Podstawy automatyki i robotyki - III sem.

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 28/+ ; C 18/+ ; L 14/+ ; Razem: 60

1. Matematyka I / wymagania wstępne: znajomość i umiejętność stosowania rachunku macierzowego, umiejętność rozwiązywania równań, macierzy i wyznaczników, działania na liczbach zespolonych.

2. Matematyka II / wymagania wstępne: znajomość i umiejętność posługiwania się aparatem analizy matematycznej i opisywania zagadnień w jej języku; metody analizy matematycznej, znajomość pojęć, twierdzeń i metod rachunku różniczkowego oraz całkowego funkcji jednej zmiennej i równań różniczkowych zwyczajnych.

3. Matematyka III / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć, twierdzeń i metod rachunku różniczkowego i całkowego funkcji wielu zmiennych oraz szeregów funkcyjnych.

4. Fizyka II / wymagania wstępne: umiejętność stosowania matematyki do opisu zjawisk fizycznych i wykorzystania praw fizyki w technice.

5. Informatyka / wymagania wstępne: znajomość architektury systemów komputerowych, znajomość podstawowych funkcji, typów danych i operacji w języku wysokiego poziomu; umiejętność korzystania z funkcji języka Matlab.

6. Mechanika I / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć i metod mechaniki i umiejętność opisu układów mechanicznych w stanach statycznych i dynamicznych.

7. Metrologia I / wymagania wstępne: znajomość metod i układów pomiarowych do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych; umiejętność posługiwania się przyrządami i wykonywania pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych.

8. Elektrotechnika i elektronika I / wymagania wstępne: znajomość i interpretacja zjawisk fizycznych występujących w obwodach elektrycznych, umiejętność analizy i projektowania obwodów prądu stałego i przemiennego, wybrane elementy elektroniczne, wzmacniacze operacyjne.

semestr studiów III / kierunek Mechatronika /specjalność wszystkie

dr hab. inż. Andrzej SKOMRA, ppłk dr inż. Wojciech KACZMAREK

1. Udział w wykładach - 28 godzin;

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów i przygotowanie do zaliczenia - 30 godzin

3. Udział w ćwiczeniach - 18 godzin;

4. Samodzielne przygotowanie się studenta do ćwiczeń - 27 godziny;

5. Udział w laboratoriach - 14 godzin;

6. Samodzielne przygotowanie się do laboratoriów - 32 godziny;

7. Udział w konsultacjach - 2 godziny;

8. Udział w zaliczeniu - 1 godzina;

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 152 / 6 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1 + 3 + 5 + 7 + 8 = 63 / 4 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym: 5 + 6 = 46 / 2 ECTS

Podstawowe pojęcia: sygnał, element, wejście, wyjście, obiekt regulacji, regulator, układ automatycznej regulacji, stan. Klasyfikacje układów automatycznej regulacji. Metody opisu własności dynamicznych liniowych układów ciągłych. Metody opisu własności dynamicznych liniowych układów ciągłych. System sterowalny. System obserwowalny. Podstawowe człony dynamiczne. Stabilność liniowych układów regulacji automatycznej. Jakość liniowych układów regulacji automatycznej. Korekcja liniowych układów regulacji.

Synteza układów liniowych sterowania automatycznego: synteza metodami klasycznymi; dobór parametrów regulatora.

Robotyka jako dziedzina nauki. Prawa robotyki. Klasyfikacja robotów i manipulatorów. Podstawowe elementy robotów i manipulatorów. Opis przestrzenny robotów i manipulatorów. Układy współrzędnych i ich przekształcanie. Zadanie proste i odwrotne. Wyznaczanie prędkości, przyspieszeń, sił oraz momentów manipulatora. Efektory robotów. Klasyfikacja i charakterystyka.

Wykład / metoda werbalno-wizualna z elementami audiowizualnymi

1. Podstawowe pojęcia: sygnał, element, wejście, wyjście, obiekt regulacji, regulator, układ automatycznej regulacji, stan. Klasyfikacje układów automatycznej regulacji. Charakterystyki statyczne układów automatycznej regulacji. / 2

2. Metody opisu własności dynamicznych liniowych układów ciągłych: transmitancja operatorowa; transmitancja widmowa i charakterystyki częstotliwościowe. / 2

3. Metody opisu własności dynamicznych liniowych układów ciągłych: budowa i przekształcanie schematów blokowych; charakterystyka impulsowa i charakterystyka skokowa; opis układów w przestrzeni stanu. System sterowalny. System obserwowalny. /2

