Nazwa przedmiotu: MODELOWANIE I SYMULACJA UKŁADÓW STEROWANIA Kierunek: Mechatronika Rodzaj przedmiotu: Rodzaj zajęć: wykład, laboratorium I KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE C1. Zapoznanie studentów z problematyką poprzez omówienie elementów składowych układów, przedstawienie techniki ich i symulacji w środowisku Matlab/Simulink, jak również poprzez przykłady typowych aplikacji realizowanych w tym środowisku modelująco-symulacyjnym. C2. Nabycie przez studentów praktycznych umiejętności korzystania ze środowiska Matlab/Simulink w zakresie typowych zagadnień dotyczących układów takich jak: identyfikacja obiektów regulacji, regulacji, dobór nastaw regulatorów, badanie i ocena stabilności układów regulacji. WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI 1. Wiedza z zakresu matematyki, elektroniki, podstawy automatyki i teorii. 2. Umiejętność wykonywania działań matematycznych do rozwiązywania postawionych zadań związanych doborem parametrów regulatorów, rozwiązywanie równań różniczkowych. Znajomość rachunku operatorowego. 3. Umiejętność korzystania z różnych źródeł informacji w tym z instrukcji i dokumentacji technicznej. 4. Umiejętności pracy samodzielnej i w grupie. 5. Umiejętności prawidłowej interpretacji i prezentacji własnych działań. EFEKTY KSZTAŁCENIA MODELING AND SIMULATION OF CONTROL SYSTEMS Poziom przedmiotu: I stopnia Liczba godzin/tydzień: 1W, 2L Kod przedmiotu: S2_02 Rok: III Semestr: VI Liczba punktów: 3 ECTS EK 1 identyfikuje i objaśnia podstawowe zagadnienia z zakresu i symulacji układów, EK 2 potrafi obsługiwać środowisko symulacyjne (Matlab/Simulink) w zakresie wystarczającym do, EK 3 potrafi wyjaśnić jak poznać właściwości statyczne i dynamiczne obiektów regulacji i jakie są właściwości regulatorów, EK 4 potrafi opisać ogólne warunki i kryteria stabilności układu regulacji, EK 5 potrafi wykorzystać dostępne w środowisku symulacyjnym elementy do zbudowania kompletnego układu i przeprowadzić jego badania symulacyjne, EK 6 potrafi tak dobrać regulator i jego nastawy dla dowolnego obiektu regulacji, by uzyskać wymagane parametry jakości regulacji oraz potrafi określić stabilność wybranych układów regulacji
EK 7 potrafi zaprojektować oraz zrealizować i przebadać prosty układ regulacji, EK 8 potrafi przygotować sprawozdanie z przebiegu realizacji ćwiczeń. TREŚCI PROGRAMOWE Forma zajęć WYKŁADY Liczba godzin W 1 Wprowadzenie do układów. Omówienie środowiska Matlab/Simulink. 1 W 2 Modele matematyczne obiektów regulacji. 1 W 3 Charakterystyki czasowe obiektów regulacji. Przykłady obiektów regulacji. 1 W 4 Charakterystyki częstotliwościowe. Tworzenie charakterystyk w Matlabie. 1 W 5 Regulatory. Rodzaje, parametry. Transmitancje, charakterystyki skokowe i 1 amplitudowo-fazowe. W 6 Regulacja. Dokładność statyczna i dynamiczna. Odpowiedzi układu statycznego i 1 astatycznego. W 7 Dobór nastaw regulatorów. Schematy blokowe, przekształcanie schematów. 1 W 8 Przykłady schematów blokowych. Grafy przepływu sygnałów. 1 W 9 Stabilność. Ogólne warunki stabilności. Wpływ lokalizacji pierwiastków na 1 stabilność układu. W 10 Kryteria stabilności. Przykłady układów regulacji. 1 W 11 Logarytmiczne kryterium stabilności. Zapas stabilności. 1 W 12 Synteza układów liniowych automatycznego. 1 W 13 Podstawowe algorytmy. 