Podstawy automatyki

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 16/x; C 14/+, L 14/+ razem: 44 godz., 4 pkt ECTS

matematyka 3 / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć, twierdzeń i metod rachunku różniczkowego i całkowego oraz szeregów funkcyjnych, znajomość i umiejętność stosowania rachunku macierzowego oraz umiejętność stosowania analizy matematycznej obejmującej: liczby rzeczywiste, ciągi liczbowe i szeregi liczbowe,

fizyka 2 / wymagania wstępne: umiejętność stosowania matematyki do opisu zjawisk fizycznych i wykorzystania praw fizyki w technice,

informatyka / wymagania wstępne: znajomość podstawowych funkcji, typów danych i operacji w języku wysokiego poziomu; umiejętność algorytmizacji zadań, podstawowa znajomość i umiejętność wykorzystania programu Matlab,

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

metrologia / wymagania wstępne: umiejętność posługiwania się przyrządami pomiarowymi, wykonywania pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych.

elektrotechnika i elektronika / wymagania wstępne: znajomość oraz umiejętność opisu zjawisk fizycznych występujących w obwodach elektrycznych; umiejętność analizy obwodów prądu stałego i przemiennego; umiejętność opisu wybranych elementy elektronicznych.

semestr czwarty/ lotnictwo i kosmonautyka / wszystkie specjalności

ppłk dr inż. Maciej HENZEL

1. Udział w wykładach / 16

2. Udział w laboratoriach / 14

3. Udział w ćwiczeniach / 14

4. Udział w seminariach / 0

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 15

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 20

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 25

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / 0

9. Realizacja projektu / 0

10. Udział w konsultacjach / 14

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): 60 godz./ 2 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową 60 godz./2 ECTS

Podstawowe pojęcia teorii sterowania. Rodzaje i struktury układów regulacji. Metody opisu własności dynamicznych liniowych układów ciągłych. Jakość procesu regulacji. Stabilność liniowych układów regulacji. Synteza i korekcja liniowych układów regulacji. Regulacja cyfrowa. Przełączające układy automatyki. Wyznaczanie modeli matematycznych układów regulacji w postaci analitycznej i graficznej. Wyznaczanie i badanie podstawowych parametrów i charakterystyk liniowych układów regulacji. Dobór regulatora i badanie wpływu jego parametrów na dokładność statyczną i dynamiczną układu regulacji. Projektowanie i modelowanie układów przełączających.

Wykład / metoda werbalno-wizualna z wykorzystaniem technik audiowizualnych, podanie treści do samodzielnego studiowania w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1, W2 oraz uzyskania umiejętności określonych efektem U2

1. Wprowadzenie do układów regulacji. /2/

Podstawowe pojęcia, klasyfikacja, sygnały. Zagadnienie linearyzacji układów regulacji.

2. Metody opisu własności dynamicznych liniowych układów ciągłych. /4/

Model transmitancyjny układów regulacji. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe. Model układów regulacji w przestrzeni stanów. Schematy blokowe i grafy przepływów. Charakterystyki podstawowych członów (elementów) automatyki.

3. Jakość procesu regulacji./2/

Dokładność statyczna: ocena uchybu w stanie ustalonym, układy regulacji statycznej i astatycznej, kryteria całkowe.

Dokładność dynamiczna: Ocena parametrów odpowiedzi skokowej, kryteria częstotliwościowe, kryteria położenia pierwiastków.

4. Stabilność liniowych układów regulacji. /2/

Ogólne warunki stabilności. Kryteria stabilności: kryterium Hurwitza, kryterium Rootha, kryterium Nyquista, kryterium Michajłowa.

5. Synteza i korekcja liniowych układów regulacji. /2/

Synteza układów regulacji metodami klasycznymi. Metoda Zieglera-Nicholsa. Metoda linii pierwiastkowych. Regulatory. Istota, cel i rodzaje korekcji.

6. Regulacja impulsowa i cyfrowa. /2/.

Funkcja schodkowa. Cechy i właściwości impulsowych układów regulacji. Opis matematyczny cyfrowych układów regulacji. Regulatory cyfro-we.

7. Przełączające układy automatyki. /2.

Układy kombinacyjne i sekwencyjne. Funkcje przełączające i ich minimalizacja. Opis układów sekwencyjnych.

