Podstawy automatyki i automatyzacji

niestacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 18/x ; C 16/+ ; L 10/+ ; Razem: 44

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

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,

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

fizyka II / wymagania wstępne: umiejętność stosowania matematyki do opisu zjawisk fizycznych i wykorzystania praw fizyki w technice,

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

mechanika I / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć i metod mechaniki i umiejętność opisu układów mechanicznych w stanach statycznych i dynamicznych,

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

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 trzeci / lotnictwo i kosmonautyka / wszystkie specjalności

mjr dr inż. Maciej Henzel

aktywność / obciążenie studenta w godz.:

1. Udział w wykładach / 18

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 14

3. Udział w ćwiczeniach / 10

4. Samodzielne przygotowanie się do ćwiczeń / 30

5. Udział w laboratoriach / 16

6. Samodzielne przygotowanie się do laboratoriów / 48

7. Udział w konsultacjach / 3

8. Przygotowanie do egzaminu / 9

9. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 150 / 5 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1.+3.+5.+7.+9.=49 / 1,5 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym: 5.+6.=64 / 2,0 ECTS

Podstawowe pojęcia teorii sterowania. Rodzaje i struktury układów sterowania. Układ regulacji automatycznej, jego zadania i struktura. Sygnały i elementy układów automatyki. Modelowanie obiektów i elementów automatyki. Transmitancja operatorowa, widmowa, przestrzeń stanu. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe. Sterowalność i obserwowalność. Stabilność i kryteria stabilności. Regulacja impulsowa. Sterowanie cyfrowe. Jakość procesów regulacji – kryteria. Sposoby korekcji. Regulatory - dobór nastaw. Wybrane metody syntezy układów liniowych sterowania automatycznego. Układy przełączające. Układy kombinacyjne i sekwencyjne. Urządzenia potrzebne do budowy układów regulacji automatycznej. Elementy nastawne (zawory regulacyjne). Silniki i siłowniki. Urządzenia pomiarowe. Sterowniki. Komputerowy system sterowania. Systemy zautomatyzowane i zrobotyzowane. Metody symulacyjne badania układów dynamicznych. Niezawodność układów automatycznych.

Wykład / w formie tradycyjnej z elementami techniki multimedialnej wraz z ilustracjami i schematami przykładowych rozwiązań w celu dostarczenia wiedzy określonej efektami W1, W2.

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: 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. Opis układów automatyki za pomocą schematów strukturalnych: podstawowe elementy schematu blokowego; budowa schematu blokowego; przekształcanie schematów blokowych / 2.

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

7. 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.

8. Korekcja liniowych układów regulacji: istota i cel korekcji; rodzaje korekcji; regulatory i ich typy / 2*.

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

10. Regulacja impulsowa: transmitancja impulsowa (dyskretna); stabilność liniowych układów impulsowych; schemat blokowy układu regulacji impulsowej; elementy cyfrowe układów automatyki / 2.

11. Regulacja cyfrowa: sterowanie cyfrowe z przetwornikami C/A i A/C; sterowanie cyfrowe z impulsatorem o okresie próbkowania T; podstawowe struktury systemów sterowania cyfrowego; podstawowe algorytmy regulacji cyfrowej bezpośredniej (algorytm pozycyjny, algorytm prędkościowy), elementy cyfrowe automatyki / 2.

12. Sterowanie logiczne i sekwencyjne: układy kombinacyjne; funkcje przełączające i ich minimalizacja; układy sekwencyjne / 2.

13. Technika systemów automatyzacji: urządzenia pomiarowe (czujniki i przetworniki pomiarowe); urządzenia wykonawcze (elementy nastawcze i elementy wykonawcze); regulatory; sterownik programowalny PLC / 2*.

14. Systemy zautomatyzowane i zrobotyzowane: terminy mechanizacja i automatyzacja, system robotowy; podstawowe określenia (manipulacja, manipulator, robot) i podział robotów; struktura robotów I, II i III generacji; obszary zastosowań robotów; elementy i zespoły robotów; charakterystyki funkcjonalne robotów przemysłowych (podawane przez producenta w dokumentacji towarzyszącej) / 2*.

Ćwiczenia / polegają na grupowym rozwiązywaniu zadań w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1, W2 oraz opanowania umiejętności U2 i U3.

