Sterowanie autonomicznymi platformami latającymi

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 14/x, L 16/+, P 16/+, razem: 46 godz., 4 pkt ECTS

Metrologia / wymagania wstępne: znajomość metod i układów pomiarowych do pomiaru wielkości elektrycznych i nieelektrycznych, umiejętność korzystania z literatury i z instrukcji przyrządów pomiarowych w języku polskim i angielskim.

Podstawy automatyki / wymagania wstępne: znajomość i interpretacja podstawowych pojęć z teorii regulacji, umiejętność syntezy i korekcji układów regulacji, znajomość metod sterowania.

Mechanika lotu i podstawy budowy UAV / wymagania wstępne: umiejętność obliczeń i analizy ruchów nieustalonych oraz określania warunków stateczności statycznej i dynamicznej statków powietrznych; znajomość podstawowych pojęć związanych z dynamiką ruchu statku po-wietrznego.

dr inż. Paulina Kurnyta-Mazurek

Aktywność / obciążenie studenta w godz.:

1. Udział w wykładach / 14

2. Udział w laboratoriach /16

3. Udział w ćwiczeniach / 0

4. Udział w seminariach / 0

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 20

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 20

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 0

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / 0

9. Realizacja projektu / 16

10. Udział w konsultacjach / 12

11. Przygotowanie do egzaminu / 16

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 90 godz. /3 ECTS.

Podstawy sterowania systemami bezzałogowymi. Struktura systemu sterowania robotów mobilnych. Struktura sterowania robotów latających. Elementy wykonawcze w systemach bezzałogowych. Układy pomiarowe w systemach bezzałogowych. Sterowniki i piloty automatyczne. Integracja układu sterowania – magistrale pokładowe. Podstawowe funkcji układów sterowania w systemach bezzałogowych. Stabilizacja trajektorii i położenia. Sterowanie dyrektywne i autonomiczne. Wprowadzenia do sterowania grupą i rojem sytemu bezzałogowego

Wykłady / metoda werbalno-wizualna, z wykorzystaniem nowoczesnych technik multimedialnych – prezentacje z elementami animacji, z ilustracjami i schematami przykładowych rozwiązań. Podanie treści do samo-dzielnego studiowania w celu utrwalenia wiedzy określonej efektem W1.

1. Wprowadzenie do systemów sterowania (2 godz.)

Pojęcia podstawowe. Wstęp do systemów autonomicznych, przy-kłady zastosowań.

2. Równania ruchu bezzałogowych platform latających (4 godz.)

Omówienie równań ruchu statków powietrznych, w tym małych platform latających.

3. Układy wykonawcze i układy pomiarowe w bezzałogowych platformach latających (2 godz.)

Podział i charakterystyka układów wykonawczych stosowanych na różnych platformach BSP. Układy pomiarowe stosowane na BSP i ich przeznaczenie.

4. Jednostki sterujące systemów sterowania i autopiloty (2 godz.)

Rola i zadania komputerów pokładowych oraz autopilotów. Przykłady aplikacji.

5. Algorytmy sterowania (2 godz.)

Algorytmy sterowania wykorzystywane w systemach pokładowych BSP. Algorytm PID oraz zaawansowane prawa sterowania.

6. Autonomiczne systemy sterowania (2 godz.)

Charakterystyka autonomicznego systemu sterowania BSP. Poziomy autonomiczności BSP. Przykłady rozwiązań technicznych systemów.

____________________________________________________

Laboratoria / wykonywanie przez grupę studentów pomiarów wybranych układów platform latających oraz wykonanie pisemnych sprawozdań z badań laboratoryjnych - metoda werbalno-praktyczna, polegająca na grupowym i indywidualnym rozwiązywaniu zadań w celu utrwalenia wiedzy określonej efektem W1 oraz opanowania umiejętności U1÷U3.

1. Realizacja wybranej części mechanicznej projektu BSP. (4 godz.)

Realizacja konstrukcji wybranego elementu BSP oraz sprawdzenie wykonanych połączeń pod kątem trwałości mechanicznej.

2. Realizacja wybranej części elektrycznej projektu BSP. (4 godz.)

Realizacja połączeń elektrycznych wybranego układu BSP oraz sprawdzenie poprawności ich wykonania.

3. Sterowanie latającą platformą wielowirnikową poprzez zewnętrzną jednostkę obliczeniową. (4 godz.)

Wykorzystanie oprogramowania ROS do wykonania lotu BSP zawierającego start na zadaną wysokość, przelot do punktu i lądowanie.

4. Wykorzystanie informacji z zewnętrznych systemów pomiarowych do sterowania latającą platformą wielowirnikową (4 godz.)

Wykorzystanie oprogramowania ROS do integracji systemu pomiarowego Qualisys Motion Capture z BSP oraz wykonanie lotu z wykorzystaniem informacji pomiarowej z tego systemu.

____________________________________________________

Ćwiczenia projektowe / metoda praktyczna

1. Wprowadzenie do ćwiczeń projektowych (2 godz.)

Wydanie i omówienie tematów projektów, zwrócenie uwagi na metodologiczne podejście w stawianiu i rozwiązywaniu zadań i problemów inżynierskich.

