Wojskowa Akademia Techniczna - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Projektowanie układów regulacji

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: WMTAPCSM-PURE
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Projektowanie układów regulacji
Jednostka: Wydział Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa
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:

II stopnia

Rodzaj przedmiotu:

obowiązkowy

Forma zajęć liczba godzin/rygor:

W 40/E, C 20/+, L 18/+, Pr 12/+ razem: 90 godz

Przedmioty wprowadzające:

1. Systemy mechatroniczne/ wymagania wstępne - zrealizowane elementy analizy i metodyki projektowania, uruchamiania i testowania napędów w układach automatyki.

2. Informatyka w zastosowaniach/ wymagania wstępne – zrealizowane elementy analizy i projektowania, uruchamiania i testowania aplikacji pomiarów, filtracji i sterowania.


Programy:

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

Autor:

Dr inż. Marek Jaworowicz

Bilans ECTS:

aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 40

2. Udział w laboratoriach / 18

3. Udział w ćwiczeniach / 20

4. Udział w seminariach / 0

5. Udział w zajęciach z projektu / 12

6. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 15

7. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 27

8. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 18

9. Samodzielne przygotowanie do seminarium /0

10. Realizacja samodzielna projektu / 48

11. Udział w konsultacjach / 8

12. Przygotowanie do egzaminu / 0

13. Przygotowanie do zaliczenia / 0

14. Udział w egzaminie / 2


Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 184godz./ 6.0 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+5+11+14): 98godz./ 1,5ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym (2+5+10) 78godz./ 1,0 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową/ 3.5ECTS


Skrócony opis:

Moduł obejmuje zagadnienia związane z analizą, projektowaniem i implementacją analogowych i cyfrowych algorytmów sterowania w układach regulacji DCS oraz w strukturach regulacji adaptacyjnej. Studenci zapoznają się min. z metodami projektowania liniowych estymatorów RLS, WRLS oraz filtru Kalmana i ich implementacji w napędach elektrycznych robotów oraz w układach regulacji procesami przemysłowymi. Uzyskane rozwiązania po symulacji w środowisku Matlab/ C++ są implementowane w torze sygnałowym fizycznego układu regulacji w ramach projektu.

Pełny opis:

Wykłady /metody dydaktyczne

1. Analiza warstwowej i rozproszonej struktury sterowania i regulacji parametrów maszyn i procesów przemysłowych. Warstwy: jakości i bezpieczeństwa z procesami sterowania i regulacji – ERP, MCS, DCC, DCS / 2 / Zagadnienie obejmuje aspekty umiejscowienia i rolę sterowania/regulacji w strukturze Przemysłu 3.0 oraz Przemysłu 4.0.

2. Sformułowanie zadania projektowania regulatorów, algorytmy postępowania projektowego, uwarunkowania technologiczne i realizacji technicznej. Metody i narzędzia projektowania mechatronicznego regulatorów / 2/. Zagadnienia obejmują interdyscyplinarne aspekty projektowania układów sterowania – z punktu widzenia managera, technologa i automatyka.

3. Opracowanie modelu procesu przemysłowego/obiektu i sformułowanie modelu układu zamkniętego (MUZ) i jego postacie obliczeniowe. Projektowanie regulatora w SISO_Design_Tool – modele parametryczne i ich modele implementacyjne / 4. Zagadnienie obejmuje postaci modeli matematycznych UZ wykorzystywanych w procedurach matematycznych projektowania.

4. Projektowanie metodą lokowania biegunów – człony korekcyjne. Projektowanie w oparciu o charakterystyki Bode’go. Przykłady obliczeniowe dla napędów i procesów technologicznych. Implementacja algorytmów w Matlab/C++ / 4 /. Zagadnienie obejmuje metodyki projektowania UR w oparciu o charakterystyki częstotliwościowe i ich wpływ na własności UR.

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. Zagadnienie obejmuje metodykę projektowania dyskretnych regulatorów LQ.