1. Charakterystyki statyczne układów automatycznej regulacji / 2*.

2. Opis własności dynamicznych liniowych układów ciągłych w dziedzinie czasu i w dziedzinie operatorowej / 2.

3. Przekształcanie schematów blokowych / 2*.

4. Wyznaczanie charakterystyk czasowych i częstotliwościowe układów automatyki / 2.

5. Badanie stabilność liniowych układów automatyki / 2.

6. Ocena jakości układu regulacji automatycznej /2*.

7. Korekcja liniowych układów regulacji automatycznej. Metoda Evansa / 2.

8. Projekt prostego układu przełączającego. Układy kombinacyjne i sekwencyjne / 2.

Laboratoria / polegają na wykonywaniu przez grupę studentów pomiarów parametrów i charakterystyk układów wykonawczych i ich elementów w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1,W2 oraz opanowania umiejętności U1 i U3.

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. Badanie wpływu parametrów korektora na własności dynamiczne układu regulacji automatycznej / 2.

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

6. Badanie dynamicznych charakterystyk aparatury komutacyjnej / 2.

7. Modelowanie kombinacyjnych układów przełączających z wykorzystaniem elementów pneumatycznych i elektrycznych / 2.

8. Projekt sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego / 2.

* zagadnienia realizowane indywidualnie przez studenta studiów niestacjonarnych

podstawowa:

Tadeusz Kaczorek i inni: Podstawy teorii sterowania. WNT, Warszawa 2005.

Janusz Kowal: Podstawy automatyki T1. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2004.

Janusz Kowal: Podstawy automatyki T2. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2004.

Ryszard Zdanowicz: Robotyzacja dyskretnych procesów produkcyjnych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2013.

uzupełniająca:

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

Bogumiła Mrozek, Zbigniew Mrozek: Matlab. Wydawnictwo PLJ, Warszawa 1996.

Marek Żelazny: Podstawy automatyki, PWN, Warszawa 1976.

W1 / Ma wiedzę z zakresu matematyki potrzebną do opisu własności dynamicznych liniowych układów ciągłych w postaci równań różniczkowych zwyczajnych, transmitancji operatorowej, zmiennych stanu / K_W01.

W2 / Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu zagadnień liniowych układów regulacji automatycznej oraz ogólną wiedzę z zakresu regulacji impulsowej, regulacji cyfrowej, układów przełączających / K_W04.

U1 / Potrafi dobrać właściwe metody i urządzenia do pomiaru podstawowych wielkości charakteryzujących parametry opisujące dynamikę podstawowych elementów automatyki oraz jakość liniowych układów regulacji / K_U08.

U2 / Potrafi zapisać model matematyczny układu regulacji automatycznej w postaci: równań różniczkowych; transmitancji operatorowej; rów-nań stanu i równania wyjścia i dokonać jego analizy i syntezy w dziedzinie czasu i częstotliwości / K_U09.

U3 / Potrafi formułować liniowe modele matematyczne prostych układów regulacji automatycznej i jego elementów oraz posłużyć się oprogramowaniem MATLAB/Simulink do rozwiązywania podstawowych zagadnień z teorii regulacji i sterowania / K_U10.

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu.

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną.

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną.

Zaliczenie ćwiczeń z oceną odbywa się na podstawie średniej z ocen z poszczególnych tematów.

Zaliczenie konkretnego ćwiczenia laboratoryjnego z ocenę odbywa się na podstawie średniej z pozytywnych ocen z przygotowania do wykonania i wykonania ćwiczenia laboratoryjnego oraz z wykonania i zaliczenia sprawozdania.

Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych z oceną odbywa się na podstawie średniej z ocen z poszczególnych tematów.

Efekty W1 i W2 sprawdzane są na egzaminie. Ocena za osiągnięcie tych efektów jest oceną otrzymaną na egzaminie pisemnym.

Efekty U2 i U3 sprawdzane są podczas ćwiczeń rachunkowych podczas rozwiązywania przez studenta konkretnych zadań oraz w formie pisemnej lub ustnej odpowiedzi na pytania formułowane przez prowadzącego zajęcia.

Efekty U1 i U3 sprawdzane są na ćwiczeniach laboratoryjnych (pytania kontrolne i praktyczna realizacja zadania laboratoryjnego) i na podstawie sprawozdań z tych ćwiczeń.