4. Podstawowe człony dynamiczne: człon bezinercyjny; człon całkujący idealny i człon całkujący z inercją; człon różniczkujący idealny i człon różniczkujący z inercją; człon inercyjny pierwszego rzędu; człon inercyjny drugiego rzędu; człon oscylacyjny; człon opóźniający. / 2

5. Stabilność liniowych układów regulacji automatycznej: ogólne warunki stabilności; kryterium Hurwitza; kryterium Michajłowa; kryterium Nyquista; kryterium oparte na charakterystykach logarytmicznych; zapas stabilność. / 2

6. Jakość liniowych układów regulacji automatycznej: dokładność statyczna; układy statyczne i astatyczne; ocena własności dynamicznych na podstawie charakterystyk skokowych i parametrów charakterystyk częstotliwościowych; całkowe kryteria jakości. / 2

7. Korekcja liniowych układów regulacji: istota i cel korekcji; rodzaje korekcji; regulatory i ich typy; regulacja impulsowa; podstawowe struktury systemów sterowania cyfrowego. / 2

8. Synteza układów liniowych sterowania automatycznego: synteza metodami klasycznymi; dobór parametrów regulatora. / 2

9. Robotyka jako dziedzina nauki. Prawa robotyki. Klasyfikacja robotów i manipulatorów. / 2

10. Podstawowe elementy robotów i manipulatorów. / 2

11. Opis przestrzenny robotów i manipulatorów. Układy współrzędnych i ich przekształcanie. / 2

12. Zadanie proste i odwrotne. / 2

13. Wyznaczanie prędkości, przyspieszeń, sił oraz momentów manipulatora. / 2

14. Efektory robotów. Klasyfikacja i charakterystyka. / 2

Ćwiczenia / metoda werbalno-praktyczna

1. Charakterystyki statyczne układów automatycznej regulacji: linearyzacja równań opisujących zachowanie się nieliniowego elementu automatycznej regulacji; konstrukcja wypadkowej charakterystyki statycznej członów połączonych szeregowo i równolegle; wyznaczenie charakterystyki statycznej układu automatycznej regulacji. /2

2. Opis własności dynamicznych liniowych układów ciągłych: zapis równań „wejście-wyjście” dla prostych układów dynamicznych; przykładowe obliczanie transformat i oryginałów funkcji zgodnie z prostym i odwrotnym przekształceniem Laplace’a; wyznaczanie transmitancji operatorowej i widmowej; przykłady zapisu modelu obiektu w postaci równań stanu i równania wyjścia. / 2

3. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe układów automatyki: przykłady obliczania odpowiedzi impulsowej i skokowej układu; przykłady wyznaczenia charakterystyk częstotliwościowych (amplitudowo-fazowej oraz logarytmicznej: modułu i fazy) układu. / 2

4. Stabilność liniowych układów automatyki: przykład zastosowania kryterium Hurwitza; przykład zastosowania kryterium Nyquista; przykład badania stabilności w oparciu o charakterystyki logarytmiczne układu otwartego - określenie zapasu stabilności. / 2

5. Ocena jakości układu regulacji automatycznej w oparciu o parametry charakterystyk częstotliwościowych: zapas stabilności; pasmo przenoszenia; moduł rezonansowy; wskaźnik regulacji. / 2

6. Korekcja liniowych układów regulacji automatycznej: przykład wykorzystania do korekcji logarytmicznej charakterystyki amplitudowej układu otwartego; dobór członu korekcyjnego. / 2

7. Zadanie proste kinematyki. / 2

8. Zadanie odwrotne kinematyki. / 2

9. Wyznaczanie sił i momentów manipulatorów. / 2

Laboratorium / metoda praktyczna

1. Pomiar charakterystyk czasowych i częstotliwościowych podstawowych członów automatyki. / 2

2. Badanie stabilności układu regulacji automatycznej. / 2

3. Modelowanie układu regulacji automatycznej z wykorzystaniem pakietu Matlab/Simulink. / 2

4. Dobór typu regulatora i jego nastaw w procesie syntezy układu regulacji automatycznej. / 2

5. Badanie funkcjonalne robota przemysłowego. / 3

6. Modelowanie kinematyki manipulatorów w środowisku Matlab. / 3

podstawowa:

1. Craig J. J.: „Wprowadzenie do robotyki”, WNT, Warszawa 1995.

2. Dutkiewicz P., Wróblewski W.: „Modelowanie i sterowanie robotów” WN PWN, Warszawa 2003r.

3. Honczarenko J.: „Roboty przemysłowe. Elementy i zastosowanie”, WNT, Warszawa1992

4. Kaczmarek W.: „Podstawy robotyki”, opracowanie własne, Warszawa 2006.

5. Kaczorek T. i inni: Podstawy teorii sterowania. WNT, Warszawa 2005, sygnatura: 60146.

6. Kowal. J.: Podstawy automatyki T1. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kra-ków 2004, sygnatura: 60378.

