Projektowanie układów regulacji

stacjonarne

II stopnia

obowiązkowy

W 40/X; C 18/z; L 18/+; P 12/+ Razem: 88

- Numeryczne metody obliczeniowe

- Projektowanie i badanie maszyn i mechanizmów

- Systemy mechatroniczne

semestr drugi/ mechatronika/ automatyka i sterowanie

dr inż. Marek Jaworowicz

Aktywność / obciążenie studenta w godz:

1. Udział w wykładach / 40

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów i przygotowanie do egzaminu / 10

3. Udział w ćwiczeniach / 18

4. Samodzielne przygotowanie się do ćwiczeń / 10

5. Udział w laboratoriach / 18

6. Samodzielne przygotowanie się do laboratoriów / 10

7. Samodzielne wykonanie projektu /12

8. Udział w konsultacjach / 4

9. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 124 / 6 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1.+3.+5.+8.+9.=82 / 3 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym: 5.+7.=30 / 3 ECTS

Zakres przedmiotu obejmuje zagadnienia dotyczące metod matematycznych projektowania struktur regulatorów linowych dala obiektów i procesów o znanych właściwościach oraz z wykorzystaniem estymatorów linowych stanu RLS, WRLS oraz liniowego filtru Kalmana. Uzyskane rozwiązania po symulacji w środowisku Matlab/ C++ są implementowane w torze sygnałowym fizycznego układu regulacjiw ramach projektu.

Dodatkowo, modelowane są algorytmy predykcyjne DMC i GPC.

Wykład/ metoda werbalno-wizualna z wykorzystaniem nowoczesnych technik multimedialnych

1. Analiza warstwowej struktury sterowania i regulacji parametrów maszyn i procesów przemysłowych. Warstwy: jakości i bezpieczeństwa z procesami sterowania i regulacji – ERP, MCS, DCC, DCS / 2.

2. Sformułowanie zadania projektowania regulatorów, algorytmy postępowania projektowego, uwarunkowania realizacji technicznej. Metody i narzędzia projektowania mechatronicznego regulatorów / 2.

3. Sformułowanie modelu układu zamkniętego i jego postacie obliczeniowe. Projektowanie regulatora w SISO_Design_Tool – modele parametryczne i ich modele implementacyjne / 4.

4. Projektowanie metodą lokowania biegunów. Projektowanie w oparciu o model analogowy. Przykłady obliczeniowe dla napędów i procesów technologicznych. Implementacja algorytmów w Matlab/C++ / 4.

5. Projektowanie regulatorów od stanu z kryterium liniowo-kwadratowym LQ i H2. Numeryczne metody rozwiązania równania Riccatiego. Rozwiązania z obserwatorami stanu. Implementacja algorytmów w Maltlab/C++ / 4.

6. Projektowanie regulatorów metodą wielomianową, regulator ściśle właściwy jako regulator PID. Regulatory modalne i z ustalonym czasem regulacji – deadbeat / 4.

7. Istota, cele i klasyfikacja układów regulacji adaptacyjnej. Układy z programowalnymi zmianami parametrów regulatora. Układy z identyfikacją modelu. Schematy blokowe i strukturalne, przykłady modeli wybranych regulatorów / 4.

8. Uogólnione modele i klasy dyskretne obiektów, sygnałów i zakłóceń stosowanych w analizie i projektowaniu regulatorów adaptacyjnych. Modele parametryczne i estymacja parametryczna w identyfikacji układów liniowych / 4.

9. Filtr FD_NOI i SOI w torze sterowania dyskretnego / 2.

10. Modele i algorytmy estymatorów RLS i WRLS. Przykłady – estymacja parametrów, zmiennych stanu.

Algorytm liniowego, dyskretnego filtru Kalmana / 4.

11. Projektowanie regulatorów od stanu z kryterium liniowo-kwadratowym LQG i filtrem Kalmana.

Implementacja algorytmów w Matlab/ C++ / 2.

12. Projektowanie regulatorów predykcyjnych, algorytmy DMC i GPC.

Implementacja algorytmów w Matlab/C++ / 4.

Ćwiczenia/ metoda analityczno-numeryczna, ćwiczenia przy komputerach

1. Wyznaczanie obliczeniowych modeli układu zamkniętego i analiza ich właściwości dynamicznych / 2.

2. Wyznaczenie postaci obliczeniowych modeli układu zamkniętego z kompensatorem w oparciu o wymagania jakościowe dla układu regulacji. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab / 4.

3. Obliczanie regulatora od stanu metodą lokowania biegunów – SISO Design Tool. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab / 4.

4. Obliczanie regulatora LQ z obserwatorem dla napędu robota przemysłowego. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab / 4.

5. Wyznaczenie metodą wielomianową algorytmu regulatora SISO w układzie prędkościowym napędu DC. Analiza pliku obliczeniowego w C++ / 4.

Laboratoria/ metoda praktyczna

1. Projekt regulatora PID_D w oparciu o model analogowy dla napędu DC w SISO DesignTool. Implementacja regulatora w Matlab/C++ / 3.