6. Projektowanie regulatorów metodą wielomianową, regulator ściśle właściwy jako regulator PID. Regulator śledzący RST, jako regulator uogólniony / 4/. Zagadnienie obejmuje metodykę projektowania regulatorów

z kompensacją dynamiki obiektu i zakłóceń oraz śledzeniem zmian wejścia układu.

7. Istota, cele i klasyfikacja układów regulacji adaptacyjnej. Układy z programowalnymi zmianami parametrów regulatora. Układy z identyfikacją modelu. Regulator odporny typu Robust w strukturze MBC. / 4. Zagadnienia obejmują schematy strukturalne i algorytmy numeryczne dla zadanych modeli obiektu.

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

9. Modele i algorytmy estymatorów RLS i WRLS. Przykłady – estymacja parametrów i zmiennych stanu układu / 2. Zagadnienie obejmuje wyprowadzenie modeli matematycznych algorytmów liniowych RLS i WRLS.

10. Algorytm matematyczny i numeryczny liniowego, dyskretnego filtru Kalmana / 4. Zagadnienie obejmuje wyprowadzenie i analizę algorytmu.

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

Implementacja algorytmów w Matlab/ C++ / 2. Zagadnienie obejmuje aspekt implementacji filtru Kalmana w układzie regulacji LQG.

12. Projektowanie regulatorów predykcyjnych, algorytmy RST, DMC i GPC.

Implementacja algorytmów w Matlab/C++ / 4. Zagadnienie obejmuje analizę modeli matematycznych regulacji RST, DMC i GPC.

Ćwiczenia /metoda praktyczna, metody numeryczne, programowanie

1. Wyznaczanie obliczeniowych modeli dynamiki obiektu i analiza ich właściwości w dziedzinach – czasu i częstotliwości / 2/. Studenci opracowują modele numeryczne i analizują własności członów na podstawie otrzymanych z symulacji charakterystyk stanów – przejściowego i ustalonego.

2. Wyznaczanie obliczeniowych modeli liniowych układu otwartego i zamkniętego wyznaczających wymagane własności układu regulacji / 2/. Studenci opracowują modele numeryczne powyższych modeli o wymaganej dynamice i badają ich charakterystyki stanu przejściowego i ustalone-go.

3. Wyznaczanie obliczeniowych modeli członów przyspieszających i opóźniających fazę i analiza ich właściwości dynamicznych w dziedzinie częstotliwości /2 /. Studenci opracowują modele numeryczne liniowych członów korekcyjnych i analizują ich własności na podstawie wyznaczonych charakterystyk stanu przejściowego i ustalonego.

4. Wyznaczenie i analiza postaci obliczeniowych modeli układu regulacji z kompensatorem i obiektem o zmiennej dynamice. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab – analiza odporności regulacji na zmienność dynamiki obiektu/ 4/. Studenci opracowują modele numeryczne i analizują własności regulacji na podstawie otrzymanych z symulacji charakterystyk.

5. Obliczanie regulatora od stanu metodą lokowania biegunów dla serwomechanizmu DC. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab / 4/. Studenci opracowują modele numeryczne i analizują własności regulacji na podstawie otrzymanych z symulacji charakterystyk.

6. Badanie modeli numerycznych liniowych estymatorów RLS i WRLS /2 /. Studenci badają opracowane modele numeryczne w Matlab. Zaliczenie ćwiczenia w j. angielskim.

7. Opracowanie i testowanie aplikacji dyskretnego filtru Kalmana dla wybranej dynamiki procesu i modeli zakłóceń. Zaliczenie ćwiczenia w j. angielskim.

Implementacja i testy filtra w Matlab/C++ / 4.

Laboratoria /metoda praktyczna

1. Projekt regulatora PID_D w oparciu o model analogowy, dla zadanych warunków końcowych i czasu regulacji, dla napędu prędkościowego DC.

Implementacja regulatora w Matlab/C++ / 4.

2 Projekt metodą wielomianową dyskretnego regulatora liniowego dla napędu prędkościowego DC. Testowanie i analiza warunków regulacji.

