Wojskowa Akademia Techniczna - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Sterowanie w systemach mechatronicznych I

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: WMTXXCSI-SwSMI
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Sterowanie w systemach mechatronicznych I
Jednostka: Wydział Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa
Grupy:
Punkty ECTS i inne: 3.00 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.
Język prowadzenia: polski
Forma studiów:

stacjonarne

Rodzaj studiów:

I stopnia

Rodzaj przedmiotu:

obowiązkowy

Forma zajęć liczba godzin/rygor:

W 14/Zo, C 12/+, L 4/, razem: 30 godz., 3 pkt ECTS

Przedmioty wprowadzające:

1. Podstawy automatyki i robotyki/ wymagania wstępne: zrealizowane

elementy automatyki i analizy układów automatyki.

2. Elektrotechnika i elektronika I i II/ wymagania wstępne: zrealizowane elementy budowy i działania maszyn elektrycznych i wzmacniaczy operacyjnych


Programy:

Semestr V / kierunek Mechatronika / specjalność: wszystkie

Autor:

Dr inż. Marek Jaworowicz

Bilans ECTS:

aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 14

2. Udział w laboratoriach / 4

3. Udział w ćwiczeniach / 12

4. Udział w seminariach / 0

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 10

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 12

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 18

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium /0

9. Realizacja projektu / 0

10. Udział w konsultacjach / 6

11. Przygotowanie do egzaminu / 0

12. Przygotowanie do zaliczenia / 0

13. Udział w egzaminie / 0


Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 76godz./ 2,5 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 36godz./ 1,5ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym (2+6) 16godz./ 0,5 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową/ 2.0ECTS


Skrócony opis:

Moduł obejmuje zagadnienia związane ze sterowaniem układami mechatronicznymi. Studenci zapoznają się min. ze sposobami sterowania napędami elektrycznymi oraz metodami wyznaczania parametrów dla regulatorów PID oraz od stanu LQ, stosowanych w napędzie DC.

Pełny opis:

Wykłady /metody dydaktyczne

1. Inżynieria systemów mechatronicznych (SM) - modele i technologie realizacji w przykładach/ 2 / Zagadnienie obejmuje sterowanie w strukturze SM w oparciu o zintegrowaną informację o stanie systemu i otoczenia.

2. Regulacja kaskadowa PID w układach serwomechanizmów pozycjonowania i regulacji prędkości / 2/ Zagadnienie obejmuje modele strukturalne regulacji kaskadowej oraz ich liniowe modele matematyczne stosowane do analizy jakości regulacji.

3. Układy PWM oraz sprzężenia sterowników z elementami wykonawczymi - silnikami DC i BLDC / 4/ Zagadnienie obejmuje budowę i działanie mostka typu H oraz układy dyskretnego sterowania jego stanami dla uzyskania pożądanej wartości prądu silnika i momentu napędowego oraz wymaganej jakości regulacji prędkości i położenia.

4. Projektowanie regulatorów dla napędów osi robotów /4/ Zagadnienie obejmuje metodykę projektowania regulatorów PID oraz od stanu z wykorzystaniem Control System Designer oraz Signal Constraint/Matlab.

5. Projektowanie regulatorów Fuzzy Logic dla serwomechanizmów /2 / Zagadnienie obejmuje metodykę projektowania regulatorów rozmytych dla serwomechanizmów z wykorzystaniem Fuzzy Logic Designer.

Ćwiczenia /metody analityczne i numeryczne

1. Wyprowadzenie liniowego modelu matematycznego obcowzbudnego silnika DC / 2/ Studenci wyprowadzają metodą analityczną model silnika w postaci równania różniczkowego i operatorowego oraz transmitancji.

2. Obliczanie modelu matematycznego jawnego wybranego silnika DC / 2/ Studenci na podstawie podanych danych – obliczają postać jawną transmitancji wybranego silnika DC.

3. Opracowanie modelu numerycznego silnika DC w Matlab I Simulink oraz badanie jego charakterystyk / 4/ Studenci opracowują model numeryczny w postaci m-pliku oraz schematu w Simulink-u oraz wyznaczają jego charakterystyki w LTI_Viewer

4. Obliczanie regulatora od stanu K i LQ dla napędu prędkościowego DC / 2/ Studenci obliczają parametry regulatorów dla napędu prędkościo-wego z jawnym modelem silnika DC.

5. Dobór nastaw regulatora PI w modelu Simscape Electrical dla napędu z silnikiem DC / 2 / Studenci wykorzystują model numeryczny w Simulinku do wyznaczenia nastaw regulatora PI oraz parametrów PWM dla zadanych warunków pracy napędu.

Laboratoria /metoda praktyczna

1. Badanie charakterystyk silnika DC na hamowni / 2 / Studenci wykonują podłączenie silnika DC w układzie z hamownią i wyznaczają charakterystyki pracy silnika z wykorzystaniem programu DriveLab

2. Badanie dokładności i powtarzalności sterowania położeniem serwomechanizmu DC / 2 / Studenci badają i wyznaczają na wartości wskaźników dokładności i powtarzalności serwomechanizmu przy zmiennych wartościach współczynnikach wypełnienia układu PWM.