2. Projekt regulatora LQ od stanu dla zadanych warunków końcowych. Implementacja regulatora w Matlab/C++ / 3.

3. Projekt filtra FD_NOI dla zadanych warunków toru sygnałowego i zakłóceń. Implementacja regulatora w Matlab/C++ / 3.

4. Opracowanie i testowanie aplikacji dyskretnego filtru Kalmana.

Implementacja i testy filtra w Matlab/C++ / 3.

5. Projekt regulatora predykcyjnego DMC. Implementacja regulatora w Matlab/C++ / 6.

Projekt grupowy/ metoda numeryczno-praktyczna

1. Projekt i implementacja regulatora od stanu z liniowym filtrem Kalmana z modelami fizycznymi procesu i zakłóceń / 8.

2.Implementacja regulatora na platformie sprzętowej i testy układu regulacji na modelu fizycznym / 4.

podstawowa:

1. J. Brzózka: Ćwiczenia z automatyki w Matlabie i Simulinku, WNT.

2. W. Grega: Metody i algorytmy sterowania cyfrowego w układach scentralizowanych i rozproszo-nych, Oficyna Wyd. AGH.

3. W. Koziński: Projektowanie regulatorów. Wybrane metody klasyczne i optymalizacyjne, WPW.

4. M. Szymkat: Komputerowe wspomaganie w projektowaniu układów regulacji, WNT.

dodatkowa:

5. P.Tatjewski: Sterowanie zaawansowane obiektów przemysłowych, AOW-EXIT.

6. J. Przepiórkowski: Silniki elektryczne w praktyce elektronika, BTC.

7. M. Jaworowicz: materiały własne

symbol/ efekt kształcenia/ odniesienie do efektów kształcenia

W1/ ma poszerzoną wiedzę z zakresu wykorzystania narzędzi matema-tycznych do formułowania i rozwiązywania złożonych zadań z analizy i projektowania układów regulacji systemów mechatronicznych / K_W01.

W2/ ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie wybranych metodyk projektowania układów regulacji oraz symulacji ich działania z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania / K_W03.

U1/ potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie dotyczące wyboru kryteriów jakościowych, metod projektowania i zakładanych funkcji celów oraz wyboru struktury cyfrowego układu regulacji i regulatora / K_U01.

U2/ umie opracować dokumentację dotyczącą rozwiązania zadania projektowego oraz umie uzasadnić uzyskane wyniki z badan symulacyjnych działania regulatorów, sterowników i dyskretnych układów regulacji w wykorzystywanych środowiskach programistycznych / K_U03, K_U15, K_U07, K_U13.

U3/ potrafi zaprojektować model matematyczny, numeryczny i aplikację wdrożeniową regulatora, sterownika z uwzględnieniem kryteriów jakościowych, użytkowych i ekonomicznych oraz norm, stosując podejście systemowe dla układów automatyki / K_U16.

K1/ potrafi myśleć i działać kreatywnie, ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania / K_K01.

K2/ potrafi przekazać w zrozumiały sposób efekty swojej pracy twórczej, jako kreatywny i komunikatywny inżynier mechatronik / K_K02.

1. Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu

2. Egzamin jest przeprowadzany w formie ustnej obrony sprawozdań i plików numerycznych do zadań tekstowych oraz ustnego zaliczenia sprawozdania z projektu grupowego.

3. Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen z przygotowania i wykonania ćwiczeń laboratoryjnych oraz z wykonania i zaliczenia sprawozdań.

4. Ocena końcowa z przedmiotu jest średnią ważoną z ocen egzaminu z zadań tekstowych oraz projektu grupowego.

5. Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych na ocenę odbywa się na podstawie średniej z pozytywnych ocen za wszystkie wykonane i zaliczone ćwiczenia.

6. Efekty W1, W2, W3, sprawdzane są na dwóch kolokwiach i egzaminie pisemnym w postaci testu sprawdzającego z zadaniami zamkniętymi oraz podczas rozwiązywania zadań laboratoryjnych

Efekt W1 sprawdzany jest podczas sprawdzania wiedzy teoretycznej przed ćwiczenia laboratoryjnymi i podczas kolokwium

Efekt W2 sprawdzany jest głównie podczas ćwiczeń rachunkowych oraz na podstawie zaliczenia zadań laboratoryjnych

Efekt W3 sprawdzany jest głównie podczas kolokwium i egzaminu

Efekt U1 sprawdzany jest na ćwiczeniach rachunkowych oraz na podstawie zaliczenia zadań laboratoryjnych

Efekt U2 sprawdzany jest praktycznie podczas ćwiczeń laboratoryjnych

Efekt U3 sprawdzany jest na podstawie zaliczenia projektu grupowego

Efekt K2 sprawdzany jest na podstawie oceny pracy zespołu i zaliczenia projektu grupowego

Efekt K3 sprawdzany jest na podstawie oceny pracy zespołu i zaliczenia projektu grupowego

brak