1 W 14 Sterowanie cyfrowe. 1 W 15 Synteza układów przełączających. 1 Forma zajęć LABORATORIUM Liczba godzin L 1 Zapoznanie się ze środowiskiem Matlab/Simulink. 2 L 2 Charakterystyki czasowe obiektów regulacji. 2 L 3 Charakterystyki częstotliwościowe obiektów regulacji. 2 L 4 Regulatory. Budowa, charakterystyki. 2 L 5 Układ regulacji. Budowa, dobór regulatora do obiektu regulacji. 2 L 6 Dobór nastaw regulatora metodą Zieglera-Nicholsa. 2 L 7 Odpowiedzi układu statycznego i dynamicznego. 2 L 8 Badanie stabilności układu regulacji. Wpływ parametrów obiektu regulacji na 2 stabilność. L 9 Badanie stabilności układu regulacji. Wpływ parametrów regulatora na stabilność. 2 L 10 Wykorzystanie kryteriów stabilności do określania stabilności wybranych układów 2 regulacji. L 11 Badanie logarytmicznych kryteriów stabilności dla wybranych układów regulacji. 2 L 12 Projekt układu regulacji. Wybór układu, określenie wymagań. 2 L 13 Projekt układu regulacji. Realizacja składowych. 2 L 14 Projekt układu regulacji. Badanie, dobór nastaw, wyznaczenie dokładności 2 statycznej i dynamicznej. Parametry jakości regulacji L 15 Projekt układu regulacji. Dyskusja uzyskanych wyników. 2 2
NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE 1. wykład z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych 2. ćwiczenia laboratoryjne, opracowanie sprawozdań z realizacji przebiegu ćwiczeń 3. przykładowe aplikacje 4. instrukcje do wykonania ćwiczeń laboratoryjnych 5. środowisko programistyczne do realizacji programu ćwiczeń SPOSOBY OCENY ( F FORMUJĄCA, P PODSUMOWUJĄCA). ocena przygotowania do ćwiczeń laboratoryjnych. ocena umiejętności stosowania zdobytej wiedzy podczas wykonywania ćwiczeń. ocena sprawozdań z realizacji ćwiczeń objętych programem nauczania F4. ocena aktywności podczas zajęć. ocena umiejętności rozwiązywania postawionych problemów oraz sposobu prezentacji uzyskanych wyników zaliczenie na ocenę* P2. ocena opanowania materiału nauczania będącego przedmiotem wykładu zaliczenie wykładu (lub egzamin) *) warunkiem uzyskania zaliczenia jest otrzymanie pozytywnych ocen ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych, OBCIĄŻENIE PRACĄ STUDENTA Forma aktywności Godziny kontaktowe z prowadzącym Zapoznanie się ze wskazaną literaturą Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych Wykonanie sprawozdań z realizacji ćwiczeń laboratoryjnych (czas poza zajęciami laboratoryjnymi) Udział w konsultacjach Przygotowanie do zadania sprawdzającego Suma SUMARYCZNA LICZBA PUNKTÓW ECTS DLA PRZEDMIOTU Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału prowadzącego Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym, w tym zajęć laboratoryjnych i projektowych Średnia liczba godzin na zrealizowanie aktywności 15W 30L 45 h 2.5 h 10 h 10 h 5 h 2.5 h 75 h 3 ECTS 2 ECTS 2 ECTS LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA 1. Podstawy automatyki - liniowe układy regulacji; Jerzy Mikulski / Wydawnictwo Politechniki Śląskiej / 2001, 2. Podstawy automatyki. Tom 1; Janusz Kowal / Wydawnictwa AGH / 2006 / 3. Regulatory i układy regulacji; Jerzy Kuźnik / Wydawnictwo Politechniki Śląskiej / 2002, 4. Sterowanie i automatyzacja procesów technologicznych i układów mechatronicznych; Jerzy Świder red. / Wydawnictwo Politechniki Śląskiej / 2006, 5. Urządzenia i systemy mechatroniczne Część II; praca zbiorowa / Wydawnictwo "rea" / 3
