Nazwa modułu: Dynamika aparatury pomiarowej Rok akademicki: 2014/2015 Kod: EEL-2-214-PT-s Punkty ECTS: 3 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Elektrotechnika Specjalność: Pomiary technologiczne i biomedyczne Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 2 Strona www: http://galaxy.uci.agh.edu.pl/~waga Osoba odpowiedzialna: dr inż. Gawędzki Wacław (waga@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr inż. Gawędzki Wacław (waga@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 podbudowaną teoretycznie, rozszerzoną, szczegółową wiedzę z zakresu metod pomiarów wielkości zmiennych w czasie, określania właściwości, parametrów i charakterystyk dynamicznych torów pomiarowych, oraz tworzenia modeli matematycznych opisujących właściwości dynamiczne przetworników pomiarowych EL2A_W10 Wynik testu zaliczeniowego M_W002 Ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę umożliwiającą zrozumienie zasad i metod przetwarzania sygnałów dynamicznych przez układy pomiarowe, określania błędów dynamicznych torów pomiarowych. EL2A_W13 Wynik testu zaliczeniowego M_W003 Zna aktualne trendy rozwojowe i osiągnięcia z zakresu stosowanych metod i aparatury pomiarowej do pomiarów dynamicznych. EL2A_W14 Wynik testu zaliczeniowego Umiejętności M_U001 Posiada umiejętność kompleksowego rozwiązywania problemów z zakresu pomiarów wielkości dynamicznych. EL2A_U10 Kolokwium, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych 1 / 6
M_U002 Potrafi wykorzystać poznane metody przetwarzania sygnałów pomiarowych zmiennych w czasie do planowania i przeprowadzania eksperymentów pomiarowych. EL2A_U06 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych, Sprawozdanie M_U003 Potrafi porównać różne warianty realizacji układów pomiarowych oraz konstrukcje czujników pomiarowych do pomiarów dynamicznych ze względu na zadane kryteria użytkowe i ekonomiczne (dokładność, szybkość działania, odporność na zakłócenia, koszt, niezawodność itp.) EL2A_U14, EL2A_U15 Kolokwium, Aktywność na zajęciach Kompetencje społeczne M_K001 Potrafi myśleć i działać w sposób twórczy, samodzielny, ma świadomości roli społecznej absolwenta uczelni technicznej. EL2A_K01 Aktywność na zajęciach, Zaangażowanie w pracę zespołu Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 Umiejętności Ma podbudowaną teoretycznie, rozszerzoną, szczegółową wiedzę z zakresu metod pomiarów wielkości zmiennych w czasie, określania właściwości, parametrów i charakterystyk dynamicznych torów pomiarowych, oraz tworzenia modeli matematycznych opisujących właściwości dynamiczne przetworników pomiarowych Ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę umożliwiającą zrozumienie zasad i metod przetwarzania sygnałów dynamicznych przez układy pomiarowe, określania błędów dynamicznych torów pomiarowych. Zna aktualne trendy rozwojowe i osiągnięcia z zakresu stosowanych metod i aparatury pomiarowej do pomiarów dynamicznych. + - - - - - - - - - - + - - - - - - - - - - + - - - - - - - - - - 2 / 6
M_U001 M_U002 M_U003 Posiada umiejętność kompleksowego rozwiązywania problemów z zakresu pomiarów wielkości dynamicznych. Potrafi wykorzystać poznane metody przetwarzania sygnałów pomiarowych zmiennych w czasie do planowania i przeprowadzania eksperymentów pomiarowych. Potrafi porównać różne warianty realizacji układów pomiarowych oraz konstrukcje czujników pomiarowych do pomiarów dynamicznych ze względu na zadane kryteria użytkowe i ekonomiczne (dokładność, szybkość działania, odporność na zakłócenia, koszt, niezawodność itp.) Kompetencje społeczne M_K001 Potrafi myśleć i działać w sposób twórczy, samodzielny, ma świadomości roli społecznej absolwenta uczelni technicznej. Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład PROGRAM WYKŁADÓW. 1. Właściwości dynamiczne toru pomiarowego (2 godz.). Podstawowe problemy pomiarów dynamicznych, pomiary dynamiczne a statyczne, aparat matematyczny do analizy sygnałów dynamicznych. 2. Parametry i charakterystyki dynamiczne aparatury pomiarowej (4 godz.). Określanie parametrów charakteryzujących w dziedzinie czasu, charakterystyki częstotliwościowe, metody ich pomiarowego wyznaczania. 3. Właściwości sygnałów zdeterminowanych. Sygnały wolno- i szybkozmienne. (2 godz.). Pojęcie oraz metody matematycznego opisu przetwarzania sygnałów wolno- i szybkozmiennych. 4. Błędy dynamiczne. (5 godz.). Matematyczne modele wzorców właściwości dynamicznych, wzorce transformacji niezniekształcających, wzorce transformacji zadanej funkcji celu, miary błędów dynamicznych, metody i przykłady obliczeń. 5. Optymalizacja parametrów dynamicznych aparatury pomiarowej. (4 godz.). Zasady optymalizacji parametrów dynamicznych aparatury, przykłady optymalizacji parametrów dynamicznych. 6. Korekcja właściwości dynamicznych aparatury pomiarowej. (3 godz.). Korekcja szeregowa, równoległa, ze sprzężeniem zwrotnym, przykłady obliczeń parametrów korektorów, korekcja analogowa i numeryczna. 3 / 6
7. Matematyczny opis dynamiki przetworników pomiarowych wielkości fizycznych za pomocą modeli (4 godz.). Przetworniki liniowe oraz zawierające nieliniowości. Reprezentacja właściwości dynamicznych przetworników za pomocą analogów elektrycznych zjawisk nieelektrycznych. Metody pomiarowego wyznaczania parametrów modeli matematycznych opisujących dynamikę przetworników. 8. Błędy dynamiczne torów pomiarowych z przetwarzaniem analogowo-cyfrowym (2 godz.). Określenie parametrów charakteryzujących, metody badania przetworników A/C test częstotliwości dudnień, test obwiedni, test histogramu, test dopasowanej sinusoidy, test analizy widmowej. Zasady i metody doboru przetworników i aparatury pomiarowej dla pomiarów wielkości dynamicznych. 9. Zasady i metody doboru przetworników i aparatury pomiarowej dla pomiarów wielkości dynamicznych (2 godz.). Ćwiczenia laboratoryjne PROGRAM LABORATORIUM. 1.Wprowadzenie do laboratorium, omówienie merytoryczne ćwiczeń, przepisy BHP, warunki zaliczenia (1 godz.). 2.Podstawowe procedury oprogramowania Matlab. (2 godz.) Funkcje oprogramowania stosowane w analizie sygnałów dynamicznych, metody całkowania numerycznego. 3.Rozwiązywanie zagadnień dynamicznych metodą izolowanej pochodnej. (2 godz.). Zastosowanie oprogramowania Simulink, rozwiązywanie równań różniczkowych opisujących rzeczywiste układy pomiarowe. 4.Badanie właściwości dynamicznych typowych układów liniowych za pomocą programu Matlab cz. I. (2 godz.). Właściwości metrologiczne układów I, II i III rzędu, parametry charakteryzujące układy, charakterystyki czasowe (odpowiedzi: skokowa, impulsowa), charakterystyki częstotliwościowe. 5.Badanie właściwości dynamicznych typowych układów liniowych za pomocą programu Matlab cz. II. (2 godz.). Aproksymacja Pade go funkcji opóźniającej, realizacja i dobór optymalnych parametrów aproksymacji idealnego układu opóźniającego, wyznaczenie błędu aproksymacji funkcji opóźniającej, zastosowania funkcji opóźniającej. 6.Miary błędów dynamicznych. (2 godz.). Sposoby obliczania wartości miar, metody i przykłady obliczeń, porównanie właściwości miar błędów. 