Ćwiczenia rachunkowe/ polegają na grupowym rozwiązywaniu zadań w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1, W2, opanowania umiejętności określonych efektami U1, U2 oraz kompetencji opisanych efektem K1

1. Wyznaczanie liniowych układów regulacji w postaci transmitancji operatorowej i widmowej. /2/

Zapis równań „wejście-wyjście” podstawowych układów regulacji. Obliczanie transformat funkcji z wykorzystaniem właściwości transformaty Laplace’a. Wyznaczanie transmitancji operatorowej i widmowej.

2. Wyznaczanie liniowych układów regulacji w przestrzeni stanu. /2/

Zapis modelu układu regulacji w postaci równań stanu i równania wyjścia. Model analityczny i graficzny.

3. Przekształcanie schematów blokowych. /2/

Zasady budowy schematów blokowych układów regulacji. Metody przekształcania schematów blokowych.

4. Wyznaczanie charakterystyk czasowych i częstotliwościowych złożonych układów regulacji. /2/

Obliczanie odpowiedzi impulsowej i skokowej układu z wykorzystaniem właściwości odwrotnej transformaty Laplace’a. Wyznaczanie charaktery-styk częstotliwościowych (amplitudowo-fazowej oraz logarytmicznej: modułu i fazy) złożonych układów regulacji.

5. Badanie stabilności liniowych układów regulacji. /2/

Zastosowanie kryterium Hurwitza i Rootha do analizy stabilności układu regulacji. Przykład zastosowania kryterium Nyquista. Określenie zapasu stabilności.

6. Synteza układów regulacji. /2/

Przykład zastosowania metody Zieglera-Nicholsa i metody linii pierwiastkowych. Synteza z użyciem wskaźników jakości.

7. Opisywanie przełączających kombinacyjnych i sekwencyjnych układów automatyki. /2/

Minimalizacja funkcji przełączającej z wykorzystaniem metody przekształceń formalnych, tablicy Karnaugha i metody Quine’a – McClus-keya oraz.

Opis układu sekwencyjnego: opis słowny, graf przejść i wyjść, sporządzenie pierwotnej tabeli przejść i wyjść oraz ich redukcja, wyznaczenie funkcji przejść i wyjść.

Laboratoria / polegają na wykonywaniu przez grupę studentów pomiarów parametrów i charakterystyk układów regulacji ich elementów w celu utrwalenia wiedzy określonej efektami W1,W2, utrwalenia umiejętności określonych efektami U1, U2 oraz opanowania umiejętności określonych efektami U3, U4 oraz kompetencji opisanych efektem K1

1. Pomiar charakterystyk czasowych i częstotliwościowych podstawowych elementów i układów automatyki /2/

Wyznaczanie charakterystyk czasowych i częstotliwościowych podstawowych elementów automatyki na drodze eksperymentalnej oraz z wykorzystaniem pakietu MATLAB Simulink.

2. Badanie stabilności układu regulacji automatycznej /2/.

Badanie stabilności układu w programach Matlab i Simulink. Określenie wartości współczynnika wzmocnienia układu zapewniającego założoną jakość regulacji, Ocena stabilności układu z wykorzystaniem charaktery-styk czasowych i częstotliwościowych oraz położenia pierwiastków układu.

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

Badanie (w środowisku Matlab Simulink) układu regulacji z regulatorem typu P – wyznaczenie wzmocnienia krytycznego i okresu drgań krytycznych. Zaprojektowanie modeli układów regulacji z podstawowymi regulatorami (PI, PD, PID). Badanie jakości regulacji.

4. Badanie wpływu parametrów regulatora na dokładność statyczną i dynamiczną układu regulacji automatycznej. /2/

Zbudowanie modelu układu regulacji automatycznej (zadanego schematem blokowym) na komputerze analogowym i w programie Matlab Simulink. Badanie charakterystyk skokowych układu (z wykorzystaniem opracowanych modeli) dla różnych parametrów korektora. Ocena jakości procesu regulacji

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

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

Realizacja przykładowych funkcji przełączających za pomocą elektrycznych elementów stykowych oraz elementów pneumatycznych.

7. Projektowanie sekwencyjnego układu przełączającego z wykorzystaniem sterownika programowalnego. /2/

Projekt synchronicznego i asynchronicznego sekwencyjnego układu przełączającego na podstawie tabeli przejść i wyjść i grafu przejść i wyjść z wykorzystaniem programu Proficy Machine Edition. Zaprogramowanie sterownika PLC z użyciem języka LD.

