Sterowanie w systemach mechatronicznych V sem.

niestacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 16/x ; C 8/+ ; L 8/z ; Razem: 32

1. Podstawy automatyki / wymagania wstępne: zrealizowane elementy automatyki i analizy układów automatyki.

2. Układy mikroprocesorowe / wymagania wstępne: zrealizowane elementy budowy i działania elementów funkcjonalnych mikroprocesorów.

semestr piaty / kierunek Mechatronika / specjalność Komputerowe techniki w mechatronice

dr inż. Marek Jaworowicz

mgr inż. Piotr Przybylski

Aktywność / obciążenie studenta w godz:

1. Udział w wykładach / 16

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 10

3. ćwiczenia / 8

4. Samodzielne przygotowanie się studenta do ćwiczeń / 8

5. Udział w laboratoriach / 8

6. Samodzielne przygotowanie się studenta do laboratoriów / 8

7. Udział w konsultacjach / 4

8. Przygotowanie do egzaminu / 10

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 98 / 5 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1. + 3. + 5. = 32 / 2 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym: 5. + 6. = 16 / 1 ECTS

Przedmiot obejmuje zagadnienia związane ze sterowaniem układami mechatronicznymi. Studenci zapoznają się na nim np. ze sposobami sterowania napędami elektrycznymi, układami pneumatycznymi i hydraulicznymi oraz sposobami wyznaczania parametrów dla regulatorów PID.

Wykład / metoda werbalno-wizualna z wykorzystywaniem nowoczesnych technik multimedialnych:

1. Sterowanie w strukturze SM w oparciu o zintegrowaną informację o stanie systemu i otoczenia. Inżynieria SM - modele i technologie realizacji w przykładach / 1.

2. Regulacja kaskadowa PID w układach serwomechanizmów pozycjonowania i regulacji prędkości. Układy PWM oraz sprzężenie sterowników z elementami wykonawczymi - silnikami DC i BLDC / 1.

3. Projektowanie regulatorów dla napędów osi robotów z wykorzystaniem Control Toolbox/ SISO Design_Tool oraz Signal Constraint/Matlab / 1.

4. Elementy i zespoły układów pneumatycznych, elektropneumatycznych. Zasady budowania schematów EP, realizacje zdarzeń procesowych i czasowych sterowania / 1.

5. Parametry siłowników i zasady ich doboru do układu. Dobór zaworów i elektrozaworów sterujących i pomocniczych. Analiza bilansu powietrza / 2.

6. Łączenie elementów układu EP i jego uruchamianie.

Implementacje algorytmów sterowania dyskretnego PID, FLC w układach sterowania procesami / 2.

7. Projektowanie i modelowanie układów sterowania pneumatycznego i elektryczno-pneumatycznego w środowisku Automation Studio/FluidSim. Przykłady aplikacji / 2.

8. Przyrządy giroskopowe mechatroniki. Klasyfikacje, konstrukcje, technologie i zastosowania giroskopów w mechatronice.

Podstawowa teoria giroskopu. Twierdzenie Rezalya. Reakcja żyroskopu na siły zewnętrzne. Prawo precesji żyroskopu / 2.

9. Nowoczesne giroskopowe systemy orientacji i stabilizacji dla mechatroniki. Giroskopy scalone, laserowe, biochemiczne, nanogiroskopy / 2.

10. Stosowane aplikacje i rozwiązania automatyki z giro-skopami. Układy stabilizacji dla modeli dyplomowych sterowanych falą elektromagnetyczną. Systemy komunikacyjne i interfejsy z mikrokontrolerami dla giroskopów. Magistrala I2C. Interfejs SPI. Interfejs Microwire / 2.

Ćwiczenia / metoda praktyczna:

1. Wyznaczanie modelu dyskretnego regulatora dla układu jednoosiowego manipulatora z napędem DC. Implementacja regulatora w m.pliku/Matlab / 2.

2. Obliczenia siłowników i ich dobór katalogowy na podstawie wymagań procesu. Opracowywanie struktury fizycznej zaworów pneumatycznych i EP realizujących zadaną funkcję logiczną / 2.

