Wojskowa Akademia Techniczna - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Technika obliczeniowa i symulacyjna

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: WELDECSI-TOiS
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Technika obliczeniowa i symulacyjna
Jednostka: Wydział Elektroniki
Grupy:
Punkty ECTS i inne: (brak) Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.

zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Forma studiów:

stacjonarne

Rodzaj studiów:

I stopnia

Rodzaj przedmiotu:

obowiązkowy

Forma zajęć liczba godzin/rygor:

W 18/+, C 6/+, L 20/+

Przedmioty wprowadzające:

Algebra z geometrią analityczną / macierze i działania na nich, układy równań liniowych, metoda eliminacji Gaussa, baza i wymiar przestrzeni wektorowej, iloczyn skalarny wektorów;

Analiza matematyczna 1 / rachunek różniczkowy, całka nieoznaczona, szereg potęgowy Taylora i trygonometryczny Fouriera;

Elektrotechnika / metody analizy obwodów elektrycznych prądu stałego i zmiennego;

Elektronika / modele el. półprzewodnikowych, wzm. pasmowe.

Programy:

Kierunek: Energetyka / specjalności: elektroenergetyka

Autor:

dr hab. inż. Andrzej Dobrowolski

Bilans ECTS:

Zajęcia z nauczycielem (50 godziny):

18 - wykład

6 - ćwiczenia rachunkowe

20 - ćwiczenia laboratoryjne

6 - konsultacje


Praca własna studenta (40):

12 - przygotowanie do ćwiczeń rachunkowych

22 - przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych

6 - przygotowanie do zaliczenia


Zakładając, że jeden punkt ECTS odpowiada 30 godzinom, otrzymuje się 90/30 = 3 punkty ECTS

Skrócony opis:

Przedmiot służy poznaniu technik obliczeniowych (formuł matematycznych oraz algorytmów komputerowych) przeznaczonych do rozwiązywania (symulacji) obwodów elektrycznych. Przedstawiane techniki mają zastosowanie zarówno do obwodów prądu stałego jak i zmiennego, analizowanych w dziedzinie czasu oraz częstotliwości. Przedmiot jednocześnie zapoznaje i uczy obsługi wybranych aplikacji do symulacji układów elektronicznych opartych na implementacji standardu SPICE.

Pełny opis:

Wykłady / metody dydaktyczne: werbalno-wizualna prezentacja treści programowych z wykorzystaniem technik audiowizualnych; podanie informacji teoretycznych i wskazanie przykładów ilustrujących teorię; podanie tematów do samodzielnego studiowania.

Tematy kolejnych zajęć (po 2 godziny lekcyjne):

1. Symulacja i eksperyment komputerowy.

Wprowadzenie do tematyki przedmiotu. Zasady realizacji i zaliczenia przedmiotu. Korzyści i ograniczenia symulacji komputerowej. Komputerowe opracowanie wyników pomiarów.

2. Komputerowe formułowanie równań obwodu.

Komputerowe modele elementów układu. Zmodyfikowana metoda węzłowa. Algorytmizacja procesu formułowania równań. Algorytm eliminacji Gaussa. Algorytm LU. Problematyka macierzy rzadkich.

3. Analiza stałoprądowa obwodów nieliniowych.

Algorytm Newtona-Raphsona. Modele iterowane elementów. Modyfikacje algorytmu poprawiające zbieżność obliczeń: ustalanie wartości startowych, metoda parametryzacji źródeł, metoda omijania, dobór minimalnych i maksymalnych konduktancji.

4. Małosygnałowe analizy częstotliwościowe.

Analiza stanu ustalonego. Analiza zniekształceń nieliniowych. Analiza szumowa.

5. Analiza czasowa.

Metody całkowania numerycznego w kontekście sieci stowarzyszonej określającej własności dynamiczne obwodu. Modele stowarzyszone elementów reaktancyjnych. Zbieżność i stabilność algorytmów całkowania numerycznego. Istota i metody dynamicznej zmiany kroku.

6. Analiza widmowa.

Transformacja Fouriera: geneza, interpretacja fizyczna i podstawowe własności DFT. Zjawisko przecieku. Okienkowanie sygnału. Algorytmy FFT.

7. Analiza wrażliwościowa i statystyczna.

Analiza wrażliwościowa. Analiza Monte Carlo. Analiza najgorszego przypadku.

8. Wprowadzenie do standardu SPICE.

Rodzaje analiz, zasady opisu układu, instrukcje sterujące. Skryptowy język komend (ICL).

9. Przegląd implementacji standardu SPICE.

ICAP/4Win, Micro-Cap, MultiSim, OrCAD PSpice A/D, TINA Pro. Kolokwium zaliczeniowe.

Ćwiczenia / metody dydaktyczne: repetytorium i utrwalenie elementów treści programowych; dyskusja; podanie zadań rachunkowych do samodzielnego rozwiązania.

Tematy kolejnych zajęć (po 2 godziny lekcyjne):

1. Komputerowe formułowanie równań obwodu.

Zastosowanie zmodyfikowanej metody węzłowej oraz algorytmu eliminacji Gaussa do rozwiązania przykładowego obw. liniowego.