Podstawowa:

1. Janusz Kowal: Podstawy automatyki. T.1. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2006.

2. Janusz Kowal: Podstawy automatyki. T.2. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2007.

3. Tadeusz Kaczorek, Podstawy teorii sterowania, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2006.

Uzupełniająca:

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

2. Tadeusz Kaczorek: Teoria sterowania. Układy liniowe i dyskretne.” Pań-stwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1977

W1 / Ma wiedzę w zakresie matematyki niezbędną do opisu właściwości sta-tycznych i dynamicznych elementów i układów mechaniki, elektroniki i elektrotechniki na potrzeby realizacji procesu regulacji oraz zna modele analityczne i graficzne takich układu, które umożliwiają analizę i syntezę liniowych układów regulacji / K_W01.

W2 / Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu za-gadnień liniowych układów regulacji (sterowania) i automatyki oraz metro-logii wielkości mechanicznych i elektrycznych oraz technik wykonywania pomiarów dla potrzeb analizy jakości procesu regulacji

/ K_W04.

U1/ Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł dotyczące zagadnień związanych z teorią regulacji, sterowania i automa-tyki oraz interpretować, a także wyciągać wniosk, formułować i uzasad-niać opinie oraz identyfikować i opisywać elementy, układy, urządzenia regulacji automatycznej i automatyki z wykorzystaniem technik informa-cyjno-komunikacyjnych / K_U01

U2/ Potrafi formułować oraz w sposób analityczny wyznaczać podstawowe modele matematyczne układów regulacji i automatyki i ich parametry oraz potrafi posłużyć się w trakcie analizy matematycznej i symulacji progra-mami komputerowymi Matlab i Simulink / K_U07

U3/ Potrafi dobrać właściwe metody i urządzenia do pomiaru podstawowych wielkości charakteryzujących parametry elementów i układów automatyki oraz jakość procesu regulacj /K_U06.

U4/ Potrafi planować i organizować pracę indywidualną i w zespole dla wy-znaczania modeli matematycznych układów regulacji i sterowania oraz wyznaczania ich parametrów i właściwości na drodze analitycznej i do-świadczalnej / K_U16.

K1/ Potrafi określić priorytety służące realizacji określonego przez siebie lub innych zadania w zakresie matematycznej i ekpserymentalnej analizy układów regulacji, sterowania i automatyki / K_K02.

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu.

Ćwiczenia audytoryjne 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 w trybie stacjonarnym i/lub w trybie zdalnym z wykorzystaniem metod i technik kształcenia na odległość.

Podczas realizacji wykładów, ćwiczeń audytoryjnych i laboratoryjnych mogą zostać wykorzystane metody i techniki kształcenia na odległość.

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń audyto-ryjnych i laboratoryjnych na ocenę pozytywną.

Zaliczenie ćwiczeń audytoryjnych na ocenę odbywa się na podstawie śred-niej z pozytywnych ocen z przygotowania i wykonania poszczególnych ćwi-czeń audytoryjnych.

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, U2 sprawdzane są podczas pytań kontrolnych i pod-czas rozwiązywania zadań na ćwiczeniach rachunkowych i laboratoryjnych.

Efekty W1, W2, U1, U2, U3, U4, K1 sprawdzane są w trakcie odpowiedzi, aktywności w wykonywaniu zadań i przygotowania sprawozdań na ćwicze-niach laboratoryjnych i podczas obrony sprawozdań.

Efekty W1, W2, U2 sprawdzane są na egzaminie.

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

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowie-dzi na co najmniej 90% pytań testu sprawdzającego oraz który posiadł w stopniu prawie pełnym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształ-cenia a ponadto potrafi pozyskiwać niezbędne informacje związane z auto-matyką korzystając z różnych źródeł.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na co najmniej 85% pytań testu sprawdzającego oraz który posiadł w stopniu dobrym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia a ponadto potrafi pozyskiwać niezbędne informacje związane z automatyką korzysta-jąc z różnych źródeł.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych od-powiedzi na co najmniej 80% pytań testu sprawdzającego oraz który po-siadł w stopniu dostatecznym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który udzielił bezbłędnych odpowiedzi na co najmniej 75% pytań testu sprawdzającego oraz który posiadł w stopniu dostatecznym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami kształcenia. Przy rozwiązywaniu zadań o średnim stopniu trudności wymaga wsparcia ze strony nauczyciela.

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