3. Wyznaczanie i badanie symulacyjnego modelu sterowania elektropneumatycznego w środowisku Fluid-Sim / 2.

4. Analiza aplikacji do rejestracji danych z giroskopu MEMS. Określanie położenia kątowego obiektu na podstawie rejestracji danych / 2.

Laboratoria / metoda praktyczna:

1. Badanie napędu pneumatycznego z regulatorami PID, FLC oraz neuronowym / 2.

2. Łączenie, uruchamianie i badania układu sterowania elektropneumatycznego procesem technologicznym / 2.

3. Badanie dokładności i powtarzalności sterowania położeniem serwomechanizmu DC / 2.

4. Analiza i uruchamianie aplikacji do rejestracji danych z giroskopu MEMS. Badanie określanie położenia kątowego obiektu na podstawie rejestracji danych / 2.

podstawowa:

1. W. Kwiatkowski: Podstawy teorii sterowania, WAT 2002r.

2. T. Kaczorek i inni; Podstawy teorii sterowania, WNT 2006r.

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

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

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

6. W. Szenajchi; Napęd i sterowanie pneumatyczne, WNT Warszawa 1997r.

7. Z. Koruba J. Osiecki .Elementy mechaniki zaawansowanej. Wydawnictwo Politechniki Święto-krzyskiej, 2007.

8. Massalski J., Massalska M. Fizyka dla inżynierów, Fizyka klasyczna, T. I, WNT, Warszawa 2005.

9. Z. Koruba. Elementy teorii i zastosowań giroskopu sterowanego, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2008.

uzupełniająca:

1. J. Kwaśniewski: Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, btc, 2008.

2. Ljubo Vlacic. Intelligent Vehicle Technologies and trends, e-book, 2009.

3. Caterina Ciminelli,Francesco Dell'Olio. Advances in Gyroscope Technologies, Springer , 2012.

symbol / efekt kształcenia / odniesienie do efektów kształcenia

W1 / Student zna modele fizyczne elementów i układów mechatronicznych wraz elementami automatyki i teorii sterowania w odniesieniu do algorytmów sterowania i ich technicznej realizacji w systemach mechatronicznych / K_W06.

W2 / Student zna sposoby zapisu konstrukcji oraz schematów funkcjonalnych i strukturalnych układów i urządzeń mechatronicznych jako układów regulacji oraz symulacji ich działania i ich modeli z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania / K_W13.

W3 / Student rozumie pozatechniczne uwarunkowania działalności inżynierskiej, zna podstawowe zasady bezpieczeństwa i higieny pracy z urządzeniami mechatronicznymi / K_W14.

U1 / Student 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, założenia dotyczące wyboru kryteriów jakościowych, metod analizy zakładanych funkcji celów oraz wyboru struktury modelu regulatora i układu mechatronicznego jako układu regulacji. Student potrafi stosować aparat matematyczny właściwy dla dyscyplin naukowych nauczanych na kierunku mechatronika, potrafi rozwiązać podstawowe zagadnienia matematyczne występujące w procesie projektowania układów mechatronicznych / K_U01, K_U07.

U2 / Student umie analizować i projektować proste układy automatyki, potrafi opracować algorytm, potrafi formułować i rozwiązywać proste zadania inżynierskie z dziedziny układów sterowania w systemach mechatroniki / K_U12, K_U13.

U3 / Student potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi, symulatorami i narzędziami komputerowego wspomagania uruchamiania, testowania urządzeń sterujących w systemie mechatronicznym. Potrafi zaplanować, przeprowadzić testy aplikacji regulatora, sterownika oraz dokonać oceny układu z uwzględnieniem kryteriów jakościowych używając właściwych metod, technik i narzędzi / K_U20, K_U21.

K1 / Student ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania / K_K03.

K2 / Student potrafi określić priorytety służące realizacji określonego przez siebie lub innych zadania / K_K04.

1. Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu.

2. Egzamin jest przeprowadzany w formie pisemnego testu sprawdzającego z zadaniami zamkniętymi.

3. Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen z ćwiczeń rachunkowych z wykorzystaniem środowiska FluidSim.

4. Ocena końcowa z egzaminu jest średnią ważoną z ocen pisemnego testu egzaminacyjnego i zaliczenia zadań grupowych z ćwiczeń.

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

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

brak