7. Kowal. J: Podstawy automatyki T2. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kra-ków 2004, sygnatura: 60379.

8. Morecki A. „Podstawy robotyki”, WNT, Warszawa 1994.

uzupełniająca:

1. Konstanty Kurman: Teoria regulacji, Analiza, Projektowanie. WNT, Warszawa 1975, sygnatura: 36874.

2. Morecki A., Knapczyk J., Kędzior K.: „ Teoria mechanizmów i manipulatorów”, WNT, Warszawa 2002r.

3. Mrozek Z.: „Matlab 5.x”, Warszawa 2000.

4. Spong M.,Vidyasager M.: „Dynamika i sterowanie robotów”, WNT, Warszawa 1997.

5. Żelazny M.: Podstawy automatyki, PWN, Warszawa 1976, sygnatura: 38038.

W1 / Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu zagadnień liniowych układów regulacji automatycznej oraz z zakresu podstawowych zagadnień robotyki. / K_W06

W2 / Ma szczegółową wiedzę dotyczącą metod analizy i syntezy liniowych układów regulacji automatycznej oraz konstrukcji robotów i symulacji ich działania z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania. / K_W11

U1 / Potrafi posłużyć się oprogramowaniem Matlab/Simulink do rozwiązywania podstawowych zagadnień z teorii regulacji i sterowania oraz analizować i projektować proste układy automatyki. / K_U12

Metody oceniania

Wykład w formie tradycyjnej z elementami techniki multimedialnej w celu dostarczenia wiedzy określonej efektami W1, W2.

Ćwiczenia rachunkowe polegające na grupowym rozwiązywaniu zadań w celu pogłębienia i utrwalenia wiedzy określonej efektami W1 i W2 oraz opanowania umiejętności U1.

Ćwiczenia laboratoryjne polegające na wykonywaniu przez grupę studentów zadań projektowych i badań różnych elementów automatyki i układów automatycznej regulacji, a także wykorzystaniu rzeczywistych robotów przemysłowych, w celu pogłębienia i utrwalenia wiedzy określonej efektami W1 i W2 oraz opanowania umiejętności U1.

Kryteria oceniania

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną.

Przedmiot zaliczany jest na ocenę na podstawie średniej z pozytywnych ocen z dwóch kolokwiów (jednego z zakresu podstaw automatyki, drugiego z zakresu podstaw robotyki).

Zaliczenie na ocenę jest przeprowadzane w formie dwóch (z zakresu podstaw automatyki i z zakresu podstaw robotyki) pisemnych testów sprawdzających z zadaniami otwartymi.

Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia (pisania kolokwium) jest uzyskanie pozytywnych ocen z zaliczenia ćwiczeń rachunkowych i ćwiczeń laboratoryjnych (oddzielnie dla każdego z zakresów).

Zaliczenie ćwiczeń rachunkowych na ocenę odbywa się na podstawie oceny efektu kształcenia U1, określonego w formie średniej z pozytywnych ocen z dwóch zakresów (podstaw automatyki i podstaw robotyki).

Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych na ocenę odbywa się na podstawie oceny efektu kształcenia U1, określonego w formie średniej z pozytywnych ocen z dwóch zakresów (podstaw automatyki i podstaw robotyki).

Efekty W1, W2, sprawdzane są na dwóch kolokwiach (z zakresy podstaw automatyki i z zakresu podstaw robotyki) oraz podczas rozwiązywania zadań na ćwiczeniach rachunkowych i podczas pytań kontrolnych na ćwiczeniach laboratoryjnych.

Efekt U1 sprawdzany jest na kolokwiach, podczas odpowiedzi i aktywności w wykonywaniu zadań na ćwiczeniach rachunkowych oraz w trakcie odpowiedzi, wykonywania zadań i przygotowywania sprawozdań na ćwiczeniach laboratoryjnych i podczas obrony sprawozdania.