Podstawy automatyki

niestacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 10/x; C 10/+, L 14/+ razem: 44 godz., 4 pkt ECTS

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

matematyka 2 / 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 3 / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć, twierdzeń i metod rachunku różniczkowego i całkowego funkcji wielu zmiennych oraz szeregów funkcyjnych.

fizyka 2 / wymagania wstępne: umiejętność stosowania matematyki do opisu zjawisk fizycznych i wykorzystania praw fizyki w technice, informatyka / wymagania wstępne: znajomość architektury w systemów komputerowych, znajomość podstawowych funkcji, typów danych i operacji w języku wysokiego poziomu; umiejętność korzystania z funkcji języka Matlab, mechanika / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć i metod mechaniki i umiejętność opisu układów mechanicznych w stanach statycznych i dynamicznych.

metrologia / 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 / 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 czwarty/ lotnictwo i kosmonautyka / wszystkie specjalności

ppłk dr inż. Maciej HENZEL

Aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 10

2. Udział w laboratoriach / 14

3. Udział w ćwiczeniach / 10

4. Udział w seminariach / 0

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 20

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 25

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 30

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / 0

9. Realizacja projektu / 0

10. Udział w konsultacjach / 9

11. Przygotowanie do egzaminu / 0

12. Przygotowanie do zaliczenia / 0

13. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 120 godz./4 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 45 godz./ 1,5 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową 60 godz./2 ECTS

Podstawowe pojęcia teorii sterowania. Rodzaje i struktury układów sterowa-nia. Struktura układu regulacji automatycznej. Elementy układów automatyki. Modelowanie obiektów i elementów automatyki. Transmitancja operatorowa, widmowa, przestrzeń stanu. Sterowalność i obserwowalność. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe. Stabilność-kryteria stabilności. Jakość proce-sów regulacji – kryteria jakości regulacji. Rodzaje korekcji i typy regulatorów. Synteza układów regulacji metodami klasycznymi. Regulacja cyfrowa - pod-stawowe struktury. Sterowanie logiczne i sekwencyjne. Metody symulacyjne badania układów dynamicznych.

ykład / metoda werbalno-wizualna z wykorzystaniem technik audiowizualnych, podanie treści do samodzielnego studiowania w celu utrwalenia wiedzy okre-ślonej efektami W1, W2

1. Pojęcia podstawowe. Linearyzacja nieliniowych układów regulacji. /2/. Sygnał, element, wejście, wyjście, obiekt regulacji, regulator, układ automatycznej regulacji, stan. Klasyfikacje układów automatycznej regu-lacji. Układy liniowe i nieliniowe. Linearyzacja układów regulacji i stero-wania.

2. Metody opisu własności dynamicznych liniowych układów cią-głych. /2+2*/. Transmitancja operatorowa; transmitancja widmowa i cha-rakterystyki częstotliwościowe. Charakterystyka impulsowa i charaktery-styka skokowa. Opis układów w przestrzeni stanu. System sterowalny. System obserwowalny. Transmitancja operatorowa; transmitancja wid-mowa i charakterystyki częstotliwościowe. Charakterystyka impulsowa i charakterystyka skokowa. Opis układów w przestrzeni stanu. System sterowalny. System obserwowalny. Właściwości podstawowych elemen-tów automatyki.

3. Jakość procesu regulacji. Stabilność liniowych układów regulacji. /1+1*/. Ogólne warunki stabilności; kryterium Hurwitza; kryterium Michaj-łowa; kryterium Nyquista; kryterium oparte na charakterystykach loga-rytmicznych; zapas stabilności. Dokładność statyczna; układy statyczne i astatyczne; ocena własności dynamicznych na podstawie charaktery-styk skokowych i parametrów charakterystyk częstotliwościowych; cał-kowe kryteria jakości.

4. Synteza i korekcja układów regulacji i sterowania automatycznego. /1+1*/. Synteza metodami klasycznymi; dobór parametrów regulatora. Istota i cel korekcji; rodzaje korekcji; regulatory i ich typy.

5. Regulacja cyfrowa. Regulacja impulsowa. /2/. Przekształcenie Z; transmitancja impulsowa (dyskretna); stabilność liniowych układów im-pulsowych; schemat blokowy układu regulacji impulsowej; transmitancja dyskretna układu regulacji impulsowej. Sterowanie cyfrowe z przetworni-kami. Podstawowe struktury systemów sterowania cyfrowego; podsta-wowe algorytmy regulacji cyfrowej bezpośredniej (algorytm pozycyjny, algorytm prędkościowy), elementy cyfrowe automatyki.

6. Sterowanie logiczne i sekwencyjne. /2/ Układy kombinacyjne; funkcje przełączające i ich minimalizacja; układy sekwencyjne.

7. Podstawowe zagadnienia modelowania układów automatyki. /2*/. Przykłady modelowanie układów regulacji i sterowania w programie Ma-tlab i narzędziach Simulink i SimScape.

