Cyfrowe układy regulacji VI sem.

niestacjonarne

I stopnia

W 12/E, C 8/+, L 16/+, razem: 36 godz., 4 pkt ECTS

1. Podstawy automatyki i robotyki/ wymagania wstępne: zrealizowane

elementy automatyki i analizy układów automatyki.

2. Sterowanie w systemach mechatronicznych I i II/ wymagania wstępne: zrealizowane elementy analizy i projektowania regulatorów w układach serwomechanizmów

Semestr VI / kierunek Mechatronika / specjalność: robotyka i automatyka przemysłowa

Dr inz. Marek Jaworowicz

aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 12

2. Udział w laboratoriach / 16

3. Udział w ćwiczeniach / 8

4. Udział w seminariach / 0

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 15

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 48

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 12

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium /0

9. Realizacja projektu / 0

10. Udział w konsultacjach / 6

11. Przygotowanie do egzaminu / 4

12. Przygotowanie do zaliczenia / 0

13. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 119godz./ 4,0 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 44godz./ 2,0ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym (2+6) 64godz./ 2,0 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową/ 3.0ECTS

Moduł obejmuje zagadnienia związane z projektowaniem i implementacją cyfrowych algorytmów sterowania w układach mechatronicznych. Studenci zapoznają się na nim np. z metodami projektowania cyfrowych regulatorów i ich implementacji w napędach elektrycznych robotów oraz w układach regulacji procesami przemysłowymi.

Wykłady /metody dydaktyczne

1. Charakterystyka rodzajów sterowania cyfrowego (SC) / 2/ Zagadnienia obejmują: modele scentralizowane i rozproszone S.C. oraz systemy specjalizowane i otwarte. Rozpatruje się struktury systemów S.C. w przykładach oraz zintegrowane środowiska projektowania cyfrowych SC .

2. Próbkowanie i rekonstrukcja sygnału w torze sterowania cyfrowego /2/ Zagadnienie obejmuje metody dyskretyzacji oparte o przekształcenie Z i aproksymacje oraz dobór i optymalizację okresu próbkowania sygnału.

3. Cyfrowa realizacja liniowych algorytmów sterowania 2/ Zagadnienie obejmuje podstawowy model regulatora LTI_D od stanu oraz regulatora LQ/LQG. Ponadto, rozpatruje się metody optymalizacji ich parametrów na podstawie założonych wymagań jakościowych i funkcjonalnych oraz uwarunkowania ich implementacji programowo-sprzętowej.

4. Projektowanie i strojenie regulatora dyskretnego metodą Kesslera /2/ Zagadnienie obejmuje zastosowanie metod optimum modułu i optimum symetrycznego w projektowaniu regulatora w układach kaskadowych regulacji oraz realizację struktury regulatora z ograniczeniami sygnału sterowania w układach napędowych.

5. Filtracja cyfrowa w torze sterowania. Filtry NOI i SOI / 2/ Zagadnienie obejmuje zastosowanie metod analitycznych i numerycznych w projektowaniu dolnoprzepustowego filtra dla układu sterowania.

6. Układy z regulacją „dead-beat”, sterowanie wyprzedzające oraz regulatory rozmyte / 2/ Zagadnienie obejmuje problematykę syntezy cyfrowych wersji regulatora minimalno-czasowego dead-beat w funkcji własności obiektu/procesu regulacji. Ponadto, rozpatruje się możliwość zastosowanie jego odpowiednika w postaci regulatora rozmytego.

Ćwiczenia /metoda praktyczna, metody numeryczne, programowanie

1. Wyznaczenie postaci obliczeniowych modeli regulatorów LTI_D i układu zamkniętego w oparciu o metody dyskretyzacji. Dobór okresu próbkowania dla układu regulacji / 2/ Studenci stosują metody analityczne do dyskredytacji podanych modeli ciągłych regulatorów.

2. Obliczanie regulatora dyskretnego od stanu LQ metodą lokowania biegunów – SISO Design Tool/ Matlab. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab

/ 2/ Studenci stosują do rozwiązania zadania funkcje języka Matlab.

3. Wyznaczenie metodą analityczną algorytmu regulatora Kesslera w układzie prędkościowym napędu DC. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab

/ 2/ Studenci stosują uproszczone metody analityczne w połączeniu z opracowanym samodzielnie plikiem w Matlab.