2. Planowanie realizacji zadania (4 godz.)

Omówienie i dyskusja przyjętej metody realizacji projektu z uwzględnieniem harmonogramu i typowych schematów realizacji, a także kosztorysu projektu

3. Wykonanie części elektrycznej projektu (2 godz.)

Wykonanie projektu płytki PCB. Lutowanie elementów. Sprawdzenie poprawności wykonanych połączeń elektrycznych.

4. Wykonanie części programowej projektu (2 godz.)

Przygotowanie algorytmu działania programu oraz jego realizacja w wybranym języku programowania.

5. Wykonanie części mechanicznej projektu (2 godz.)

Przygotowanie modelu 3D obudowy systemu oraz elementów montażowych.

6. Integracja elementów projektu (2 godz.)

Montaż końcowy oraz dyskusja metody redagowania i unikania błędów podczas opracowania dokumentacji z pracy projektowej

7. Prezentacja wyników projektu (2 godz.)

Prezentacja wyników i dyskusja uzyskanych efektów i wniosków końcowych z pracy. Ocena końcowa zrealizowanego projektu

Podstawowa:

• Krzyżanowski A.: Mechanika lotu, WAT, Warszawa 2009 (też inne wydania).

• Bociek S., Gruszecki J.: Układy sterowania automatycznego samo-lotem, OWPRz, Rzeszów 1999;

• Gruszecki J.: Bezpilotowe aparaty latające – systemy sterowania i nawigacji, OWPRz, Rzeszów 2002;

• Mollica Ch. M.: FPV Flight Dynamics: Mastering Acro Mode on High-Performance Drones, Wydawnictwo, Vespula Ventures LLC, 2020.

• Salis R.: Quadcopter Dynamics Analysis in Real Life and Simula-tion, Wydawnictwo Uniwersytetu w Katalonii, 2020

Symbol i nr efektu modułu / efekt uczenia się / odniesienie do efektu kierunkowego:

W1 / Ma uporządkowaną wiedzę z teorii regulacji (sterowania) i automa-tyki / K_W08.

U1 / Potrafi stosować aparat matematyczny właściwy dla dyscyplin naukowych nauczanych na kierunku Inżynieria Systemów Bezza-łogowych potrafi rozwiązać podstawowe zagadnienia matematycz-ne występujące w procesie projektowania układów automatyki i robotyki/ K_U07.

U2 / Potrafi formułować i rozwiązywać proste zadania inżynierskie z dziedziny układów sterowania, umie projektować i analizować pro-ste układy automatyczne / K_U12.

U3 / Potrafi stosować właściwe środowiska programistyczne, symulato-ry i narzędzia komputerowego wspomagania projektowania, wy-twarzania i eksploatacji systemów bezzałogowych/ K_U18.

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu.

Laboratoria zaliczane są na podstawie: zaliczenia z oceną.

Projekt zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną.

Egzamin z przedmiotu prowadzony jest w formie pisemnego testu z zadaniami otwartymi i zamkniętymi.

Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia przedmiotu jest zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych i ćwiczeń projektowych na ocenę.

Zaliczenie laboratorium na ocenę odbywa się na podstawie średniej z pozytywnych ocen z poszczególnych tematów ćwiczeń laboratoryjnych, na które składa się ocena znajomości zagadnień teoretycznych oraz ocena opracowanych wyników badań laboratoryjnych w formie pisemnych sprawozdań.

Zaliczenie ćwiczeń projektowych na ocenę odbywa się na podstawie pisemnej notatki i prezentacji wyników pracy przed grupą ćwiczeniową.

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

Podczas realizacji wykładów, ćwiczeń projektowych i ćwiczeń laboratoryjnych przekazywane będą podstawowa terminologia angielska z tematyki przedmiotu.

Osiągnięcie efektu: W1– weryfikowane jest podczas indywidualnych odpowiedzi na ćwiczeniach projektowych i ćwiczeniach laboratoryjnych oraz w oparciu o egzamin z przedmiotu.

Osiągnięcie efektów: U1÷U3, – sprawdzane jest na podstawie wyników ze sprawdzianów przeprowadzanych w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych oraz w trakcie realizacji ćwiczeń projektowych.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który z zaliczenia przedmiotu uzyska co najmniej 90% poprawnych odpowiedzi oraz który posiadł w pełni wiedzę i umiejętności przewidziane efektami uczenia się.

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który z zaliczenia przedmiotu uzyska co najmniej 85% poprawnych odpowiedzi oraz który posiadł w stopniu prawie pełnym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami uczenia się.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który z zaliczenia przedmiotu uzyska co najmniej 80% poprawnych odpowiedzi oraz który posiadł w stopniu dobrym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami uczenia się.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który z zaliczenia przedmiotu uzyska co najmniej 75% poprawnych odpowiedzi oraz który posiadł w stopniu dość dobrym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami uczenia się.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który z zaliczenia przedmiotu uzyska co najmniej 70% poprawnych odpowiedzi oraz który posiadł w stopniu dostatecznym wiedzę i umiejętności przewidziane efektami uczenia się. Przy rozwiązywaniu zadań o średnim stopniu trudności wymagane jest wsparcia ze strony nauczyciela.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który w oparciu o materiał z zaliczenia przedmiotu nie spełnił wymagań na ocenę dostateczną i uzyskał poniżej 70% poprawnych odpowiedzi.