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

1. Opis własności dynamicznych liniowych układów ciągłych w po-staci transmitancji widmowej i operatorowej. /2/. Zapis równań „wej-ście-wyjście” dla prostych układów dynamicznych; przykładowe oblicza-nie transformat i oryginałów funkcji zgodnie z prostym przekształceniem Laplace’a; wyznaczanie transmitancji operatorowej i widmowej;

2. Opis własności dynamicznych liniowych układów w postaci równań stanu i równania wyjścia /2/. Zapis równań „wejście-wyjście” dla pro-stych układów dynamicznych; zapisu modelu obiektu w postaci równań stanu i równania wyjścia. Warunki sterowalności i obserwowalności układów.

3. Przekształcanie schematów blokowych /2*/. Zasady budowy schema-tów blokowych układów regulacji na podstawie równań operatorowych.; Metody przekształcania schematów blokowych układów automatyki i ste-rowania.

4. Wyznaczanie charakterystyk czasowych i częstotliwościowych układów automatyki /2/. Przykłady obliczania odpowiedzi impulsowej i skokowej układu; przykłady wyznaczenia charakterystyk częstotliwo-ściowych (amplitudowo-fazowej oraz logarytmicznej: modułu i fazy) ukła-du.

5. Badanie stabilności liniowych układów automatyki z zastosowa-niem kryteriów algebraicznych i częstotliwościowych /2/. Przykład zastosowania kryterium Hurwitza; przykład zastosowania kryterium Nyqu-ista; przykład badania stabilności w oparciu o charakterystyki logaryt-miczne układu otwartego - określenie zapasu stabilności.

6. Ocena jakości i korekcja układu regulacji automatycznej /2/. Zapas stabilności; pasmo przenoszenia; moduł rezonansowy; wskaźnik regula-cji. Przykład wykorzystania do korekcji logarytmicznej charakterystyki amplitudowej układu otwartego; dobór członu korekcyjnego. Przykład wykreślania linii pierwiastkowej dla układu zamkniętego.

7. Projekt prostego układu kombinacyjnego i sekwencyjnego. /2*/. Minimalizacja funkcji przełączającej z wykorzystaniem tablicy Karnaugha (tablica Veitcha), metody Quine’a – McCluskeya oraz metody prze-kształceń formalnych. Projekt realizowany jest w 5 etapach: wyznacze-nie grafu przejść i wyjść na podstawie opisu słownego lub przebiegów czasowych sygnałów wejściowych i wyjściowych; sporządzenie pierwot-nej tabeli przejść i wyjść; redukcja pierwotnej tabeli przejść i wyjść; wy-znaczenie funkcji przejść; wyznaczenie funkcji wyjść.

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

1. Pomiar charakterystyk czasowych i częstotliwościowych podsta-wowych członów automatyki /2/. Wyznaczanie charakterystyk czaso-wych i częstotliwościowych podstawowych elementów automatyki na drodze eksperymentalnej oraz z wykorzystaniem pakietu MATLAB Simu-link .

2. Badanie stabilności układu regulacji automatycznej /2/. Badanie sta-bilności serwomechanizmu poprzez jego zamodelowanie w środowisku Matlab-Simulink. Określenie wartości współczynnika wzmocnienia układu zapewniającego założoną jakość regulacji ,ocenianą na podstawie prze-biegu charakterystyk czasowych i częstotliwościowych.

3. Dobór typu regulatora i jego nastaw w procesie syntezy układu re-gulacji automatycznej /2/. Badanie (w środowisku Matlab Simulink) układu regulacji z regulatorem typu P – wyznaczenie wzmocnienia kry-tycznego i okresu drgań krytycznych. Zbudowanie na tej postawie modeli układów regulacji z regulatorami typu PI oraz PID. Badania jakości regu-lacji przy poszczególnych typach regulatorów.

4. Badanie wpływu parametrów korektora na własności dynamiczne układu regulacji automatycznej /2/. Zbudowanie modelu układu regu-lacji automatycznej (zadanego schematem blokowym) na komputerze analogowym i w programie Matlab Simulink. Badanie charakterystyk skokowych układu (z wykorzystaniem opracowanych modeli) dla różnych parametrów korektora.

5. Badanie dynamicznych charakterystyk aparatury komutacyjnej /2/. Badanie dynamicznych charakterystyk stycznika (przekaźnika) przy sko-kowym podaniu napięcia na jego cewkę. Badanie charakterystyk dyna-micznych stycznika (przekaźnika) przy skokowym wyłączeniu zasilania jego cewki. Pomiar czasu odbijania się styków stycznika (przekaźnika) po włączeniu go do pracy.

6. Modelowanie kombinacyjnych układów przełączających z wykorzy-staniem elementów pneumatycznych i elektrycznych /2/. Realizacja przykładowych funkcji przełączających za pomocą elektrycznych ele-mentów stykowych oraz elementów pneumatycznych (stanowisko labora-toryjne firmy FESTO).

