Pytania na egzamin dyplomowy dla I stopnia studiów na kierunku Automatyka i Robotyka 1. Podstawy automatyki i regulacji automatycznej 1.1. Wyjaśnić pojęcie punktu równowagi układu dynamicznego. Podać definicję stabilności (w sensie Lapunowa) oraz stabilności asymptotycznej punktu równowagi układu. 1.2. Podać definicję transmitancji operatorowej G(s) ciągłego, liniowego, stacjonarnego układu dynamicznego. Podać kilka przykładów transmitancji operatorowych elementarnych członów automatyki. 1.3. Podać definicje zer oraz biegunów transmitancji operatorowej G(s). Podać warunek stabilności układu ciągłego opisanego daną transmitancją operatorową. 1.4. Wyjaśnić związek transmitancji operatorowej G(s) układu z jego odpowiedziami w dziedzinie częstotliwości. Wymienić i scharakteryzować dwa wybrane rodzaje charakterystyk częstotliwościowych. 1.5. Co oznaczają pojęcia odpowiedzi (charakterystyki) impulsowej oraz skokowej układu dynamicznego? Przedstawić analityczny sposób wyznaczania tych odpowiedzi dla układu o danej transmitancji G(s). 1.6. Omówić metodę opisu ciągłych, liniowych, stacjonarnych układów dynamicznych w przestrzeni stanów. Podać nazwy oraz rozmiary macierzy występujących w tym opisie. 1.7. Podać definicję wartości własnych macierzy stanu układu. Podać warunek stabilności ciągłego, liniowego, stacjonarnego układu dynamicznego opisanego w przestrzeni stanów. 1.8. Wyjaśnić pojęcia: sterowania oraz regulacji. Omówić działanie układu regulacji dwustanowej (dwupołożeniowej). Podać praktyczny przykład takiego układu regulacji. 1.9. Przedstawić podstawową strukturę układu ciągłej regulacji automatycznej. Omówić występujące w układzie bloki oraz sygnały. Podać wzór na transmitancję układu regulacji z obiektem o transmitancji G o (s) oraz regulatorem o transmitancji G r (s). 1.10. Omówić klasyfikację układów regulacji automatycznej ze względu na przyjęty cel sterowania. 1.11. Omówić trzy wybrane wskaźniki jakości regulacji automatycznej. 1.12. Omówić algorytm regulacji PID. Podać wzory opisujące działanie ciągłego regulatora PID z idealnym różniczkowaniem: w dziedzinie czasu oraz w formie transmitancji operatorowej. 1.13. Wymienić dwie wybrane metody strojenia regulatora PID. Na czym polega działanie funkcji auto-tuningu w regulatorze? 1.14. Przedstawić i omówić zasadę działania układu regulacji kaskadowej. 1
1.15. Sklasyfikować metody dyskretyzacji ciągłych, liniowych, stacjonarnych układów dynamicznych. Omówić na przykładzie metody bezpośredniej z impulsatorem zerowego rzędu (ZOH). Wyjaśnić pojęcia: okresu próbkowania, impulsatora, ekstrapolatora. 1.16. Podać definicję transmitancji operatorowej G(z) dyskretnego, liniowego, stacjonarnego układu dynamicznego. 1.17. Podać definicje zer oraz biegunów transmitancji operatorowej G(z). Podać warunek stabilności układu dyskretnego opisanego daną transmitancją operatorową. 1.18. Omówić metodę opisu dyskretnych, liniowych, stacjonarnych układów dynamicznych w przestrzeni stanów. Podać nazwy oraz rozmiary macierzy występujące w tym opisie. 1.19. Podać warunek stabilności dyskretnego, liniowego, stacjonarnego układu dynamicznego opisanego w przestrzeni stanów. 1.20. Przedstawić strukturę i zasadę działania układu regulacji cyfrowej (dyskretnej). 1.21. Podać wzory opisujące działanie dyskretnego, pozycyjnego regulatora PID: w formie równania różnicowego oraz w formie transmitancji operatorowej. 1.22. Omówić procedurę projektowania dyskretnych układów regulacji metodą czasu ciągłego oraz metodą czasu dyskretnego. 1.23. Podać praktyczne metody doboru okresu próbkowania w projektowaniu dyskretnych układów regulacji. 2. Modelowanie i symulacja komputerowa 2.1. Uzasadnić potrzebę modelowania układów dynamicznych. Podać ograniczenia metod eksperymentalnych oraz przykłady zastosowań modeli. 2.2. Omówić rodzaje modeli: werbalne, ideowe, sprzętowe, matematyczne, komputerowe. 2.3. Co oznacza pojęcie adekwatności modelu? Omówić pojęcie obszaru adekwatności modelu. 