanie się z narzędziami programowania sterownika PLC Wykorzystanie podstawowych instrukcji w logice drabinkowej. Posługiwanie się programatorem Realizacja adresowania bezpośredniego i symbolicznego w operacjach logicznych i arytmetycznych Tworzenie układu sterowania rogatką kolejową na podstawie oddziaływania sygnałów z czujników Działanie czasomierzy i liczników, przykłady wykorzystania Blok danych i funkcja blokowa, realizacja regulatora PID 13 z 16

14 Systemy wizyjne w automatyce Wiadomości wstępne ( definicja przetwarzania obrazów, typy transformacji obrazu, budowa systemu wizyjnego, teoria koloru: przestrzenie barw, konwersja między przestrzeniami) Transformacje jednopunktowe obrazu Transformacje lokalne obrazu Transformacje globalne na przykładzie dyskretnej transformacji Fouriera: właściwości i wykorzystanie w filtracji obrazu Matematyczny model kamery. System stereowizyjny. Kalibracja kamery idealnej i rzeczywistej. Sprzężenie wizyjne w układzie sterowania. Przykłady systemów wizyjnych: systemy laboratoryjne, systemy wizyjne przemysłowe Ćwiczenia Przestrzenie barw. Konwersja między przestrzeniami. (Podstawowe typy reprezentacji obrazów. Konwersja między typami obrazów Transformacje jednopunktowe obrazu (wpływ na jasność i kontrast obrazu, prezentacja multimedialna, histogram obrazu, wyznaczanie histogramu, wyrównanie i rozciąganie histogramu, wprowadzenie techniki LUT na przykładzie korekcji gamma, prezentacja wyników na obrazie rzeczywistym) Transformacje lokalne obrazu (filtracja obrazu metodami konwolucyjnymi (filtry liniowe), filtracja dolnoprzepustowa, filtracja górnoprzepustowa, wyostrzanie krawędzi, filtracja nieliniowa na przykładzie filtru medianowego i logicznego Operacje morfologiczne (zbiorowe) we filtracji obrazu Kalibracja kamery idealnej (bez zniekształceń optyki) 14 z 16

15 Napędy robotów Wiadomości wstępne z dziedziny robotyka Kinematyka manipulatorów Dynamika manipulatorów Algorytmy sterowania robotów manipulacyjnych Model silnika elektrycznego Ćwiczenia Parametryzacja macierzy rotacji: kąty Eulera, reprezentacja oś-kąt, kwaterniony jednostkowe. Obroty elementarne. Składanie obrotów. Wyznaczanie macierzy przekształcenia jednorodnego Rozwiązywanie zagadnienia prostego kinematyki dla notacji DH i ZDH Rozwiązywanie zadania odwrotnego kinematyki Wyprowadzanie równania dynamiki manipulatora 2R: rekurencja prędkości, wyznaczania energii kinetycznej i potencjalnej, obliczanie sił uogólnionych, określenie macierzy mas, współczynników C i wektora grawitacji Projektowanie układu sterowania niezależnego pojedynczym ogniwem z regulatorem PD (dobór sprzężenia tachometrycznego i wzmocnienia P), z regulatorem PID oraz sterowanie PID ze sprzężeniem w przód. Wyznaczanie błędów regulacji: od sygnału zadanego i zakłócenia Sterowanie scentralizowane: synteza układu regulacji z dynamiką odwrotną 15 z 16

16 Programowanie Robotów Geneza i rozwój języków programowania robotów Charakterystyka wybranych języków programowania Cechy języków programowania Klasyfikacja języków programowania Przegląd stosowanych języków programowania robotów Przykład zastosowania języka V+ oraz KRL Ćwiczenia Ręczna obsługa przesuwu robota Kalibracja robota Pomiar narzędzia i podstawy Tworzenie programów Programowanie ruchów Programowanie logiki Programowanie chwytaka Podprogramy i pętle Obsługa w trybie pracy z wykorzystaniem automatyki zewnętrznej Programowanie strukturalne 16 z 16