2. Analiza stałoprądowa obwodu nieliniowego.

Zastosowanie algorytmu Newtona-Raphsona oraz modeli iterowanych elementów nieliniowych do rozwiązania przykładowego obwodu nieliniowego prądu stałego.

3. Analiza czasowa obwodu reaktancyjnego.

Zastosowanie metod całkowania numerycznego oraz modeli stowarzyszonych elementów reaktancyjnych do rozwiązania przykładowego obwodu.

Laboratoria / metody dydaktyczne: zastosowania praktyczne poznawanych algorytmów i metod obliczeniowych.

Tematy kolejnych zajęć (po 4 godziny lekcyjne):

1. Badanie algorytmów analizy stałoprądowej.

Implementacja i weryfikacja algorytmów analizy stałoprądowej w środowisku Matlab.

2. Badanie algorytmów analizy czasowej i widmowej.

Implementacja i weryfikacja algorytmów analizy czasowej i widmowej w środowisku Matlab.

3. Symulatory układów elektronicznych.

Przegląd możliwości edycyjnych i obliczeniowych wybranych aplikacji do projektowania i symulacji układów elektronicznych opartych na implementacji standardu SPICE.

4. Zaawansowane metody symulacji w języku SPICE.

Przeprowadzenie zaawansowanych analiz przykładowych obwodów elektronicznych z wykorzystaniem pakietu ICAP.

5. Makromodele i analiza parametryczna w języku SPICE.

Praktyczne zapoznanie się z ideą tworzenia makromodeli w pakiecie ICAP oraz przeprowadzenie przykładowej analizy parametrycznej obwodu elektronicznego.

Literatura:

Podstawowa:

1. A. Dobrowolski, Pod maską SPICE'a. Metody i algorytmy analizy układów elektronicznych, BTC, Warszawa 2004

2. A. Dobrowolski, J. Kaźmierczak, P. Komur, A. Malinowski, Laboratorium z komputerowej analizy układów elektronicznych, Wydawnictwo WAT, Warszawa 2007

Uzupełniająca:

1. A. Dobrowolski, Z. Jachna, E. Majda, M. Wierzbowski, Elektronika – ależ to bardzo proste!, BTC, Legionowo 2013

2. S. Osowski, A. Cichocki, K. Siwek, MATLAB w zastosowaniu do obliczeń obwodowych i przetwarzania sygnałów, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2006

3. L. O. Chua, Pen-Min Lin, Komputerowa analiza układów elektronicznych. Algorytmy i metody obliczeniowe, WNT, Warszawa 1981

4. J. Ogrodzki, Komputerowa analiza układów elektronicznych, PWN, Warszawa 1994

5. Z. Kosma, Metody numeryczne dla zastosowań inżynierskich, Wydawnictwo PR, Radom 2007

Efekty uczenia się:

W1 / Student zna i rozumie komputerowe metody formułowania równań obwodu, metody stałoprądowej i zmiennoprądowej analizy obwodów liniowych i nieliniowych, metody analizy czasowej i widmowej oraz metody analizy wrażliwościowej i statystycznej / K_W01

W2 / Student zna specjalizowane komputerowe narzędzia do projektowania i symulacji analogowych układów elektronicznych, takie jak: ICAP/4Win, Micro-Cap, MultiSim, OrCAD PSpice A/D, TINA Pro oraz uniwersalne środowisko do obliczeń naukowo-technicznych Matlab / K_W14

U1 / Student potrafi wykorzystać poznane metody i modele matematyczne oraz narzędzia symulacji komputerowej do analizy i oceny działania elementów elektronicznych oraz układów analogowych / K_U07

U2 / Student potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi i symulatorami w celu symulacji, projektowania i weryfikacji analogowych układów elektronicznych / K_U13

U3 / Student potrafi ocenić przydatność rutynowych metod i narzędzi służących do rozwiązywania prostych zadań inżynierskich, typowych dla elektroniki oraz wybierać i stosować właściwe metody i narzędzia / K_U23

K1 / Student ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz jest gotowy do podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania / K_K04

Metody i kryteria oceniania:

Przedmiot zaliczany jest na podstawie zaliczenia.

Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest zaliczenie pisemnego kolokwium sprawdzającego wiedzę (W1 i W2), które odbywa się na ostatniej godzinie wykładów oraz zaliczenie ćwiczeń i laboratoriów.

Ćwiczenia, sprawdzające umiejętności (U1 i U3), zaliczane są na podstawie kolokwiów wstępnych oraz pracy bieżącej.

Laboratoria, sprawdzające umiejętności (U1, U2 i U3) oraz kompetencje (K1), zaliczane są na podstawie kolokwiów wstępnych, pracy bieżącej i sprawozdań.

Praktyki zawodowe:

Nie dotyczy.

Przedmiot nie jest oferowany w żadnym z aktualnych cykli dydaktycznych.
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Wojskowa Akademia Techniczna.
ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa 46 tel: +48 261 839 000 https://www.wojsko-polskie.pl/wat/ kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.2.0-1 (2024-03-12)