7. Projekt sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego /2/. Projekt synchronicznego i asyn-chronicznego sekwencyjnego układu przełączającego na podstawie ta-beli przejść i wyjść i grafu przejść i wyjść z wykorzystaniem programu Proficy Machine Edition. Zaprogramowanie sterownika PLC z użyciem języka LD.

* – zagadnienia realizowane indywidualnie przez studentów studiów niestacjo-narnych

Podstawowa:

1. Janusz Kowal: Podstawy automatyki T1. Uczelniane Wydawnictwa Nau-kowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2004.

2. Janusz Kowal: Podstawy automatyki T2. Uczelniane Wydawnictwa Nau-kowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2004.

3. Tadeusz Kaczorek: Andrzej Dzieliński, Włodzimierz Dąbrowski, Rafał Łopatka, Podstawy teorii sterowania, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2005.

Uzupełniająca:

1. Marek Żelazny: Podstawy automatyki, PWN, Warszawa 1976

2. Jerzy Mazurek, Hanna Vogt, Witold Żydanowicz: Podstawy automatyki, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006.

3. Tadeusz Kaczorek: Teoria sterowania. T1.” Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1976

W1 / Ma wiedzę w zakresie matematyki niezbędną do opisu dynamiki ele-mentów, układów, urządzeń mechanicznych, elektrycznych i elektro-nicznych, zna modele matematyczne układu regulacji automatycznej w postaci: równań różniczkowych, transmitancji operatorowej, równań sta-nu i równania wyjścia / K_W01.

W2 / Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu za-gadnień liniowych układów regulacji automatycznej oraz ogólną wiedzę z zakresu regulacji impulsowej, regulacji cyfrowej, układów przełączają-cych oraz niezbędną wiedzę by prowadzić analizę i syntezę liniowych układów regulacji w dziedzinie czasu i częstotliwości / K_W04.

U1/ Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł dotyczące zagadnień związanych z automatyką i automatyzacją oraz je interpretować, a także wyciągać wnioski oraz w sposób analityczny wy-znaczyć podstawowe parametry elementów, układów i urządzeń auto-matyki / K_U01, K_U07.

U2/ Potrafi dobrać właściwe metody i urządzenia do pomiaru podstawowych wielkości charakteryzujących parametry opisujące dynamikę podsta-wowych elementów automatyki oraz jakość liniowych układów regulacji. Posiada umiejętność przeprowadzania pomiarów oraz oceny ich wyni-ków /K_U06.

U3 / Potrafi formułować liniowe modele matematyczne prostych układów regulacji automatycznej i ich elementów wykorzystywanych w lotnic-twie oraz posłużyć się oprogramowaniem Matlab Simulink do analizy i syntezy takich układów / K_U07.

U4/ Potrafi planować i organizować pracę indywidualną i w zespole /K_U16.

K1/ Potrafi określić priorytety służące realizacji określonego przez siebie lub innych zadania K_K02.

rzedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu.

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną.

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną.

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

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń audytoryj-nych i laboratoryjnych na ocenę pozytywną.

Zaliczenie ćwiczeń audytoryjnych na ocenę odbywa się na podstawie śred-niej z pozytywnych ocen z przygotowania i wykonania ćwiczeń audytoryj-nych.

Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych na ocenę odbywa się na podstawie średniej z pozytywnych ocen z przygotowania do wykonania ćwiczeń i sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych.

Efekty W1, W2, U1, U3 sprawdzane są podczas pytań kontrolnych i pod-czas rozwiązywania zadań na ćwiczeniach rachunkowych.

Efekty W1, W2, U2, U3, U4, K1 sprawdzane są w trakcie odpowiedzi, ak-tywności w wykonywaniu zadań i przygotowania sprawozdań na ćwiczeniach laboratoryjnych i podczas obrony sprawozdań.

Efekty W1, W2, U3 sprawdzane są na egzaminie.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpo-wiedzi na co najmniej 95% pytań pisemnego testu sprawdzającego oraz który posiadł w pełni wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształce-nia a ponadto potrafi pozyskiwać niezbędne informacje związane z automa-tyką korzystając z różnych źródeł.

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na co najmniej 90% pytań pisemnego testu sprawdzającego oraz który po-siadł w stopniu prawie pełnym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia a ponadto potrafi pozyskiwać niezbędne informacje związane z automatyką korzystając z różnych źródeł.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na co najmniej 80% pytań pisemnego testu sprawdzającego oraz który posiadł w stopniu dobrym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia a ponadto potrafi pozyskiwać niezbędne informacje związane z automatyką korzystając z różnych źródeł.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych od-powiedzi na co najmniej 75% pytań pisemnego testu sprawdzającego oraz który posiadł w stopniu dostatecznym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowie-dzi na co najmniej 70% pytań pisemnego testu sprawdzającego oraz który posiadł w stopniu dostatecznym wiedzę i umiejętności przewidziane efek-tami kształcenia. Przy rozwiązywaniu zadań o średnim stopniu trudności wymaga wsparcia ze strony nauczyciela.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie spełnił wymagań na ocenę dostateczną.

nie dotyczy