4. Synteza regulatora „deadbeat” bez i z ograniczeniami amplitudy / 2/

Studenci stosują uproszczone metody analityczne w połączeniu z opracowanym samodzielnie plikiem w Matlab.

Laboratoria /metoda praktyczna

1. Badanie modelu regulacji od stanu LQ napędu prędkościowego DC.

Implementacja regulatora w C++ / 4/ Studenci optymalizują nastawy regulatora statycznego i dynamicznego oraz badają charakterystyki układu regulacji w oparciu o opracowany plik w C++.

2. Badanie modelu regulacji nadążnej „deadbeat” od wyjścia układu.

Implementacja regulatora w C++ / 4/ Studenci optymalizują nastawy regulatora minimalno-czasowego oraz badają charakterystyki układu regulacji w oparciu o opracowany plik w C++.

3. Badanie jakości regulacji temperatury komory termicznej / 4/ Studenci przeprowadzają optymalizację regulatora PID w układzie hardware-in-loop z modelem fizycznym komory, a następnie, przeprowadzają strojenie regulatora PID zaimplementowanego w mikrokontrolerze fizycznym, współpracującym z piecem elektrycznym.

4. Badanie sterowania napędem DC platformy stabilizowanej / 4/ Studenci optymalizują nastawy regulatorów PID oraz fuzzy logic w pętlach regulacji (stabilizacji) płaszczyzn pochylenia i przechylenia fizycznej platformy.

Podstawowa:

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

2. J. Brzózka: Regulatory cyfrowe w automatyce, Micom.

3. W. Grega : Metody i algorytmy sterowania cyfrowego w układach scentralizowanych i rozproszonych, AGH, Kraków2004r.

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

5. M. Jaworowicz: materiały własne.

Uzupełniająca:

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

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

Symbol i nr efektu modułu / efekt kształcenia / odniesienie do efektu kierun-kowego

W1 / Zna i rozumie uwarunkowania strukturalne i funkcjonalne do zastoso-wania odpowiednich sposobów sterowania i rodzajów regulatorów w układach mechatronicznych /Posiada ugruntowaną wiedzę z podstaw metodyki doboru i obliczania nastaw regulatorów liniowych dla napędu elektrycznego robota oraz właściwie interpretuje powyższą problematykę w zagadnieniach ich użytkowania i modernizowania/ K_W08, K_W12, K_W14

U1 / na podstawie danych literaturowych oraz sformułowanego zadania syntezy regulatora, potrafi zastosować właściwe metody i narzędzia nume-ryczne do projektu i analizy algorytmu sterowania i jego implementacji na platformie mikrokontrolera/ K_U01, K_U11, K_U12

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: opracowanych i uruchomionych programów w Matlab oraz sformułowanych wniosków ilościowych i jakościowych po przeprowadzeniu symulacji.

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: opracowanych sprawozdań z zadań tekstowych odnoszących się do problematyki laboratoriów.

Zaliczenie przedmiotu jest prowadzone w formie egzaminu ustnego, z pytaniami otwartymi i zagadnieniami dotyczącymi zadań tekstowych. Do każdego zadania są formułowane 3 pytania.

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu/zaliczenia jest zaliczenie ćwiczeń i laboratoriów

Osiągnięcie efektów K_W08/12/14- weryfikowane jest na podstawie zaliczania zadań ćwiczeniowych w Matlab.

Osiągnięcie efektów K_U01/11/12- sprawdzane jest podczas egzaminu.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który odpowie wyczerpująco na 3 pytania egzaminacyjne, w tym, zweryfikuje wyniki otrzymane analitycznie i numerycznie.

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który odpowie wyczerpująco na 3 pytania egzaminacyjne, ale nie zweryfikuje wszystkich wyników otrzymanych analitycznie.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który odpowie wyczerpująco na 2 pytania egzaminacyjne oraz zweryfikuje wyniki otrzymane analitycznie oraz numeryczne.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który odpowie na 2 pytania egzaminacyjne oraz zweryfikuje wyniki otrzymane numerycznie.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który odpowie na 2 pytania egzaminacyjne oraz zweryfikuje wyniki otrzymane numerycznie do jednego pytania.