Implementacja regulatora w Matlab/C++ / 3.

3. Projekt i testowanie aplikacji estymatorów RLS i WRLS dla zadanego modelu dynamiki napędu prędkościowego i charakterystyk zakłóceń.

Implementacja regulatora w Matlab/C++ / 3.

4. Projekt regulatora LQ z obserwatorem/filtrem Kalmana w warunkach zakłóceń procesu i pomiaru, dla napędu robota przemysłowego. Analiza pliku obliczeniowego w Matlab / 4/. Studenci opracowują modele numeryczne i analizują własności regulacji na podstawie otrzymanych z symulacji charakterystyk. Zaliczenie zadania w j. angielskim.

5. Projekt regulatora predykcyjnego DMC dla obiektu o znanej dynamice.

Implementacja regulatora w Matlab/C++ / 4.

Projekt grupowy/ metoda numeryczno-praktyczna

1. Opracowanie wymagań i założeń do projektu stanowiska mechatronicznego z regulacją PID oraz estymacją Kalmana / 6. Studenci opracowują założenia funkcjonalne i konstrukcyjne na wykonanie modelu fizycznego stanowiska.

2. Projekt i implementacja regulatora od stanu z liniowym filtrem Kalmana z modelami fizycznymi procesu regulacji i zakłóceń. Implementacja regulatora na platformie sprzętowej i testy modelu fizycznego stanowiska / 6. Studenci wykonują model fizyczny stanowiska, uruchamiają go i wykonują opracowany autorski program testów.

Literatura:

Podstawowa:

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

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

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

4. T. P. Zieliński: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, WKiŁ, Warszawa 2005r.

5. M. Szymkat: Komputerowe wspomaganie w projektowaniu układów re-gulacji, WNT.

6. M. Jaworowicz: materiały własne do wykładu i ćwiczeń;

7. MathWorks: pliki prezentacyjne video;

Uzupełniająca:

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

8. J. Przepiórkowski: Silniki elektryczne w praktyce elektronika, BTC.……………………………………

Efekty uczenia się:

Symbol i nr efektu modułu / efekt kształcenia / odniesienie do efektu kierunkowego

W1 / Zna i rozumie uwarunkowania strukturalne i funkcjonalne do zastosowania 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 zastosowania narzędzi informatycznych w projektowaniu układów regulacji i właściwie interpretuje powyższą problematykę w zagadnieniach ich integracji, uruchamiania oraz użytkowania i modernizowania/ K_W01, K_W03, K_W04

U1 / na podstawie danych literaturowych oraz sformułowanego zadania syntezy regulatora i struktury układu regulacji, potrafi zastosować właściwe metody i narzędzia numeryczne do projektu i analizy algorytmu sterowania adaptacyjnego i jego implementacji na platformie mikrokontrolera oraz potrafi opracować dokumentację projektową części sprzętowej i pro-gramowej/ K_U01, K_U03, K_U07 oraz K_U12, K_U13, K_U15, K_U16

K3 / potrafi włączyć swoje kompetencje do struktury zespołu, realizującego projekt i wdrożenie; potrafi pełnić rolę konsultanta wdrożeniowego we współpracy z firmą zlecającą.

Metody i kryteria oceniania:

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, dotyczące: 1) sformułowania problemu i warunków brzegowych 2) modeli matematycznych obiektów i układów, obliczanych analitycznie 3) interpretacji wyników symulacji i warunków implementacji rozwiązań

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu/zaliczenia jest zaliczenie ćwiczeń i laboratoriów

Osiągnięcie efektów K_W01/03/04- weryfikowane jest na podstawie zaliczania zadań ćwiczeniowych w Matlab.

Osiągnięcie efektów K_U01/03/07 oraz K_U12/13/15/16- sprawdzane jest podczas realizacji projektu grupowego, wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych oraz egzaminu.

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

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

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.

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 mapa serwisu USOSweb 7.1.0.0-9 (2024-12-18)