Rok akademicki: 2012/2013 Kod: EIB BR-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Inżynieria Biomedyczna Specjalność: Biomechanika i robotyka

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Serwomechanizmy i zaawansowane systemy sterowania Rok akademicki: 2012/2013 Kod: EIB BR-s Punkty ECTS: 3 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Inżynieria Biomedyczna Specjalność: Biomechanika i robotyka Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 1 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr inż. Micek Piotr (micek_pt@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr inż. Micek Piotr (micek_pt@agh.edu.pl) dr inż. Pluta Janusz (janusz.pluta@agh.edu.pl) Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 Ma wiedzę o rodzajach i sposobie działania układów napędowych IB2A_W09, IB2A_W10, IB2A_W11 Egzamin, Projekt inżynierski M_W002 Ma wiedzę o algorytmach regulacji i spobach sterowania różnymi napędami IB2A_W04, IB2A_W10, IB2A_W11 Egzamin, Wykonanie ćwiczeń Umiejętności M_U001 Potrafi wybrać rodzaj i obliczyć parametry napędu do aplikacji inżynierskiej IB2A_U07 Egzamin, Projekt, Projekt inżynierski M_U002 Potrafi zaprojektować i zbudować układ napędowy mechanizmu z zakresu bioinżynierii i robotyki IB2A_W09 Projekt, Projekt inżynierski, Sprawozdanie M_U003 Potrafi wykorzystywać sterowniki programowalne do sterowania ruchem serwomechanizmów IB2A_U10 Zaangażowanie w pracę zespołu, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych Kompetencje społeczne M_K001 Potrafi współpracować przy realizacji projektów w zespole łączącym wiedzę z różnych dziedzin IB2A_K03 Projekt, Udział w dyskusji, Wykonanie projektu 1 / 5

2 Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład audytoryjne laboratoryjne projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 Ma wiedzę o rodzajach i sposobie działania układów napędowych Ma wiedzę o algorytmach regulacji i spobach sterowania różnymi napędami Potrafi wybrać rodzaj i obliczyć parametry napędu do aplikacji inżynierskiej Potrafi zaprojektować i zbudować układ napędowy mechanizmu z zakresu bioinżynierii i robotyki Potrafi wykorzystywać sterowniki programowalne do sterowania ruchem serwomechanizmów Kompetencje społeczne M_K001 Potrafi współpracować przy realizacji projektów w zespole łączącym wiedzę z różnych dziedzin Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Serwomechanizmy i przykłady ich wykorzystania w medycynie i bioinżynierii Definicja i struktury serwomechanizmów. Przykłady robotów i manipulatorów medycznych. Przykłady zastosowania serwomechanizmów w urządzeniach do rehabilitacji. Rodzaje i parametry napędów Podział napędów ze względu na postać ruchu oraz czynnik dostarczający energii. Wyznaczanie parametrów i dobór napędu Redukcja sił i momentów sił oraz wyznaczanie zastępczych mas i momentów bezwładności układu napędowego. Równanie ruchu układu zastępczego wyznaczenie parametrów napędu. Podstawowe elementy serwomechanizmów Przekładnie, sposoby przenoszenia napędu, sprzęgła, prowadnice 2 / 5