7.Optymalizacja właściwości dynamicznych na przykładzie wybranych modeli układów pomiarowych (2 godz.). Zasady optymalizacji parametrów dynamicznych aparatury, przykłady optymalizacji parametrów dynamicznych optymalizacja parametrów układu II rzędu (kryterium średniokwadratowe, wzorce śledzący i opóźniający). 8.Symulacyjne wyznaczanie błędów dynamicznych elementów torów pomiarowych. (2 godz.). Badanie wpływu kształtów sygnałów pomiarowych na błędy dynamiczne. 9.Badanie właściwości dynamicznych różnych typów układów korekcji dynamicznej cz.i. (2 godz.). Przykłady korekcji idealnej, korekcja w strukturze równoległej dobór optymalnych parametrów korektora. 10.Przeprowadzenie kolokwiów i zaliczanie sprawozdań (3 godz.). W ramach modułu zajęcia prowadzone są w formie wykładu (28 godz.) oraz 4 / 6
laboratorium (20 godz.). Sposób obliczania oceny końcowej 1. Warunkiem otrzymania pozytywnej oceny końcowej z przedmiotu jest uzyskanie pozytywnych ocen z kolokwium z wykładu oraz z laboratorium. 2. Ocena końcowa jest wyznaczana na podstawie średniej arytmetycznej ŚR ocen uzyskanych z kolokwium z wykładu (waga 60%) i laboratorium (40%) według następującego algorytmu: ŚR 4.75 ocena 5,0 4.75 > ŚR 4.25 ocena 4,5 4.25 > ŚR 3.75 ocena 4,0 3.75 > ŚR 3.25 ocena 3,5 3.25 > ŚR 3.00 ocena 3,0 Wymagania wstępne i dodatkowe Podstawowe wiadomości w zakresie matematyki, fizyki, metrologii, elektroniki i elektrotechniki. Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. Layer E., Gawędzki W.: Dynamika Aparatury Pomiarowej. Badania i Ocena. PWN Warszawa 1991. 2. Hagel R., Zakrzewski J.: Miernictwo Dynamiczne. WNT Warszawa 1984. 3. Cannon R.H.: Dynamika Układów Fizycznych, WNT Warszawa 1973. 4. Söderström T., Stoica P., Identyfikacja systemów. PWN Warszawa 1997 5. Benaroya H., Mechanical Vibration, Analysis, Uncertainties and Control. Prentice Hall 1998 6. Żyszkowski Z., Podstawy elektroakustyki. WNT Warszawa 1984 7. Magrab E.B., An Engineer s Guide to Matlab. Prentice Hall 2000 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu 1. Layer E., Gawędzki W., Dynamika aparatury pomiarowej: badania i ocean. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1991, 143 s. 2. Gawędzki W., Serzysko B., Zastosowanie transformacji Hilbert Vibration Decomposition do analizy sygnałów parasejsmicznych w dziedzinie czasu. Przegląd Elektrotechniczny, nr 8, 2015, s.7-10. 3. Gawędzki W., Modelowanie obrazów modułów krótkookresowej transformaty Fouriera sygnałów odkształceń i drgań rurociągu oraz podłoża funkcją Gaussa. Pomiary, Automatyka, Kontrola nr 4, 2013, s. 308 311. 4. Gawędzki W., Analiza wpływu drgań gruntu na odkształcenia rurociągów w warunkach ich dodatkowego obciążenia statycznego, Pomiary, Automatyka, Kontrola, vol. 56 (2010), nr 8, 879 882. 5. Tarnowski J., Gawędzki W., Szybka J., Badania dynamicznych odkształceń rurociągów eksploatowanych na terenach górniczych. Czasopismo Techniczne Politechnika Krakowska. Mechanika; 2012, 109 z. 14 s. 297 305. 6. Gawędzki W., Murawski P., Nowak A., Stanowisko laboratoryjne do automatycznego wyznaczania charakterystyk dynamicznych czujników drgań. Pomiary, Automatyka. Kontrola, str. 625-628, vol. 53 Bis, nr 9 2007. 7. Gawędzki W., Dziekan A., Hajto P., Stanowisko laboratoryjne do wyznaczania parametrów termodynamicznych sprężarki tłokowej. Pomiary, Automatyka, Kontrola, 2008, vol. 54, nr 12, s. 883 886. Informacje dodatkowe Brak 5 / 6
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Przygotowanie do zajęć Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 28 godz 20 godz 5 godz 20 godz 5 godz 78 godz 3 ECTS 6 / 6