2009 /, 6. MATLAB i Simulink, B.Mrozek, Zb.Mrozek:. Poradnik uŝytkownika. Wyd.HELION 2004, 7. Komputerowa symulacja układów automatycznej regulacji w środowisku Matlab/Simulink, B. ŁYSAKOWSKA, G. MZYK, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005 PROWADZĄCY PRZEDMIOT ( IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL) Dr inż. Jerzy Jelonkiewicz, jerzy.jelonkiewicz@iisi.pcz.pl Matryca realizacji i weryfikacji efektów kształcenia Efekt kształcenia EK1 Odniesienie danego efektu do efektów zdefiniowanych dla całego programu (PEK) K_W43_S1_08 K_W54_S2_04 K_W56_S2_06 K_W60_S2_10 Cele przedmiotu C1 Treści programowe L1-15 Narzędzia dydaktyczne EK2 K_W60_S2_10 C1 W1 EK3 K_W60_S2_10 C1 EK4 K_W60_S2_10 C1 EK5 K_U60_S2_10 C2 EK6 K_U60_S2_10 C2 EK7 K_U52_S2_02 K_U60_S2_10 K_U65_S2_15 C2 EK8 K_U12_B_01 C2 W2-6 L2-7 W9-11 L8-11 W1-8 L1-7 W7, W9-11 L6, L8-10 L12-15 L1-15 Sposób oceny P2 P2 F4 F4 2,4 4
II. FORMY OCENY - SZCZEGÓŁY Na ocenę 2 Na ocenę 3 Na ocenę 4 Na ocenę 5 EK1, EK2, EK3 Student identyfikuje i opisuje podstawowe zagadnienia z zakresu, potrafi podać przykłady jej wykorzystania Student nie opisuje podstawowych zagadnień z Student częściowo opisuje wiedzę z zakresu Student opisuje zagadnienia z zakresu,, potrafi wskazać właściwą metodę realizacji zadania z wykorzystaniem środowiska symulacyjnego Student bardzo dobrze identyfikuje oraz opisuje zagadnienia z zakresu materiału objętego programem nauczania, samodzielnie zdobywa i poszerza wiedzę przy użyciu różnych źródeł EK4, EK5, EK6, EK7 rozwiązać praktyczny problem związanych z modelowaniem i symulacją układów EK8 efektywnie prezentować i dyskutować wyniki własnych działań zrealizować prostej aplikacji dotyczącej układu z wykorzystaniem środowiska symulacyjnego, nawet z pomocą wytyczonych instrukcji oraz prowadzącego Student nie opracował sprawozdania. zaprezentować wyników swoich badań wykorzystać zdobytej wiedzy, zadania wynikające z realizacji ćwiczeń wykonuje z pomocą prowadzącego sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia, ale nie potrafi dokonać interpretacji oraz analizy wyników własnych badań Student poprawnie wykorzystuje wiedzę oraz samodzielnie rozwiązuje problemy wynikające w trakcie realizacji ćwiczeń sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia, potrafi prezentować wyniki swojej pracy oraz dokonuje ich analizy dokonać wyboru właściwych elementów układu do realizacji zadania oraz wykorzystać środowisko symulacyjne do przygotowania, uruchomienia i testowania aplikacji sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia, potrafi w sposób zrozumiały prezentować, oraz dyskutować osiągnięte wyniki Dopuszcza się wystawienie oceny połówkowej o ile student spełniający wszystkie efekty kształcenia wymagane do oceny pełnej spełnia niektóre efekty kształcenia w stopniu odpowiadającym ocenie wyższej. III. INNE PRZYDATNE INFORMACJE O PRZEDMIOCIE 1. Wszelkie informacje dla studentów (prezentacje do zajęć, instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych, przykładowe aplikacje) dostępne są na stronie internetowej http://www.iisi.pcz.pl. 2. Informacja na temat konsultacji przekazywana jest studentom podczas pierwszych zajęć danego z przedmiotu. 5