3 Elementy napędowe serwomechanizmów pneumatycznych Sprężarki, siłowniki pneumatyczne, mikrosiłowniki, sztuczne muskuły Elementy sterujące i pomiarowe serwomechanizmów pneumatycznych Zawory, rozdzielacze, zawory proporcjonalne, serwozawory pneumatyczne. Czujniki ciśnienia i przepływu. Elementy napędowe i sterujące serwomechanizmów hydraulicznych Pompy, silniki, siłowniki hydrauliczne. Zawory i rozdzielacze hydrauliczne. Serwozawory hydrauliczne Przykłady rozwiązań serwomechanizmów elektropneumatycznych i elektrohydraulicznych Przykłady układów pneumatycznych i hydraulicznych w zastosowaniach bioinżynierskich. Zalety, wady, problemy. Napędy elektryczne prądu stałego Podział napędów prądu stałego. Charakterystyki, silników skokowych, komutatorowych (PMDC) i bezszczotkowych (BLDC). Zalety, wady i możliwości zastosowania silników prądu stałego w bioinżynierii. Sposoby sterowania napędami prądu stałego Sterowniki silników skokowych i możliwości kształtowania ich charakterystyk. Sterowanie PWM. Komutacja elektroniczna. Napędy prądu zmiennego Silniki asynchroniczne i synchroniczne prądu przemiennego. Charakterystyki silników prądu zmiennego i sposoby sterownia tymi silnikami. Przemienniki częstotliwości. Sterowanie ruchem Rodzaje interpolacji wielowymiarowej, przebiegi sygnałów zadających w sterowaniu ruchem i pozycjonowaniu mechanizmów. Tor ruchu. Układy pomiarowe serwomechnizmów Metody pomiaru parametrów ruchu. Enkodery optyczne i magnetyczne, resolwery, czujniki Halla. Układy regulacji serwomechanizmów Algorytmy regulacji serwomechanizmów. Kaskadowa regulacja PID. Eksperymentalne metody doboru parametrów PID. Dostrajanie regulatorów Elementy konstrukcji serwomechanizmów dla bioinżynierii Przykłady konstrukcji bioinżynierskich. Elementy serwomechanizmów. laboratoryjne Układy sterowania ręcznego siłownikami pneumatycznymi Praktyczna budowa ręcznego układu sterowania z siłownikami jednostronnego i dwustronnego działania. Układy sterowania półautomatycznego siłownikami pneumatycznymi Praktyczna budowa półautomatycznego i automatycznego układu sterowania z siłownikami jednostronnego i dwustronnego działania. Pneumatyczne sekwencyjne elementy sterujace Realizacja układów pneumatycznych ze sterowaniem czasem i liczbą ruchów roboczych. Funkcje sterowania ruchem w sterownikach PLC Podstawy programowania sterowników z wykorzystaniem funkcji pozycjonowania. 3 / 5

4 Badanie charakterystyk silników skokowych Korzystając z funkcji pozycjonowania sterowników PLC wyznaczane są charakterystyki silników skokowych w zależności od: sposobu podłączenia, napięcia zasilania, prądu zasilania, podziału kroku. Budowa układów sterowania ruchem Realizacja podstawowych funkcji sterowania ruchem serwonapędów z wykorzystaniem sterowników PLC. Realizacja regulatora serwonapedu Budowa układu pozycjonowania napędu prądu stałego. Implementacja algorytmu regulatora PID w sterowniku PLC i badania układu pozycjonowania. projektowe Obliczenie parametrów układu napędowego serwomechanizmu Rozwiązywanie zadań inżynierskich w celu wyznaczenia parametrów układu napędowego wybranego serwomechanizmu. Redukcja sił, momentów, mas i momentów bezwładności. Wyznaczenie wpływu zmian konstrukcji serwomechanizmu na parametry napędu Obliczenie jaki wpływ na napęd mają zmiany konstrukcji układu, np. zmiana przełożenia, skoku śruby itp. Dobór silnika i elementów serwomechanizmu Dobór z katalogów elementów konstrukcyjnych serwomechanizmu spełniających wyznaczone wcześniej parametry Opracowanie sprawozdania z realizacji projektu Opracowanie wyników zadania projektowego w formie pisemnej Sposób obliczania oceny końcowej ocena z egzaminu (50%) + ocena z projektu (25%) ocena z laboratorium 25%) Wymagania wstępne i dodatkowe Umiejętność obsługi komputera, znajomość podstaw elektroniki, znajomość podstaw mechaniki i robotyki, znajomość podstaw automatyki Zalecana literatura i pomoce naukowe Sieklucki G. Automatyka Napędu Wydawnictwo AGH, Kraków 2009 Kozioł R., Sawicki J., Szklarski L. Digital Control of Electric Drives, PWM Wawrszawa 1992 Grzbiela C., Machowski A., Maszyny, urządzenia elektryczne i automatyka w przemysle Ptaszyński L., Przetwornice częstotliwości Envirotech, Poznań 1996 Heimann B., Gerth W., Popp K., Mechatronika Komponenty metody przykłady Szenajch Wiesław; Napęd i sterowanie pneumatyczne WNT 1994 Jerzy Milanowski, Tomasz Kiczkowiak, Pneumatyczne układy sterowniczo-napędowe Koszalin : Wydaw. Uczelniane WSI, Stryczek Stefan, Napęd hydrostatyczny WNT Warszawa 1997 Roboty medyczne = Medical robots.../ pod red. Zbigniewa Nawrata 2007 Katalogi producentów, manuale Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji 4 / 5

5 Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem Udział w ćwiczeniach projektowych Wykonanie projektu Przygotowanie do zajęć Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 2 godz 30 godz 15 godz 12 godz 4 godz 4 godz 10 godz 7 godz 84 godz 3 ECTS 5 / 5