2.4. Omówić podstawowe rodzaje metod budowy modeli matematycznych (modelowanie fenomenologiczne, identyfikacja, metoda pośrednia). 2.5. Omówić klasyfikację modeli matematycznych: modele statyczne/dynamiczne, stacjonarne/niestacjonarne, ciągłe/dyskretne, liniowe/nieliniowe, deterministyczne/ stochastyczne, o parametrach skupionych/rozłożonych. 2.6. Omówić procedurę modelowania i symulacji komputerowej w środowisku MATLAB/Simulink. 2.7. Podać definicje błędu obcięcia i błędu zaokrąglenia. Od czego zależy błąd obcięcia i czym spowodowany jest błąd zaokrąglenia? 2.8. Czym różnią się algorytmy wielokrokowe numerycznego rozwiązywania równań różniczkowych od algorytmów jednokrokowych? 2
2.9. Co to znaczy, że dana funkcja spełnia warunek Lipschitza? Jaki jest związek tego warunku z rozwiązywaniem równań stanu układu dynamicznego? 2.10. O czym mówi zasada superpozycji? Dla jakich układów dynamicznych jest ona spełniona? 2.11. Na czym polega metoda Lagrange a II rodzaju? 3. Analiza sygnałów 3.1. Co to jest sygnał? Wymienić podstawowe metody opisu (reprezentacji) sygnałów. 3.2. Dokonać klasyfikacji sygnałów ze względu na rodzaj dziedziny (czas) oraz przeciwdziedziny (amplituda). Co to są sygnały binarne? 3.3. Omówić pojęcia dyskretyzacji oraz kwantyzacji sygnału analogowego. 3.4. Omówić pojęcia sygnału deterministycznego i sygnału stochastycznego. 3.5. Co to jest impuls Diraca? Podać jego właściwości. 3.6. Co to jest biały szum? Podać jego cechy. 3.7. Podać twierdzenie Shannona-Kotelnikowa. 3.8. Co to jest filtr cyfrowy? Omówić filtry FIR oraz IIR. 3.9. Omówić szybką transformatę Fouriera (FFT). Podać przykłady jej zastosowań. 3.10. Omówić pojęcie splotu sygnałów dyskretnych. Podać przykład zastosowania splotu w technice cyfrowego przetwarzania sygnałów. 3.11. Co to są falki? Dla jakich sygnałów analiza falkowa jest lepszym wyborem niż analiza fourierowska? 4. Programowalne systemy sterowania i technologie programowania 4.1. Omówić budowę i zasadę działania sterowników programowalnych (PLC). 4.2. Opisać budowę sterownika kompaktowego i modułowego. Podać przykłady modeli takich sterowników co najmniej dwóch różnych producentów. 4.3. Wymienić i scharakteryzować języki programowania sterowników PLC. 4.4. Wymienić i scharakteryzować protokoły komunikacyjne stosowane w sieciach przemysłowych. 4.5. Opisać i scharakteryzować scentralizowany oraz rozproszony system sterowania oparty o sterowniki PLC. 4.6. Wymienić i opisać funkcje dostępnych modułów rozszerzeń sterowników PLC. 3
4.7. Krótko omówić projektowanie sieci przemysłowych na bazie sterowników PLC. 4.8. Porównać komputerowe sieci przemysłowe z sieciami polowymi, np. typu FIP. 4.9. Wymienić rodzaje diagramów wykorzystywanych do dokumentowania systemów automatyki. 4.10. Porównać diagram stanów UML z metodą modelowania Grafcet i wybraną implementacją języka programowania zgodną z metodą Grafcet. 4.11. Omówić rolę diagramu przypadków użycia, diagramu klas i diagramu wdrożenia w dokumentowaniu systemów automatyki. 4.12. Wymienić kilka typowych modeli cyklu życia oprogramowania przeznaczonego dla systemów sterowania. 4.13. Scharakteryzować różnice między strukturalnymi a obiektowymi językami programowania. Podać przykłady obiektowych języków programowania. 4.14. Omówić krótko proces tworzenia aplikacji wymienić podstawowe fazy typowego cyklu życia oprogramowania. 5. Systemy wbudowane i systemy czasu rzeczywistego 5.1. Podać definicję i cechy systemu wbudowanego. Wymienić przykłady takich systemów. 5.2. Scharakteryzować krótko podstawowe architektury systemów wbudowanych (programowe, sprzętowe). 5.3. Omówić metody zwiększania niezawodności systemów wbudowanych. 5.4. Scharakteryzować podstawowe grupy procedur testowych stosowanych w systemach wbudowanych (białoskrzynkowe, czarnoskrzynkowe, funkcjonalne, incydentalne, itd.). 5.5. Omówić podstawowe elementy architektury mikrokontrolerów. 5.6. Omówić funkcjonowanie przerwań i trybów oszczędzania energii w mikrokontrolerach. 5.7. Czym są procesory sygnałowe (DSP) i co je odróżnia od procesorów ogólnego przeznaczenia? Scharakteryzować architekturę harwardzką i super-harwardzką. 6. Robotyka 6.1. Podać definicję manipulatora. Wymienić kilka typowych przykładów zastosowań manipulatorów. 6.2. Omówić współrzędne manipulatora (wewnętrzne/zewnętrzne, lokalne/globalne). 6.3. Podać definicję kinematyki manipulatora. 4
6.4. Podać definicję łańcucha kinematycznego. 6.5. Omówić podstawowe problemy w opisie kinematyki manipulatora prosty i odwrotny problem kinematyczny. 6.6. Wymienić metody opisu trajektorii ruchu manipulatora. 6.7. Podać zastosowanie równań Lagrange a w opisie dynamiki manipulatora. 6.8. Podać definicję koenergii kinetycznej. 6.9. Omówić klasyfikację chwytaków. 6.10. Wymienić najbardziej popularne grupy czujników stosowanych w robotyce. 6.11. Wymienić najbardziej popularne grupy urządzeń wykonawczych stosowanych w robotyce. 6.12. Podać definicję oraz cechy robota. Wymienić kilka typowych przykładów zastosowań robotów. 6.13. Omówić generacje oraz przyczyny rozwoju robotów. 6.14. Omówić klasyfikację robotów pod względem właściwości geometrycznych. 6.15. Podać definicję oraz przykłady implementacji ławicy. 6.16. Jaki robot może zostać nazwany robotem holonomicznym? 6.17. Wymienić znane środowiska lub języki programowania robotów. 6.18. Omówić przykłady z historii robotyki: dowolny automat Karakuri oraz dowolny inny. Podać przykład współczesnego odpowiednika. 6.19. Czym są roboty humanoidalne? Omówić na przykładzie robotów typu Asimo i NAO. 7. Układy napędowe 7.1. W jaki sposób wyprowadza się równania maszyn elektrycznych w jednostkach względnych? 7.2. Na czym polega bezpośrednie sterowanie prędkością w maszynach prądu stałego? 7.3. Co to jest wektor przestrzenny w transformacji modelu fazowego do modelu dwuosiowego? 7.4. Podać i omówić wzór na wyrażony w jednostkach względnych moment elektromagnetyczny maszyny indukcyjnej w układzie xy0. 7.5. Omówić wyznaczanie kierunku i położenia za pomocą enkodera inkrementalnego. 7.6. Podać przykładowe układy przekształtnikowe stosowane do zasilania napędu. 7.7. Opisać proces doboru silników do manipulatora. 5
8. Energoelektronika 8.1. W jaki sposób określa się klasę napięciową i prądową elementu energoelektronicznego? 8.2. Przedstawić i omówić model dynamiczny zjawisk termicznych złącze-otoczenie dla dowolnego elementu energoelektronicznego. 8.3. Omówić działanie trójfazowego mostka Graetza (prostownika trójfazowego mostkowego). 8.4. Na czym polega komutacja elementów energoelektronicznych w prostowniku i jakie są konsekwencje występowania komutacji? 8.5. Przedstawić charakterystyki statyczne napięciowo-prądowe oraz sposób sterowania najczęściej wykorzystywanych zaworów półprzewodnikowych (dioda, tyrystor SCR, tranzystor BJT, tranzystor IGBT). 8.6. Omówić zasadę działania i sposób sterowania jedno- i dwukierunkowych układów prostowniczych (sterowanych i niesterowanych) oraz sterownika mocy prądu przemiennego. 8.7. Podać definicję współczynnika mocy w układach z przebiegami odkształconymi oraz metody jego poprawy. 9. Przetworniki elektromechaniczne 9.1. Wymienić i krótko scharakteryzować rodzaje maszyn elektrycznych. 9.2. Omówić podstawowe wielkości charakteryzujące każdą maszynę elektryczną (np. poślizg, sprawność, współczynnik mocy, itd.). 9.3. Omówić i scharakteryzować podstawowe stany pracy maszyn elektrycznych (praca silnikowa, hamulcowa, prądnicowa). 9.4. Wymienić sposoby regulacji prędkości obrotowej maszyn synchronicznych, asynchronicznych, oraz prądu stałego. 9.5. Omówić układy sterowania i tryby pracy silnika krokowego oraz silnika BLDC. 10. Systemy wizyjne 10.1. Wymienić główne kategorie metod przekształcania bitmap. 10.2. Omówić główne techniki analizy obrazu stosowane w przemysłowych systemach wizyjnych. 10.3. Wymienić rodzaje kamer stosowanych w systemach wizyjnych. 6