Literatura:

Podstawowa:

1. J. Kowal: Podstawy automatyki, cz1 i cz2, WNT 2002r.

2. T. Kaczorek i inni; Podstawy teorii sterowania, WNT 2006r.

3. J. Brzózka: Ćwiczenia z automatyki w Matlabie i Simulinku, WNT 1999r.

4. J. Przepiórkowski: Silniki elektryczne w praktyce elektronika, BTC, 1999r.

Uzupełniająca:

5. J. Kwaśniewski: Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, btc, 2008r.

6. M. Szymkat: Komputerowe wspomaganie w projektowaniu układów regulacji, WNT, 2001r.

7. M. Jaworowicz: materiały własne do wykładu i ćwiczeń.

8. Materiały z platformy MathWorks.

9. R. Dorf, R. Bishop: Modern Control Systems, Global Edition 2022r.

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 dla napędu mechatronicznego/ K_W08

U1 / potrafi zastosować właściwe narzędzia numeryczne do projektu algo-rytmu sterowania i jego implementacji na platformie mikrokontrolera/ K_U07, K_U12, K_U13

Metody i kryteria oceniania:

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: aktywności na zajęciach oraz jakości opracowanych i uruchomionych programów w Matlab

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: opracowanych sprawozdań

Zaliczenie przedmiotu jest na podstawie oceny nadesłanych sprawozdań z zadania zaliczeniowego. Student sam wybiera poziom zadania, do którego jest przyporządkowana, jawna skala ocen (załącznik w Teams)

Warunkiem uzyskania wpisu zaliczenia wykładu jest zaliczenie ćwiczeń i laboratoriów oraz pozytywnej oceny z zadania zaliczeniowego.

Osiągnięcie efektu K_W08- weryfikowane jest na podstawie kolokwium

Osiągnięcie efektów K_U07/12/13- sprawdzane jest na ćwiczeniach.

Grupa AP1, oceny z zadania zaliczeniowego:

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który rozwiąże zadanie zaliczeniowe do poziomu 5 – z regulatorami K, LQ oraz PI

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który rozwiąże zadanie zaliczeniowe do poziomu 4.2 – z regulatorami K i LQ oraz sformułuje wymagania do projektu regulatora PI

Ocenę dobrą otrzymuje student, który rozwiąże zadanie zaliczeniowe do poziomu 4.0 i 4.1 – z regulatorem K i LQ

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który rozwiąże zadanie zaliczeniowe do poziomu 4.0 lub 4.1 w postaci analitycznej i numerycznej, z regulatorem K lub Q

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który rozwiąże zadanie zaliczeniowe do poziomu 4.0 w postaci analitycznej i numerycznej, z regulatorem K od stanu

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie spełni wymagań na ocenę dostateczną

Grupa AK1, oceny z kolokwium zaliczeniowego:

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który uzyska 5pkt z kolokwium.

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który uzyska 4.5pkt z kolokwium.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który uzyska 4pkt z kolokwium.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który uzyska 3.5pkt z kolokwium.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który uzyska 3pkt z kolokwium.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie uzyska 3pkt z kolokwium.

Praktyki zawodowe:

Nie dotyczy

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2024/2025" (w trakcie)

Okres: 2024-10-01 - 2025-02-28
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 12 godzin więcej informacji
Laboratorium, 4 godzin więcej informacji
Wykład, 14 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Marek Jaworowicz
Prowadzący grup: Marek Jaworowicz
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Zaliczenie na ocenę
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Laboratorium - Zaliczenie ZAL/NZAL
Wykład - Zaliczenie na ocenę
Opis sposobu zaliczenia:

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia z oceną

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: aktywności na zajęciach oraz jakości opracowanych i uruchomionych programów w Matlab

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: opracowanych sprawozdań

Zaliczenie przedmiotu jest na podstawie oceny nadesłanych sprawozdań z zadania zaliczeniowego. Student sam wybiera poziom zadania, do którego jest przyporządkowana, jawna skala ocen (załącznik w Teams)

Warunkiem uzyskania wpisu zaliczenia wykładu jest zaliczenie ćwiczeń i laboratoriów oraz pozytywnej oceny z zadania zaliczeniowego/kolokwium.

Osiągnięcie efektu K_W08- weryfikowane jest na podstawie kolokwium

Osiągnięcie efektów K_U07/12/13- sprawdzane jest na ćwiczeniach


Zadanie zaliczeniowe dla grupy AP1:

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który rozwiąże zadanie zaliczeniowe do poziomu 5 – z regulatorami K, LQ oraz PI

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który rozwiąże zadanie zaliczeniowe do poziomu 4.2 – z regulatorami K i LQ oraz sformułuje wymagania do projektu regulatora PI

Ocenę dobrą otrzymuje student, który rozwiąże zadanie zaliczeniowe do poziomu 4.0 i 4.1 – z regulatorem K i LQ

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który rozwiąże zadanie zaliczeniowe do poziomu 4.0 lub 4.1 w postaci analitycznej i numerycznej, z regulatorem K lub Q

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który rozwiąże zadanie zaliczeniowe do poziomu 4.0 w postaci analitycznej i numerycznej, z regulatorem K od stanu

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie spełni wymagań na ocenę dostateczną


Kolokwium zaliczeniowe dla grupy AK1:

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który uzyska 5pkt z kolokwium.

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który uzyska 4.5pkt z kolokwium.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który uzyska 4pkt z kolokwium.

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który uzyska 3.5pkt z kolokwium.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który uzyska 3pkt z kolokwium.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie uzyska 3pkt z kolokwium.




Język prowadzenia wykładu:

polski

Język prowadzenia ćwiczeń:

polski

Język prowadzenia laboratoriów:

polski

Skrócony opis:

Moduł obejmuje zagadnienia związane ze sterowaniem układami mechatronicznymi. Studenci zapoznają się min. ze sposobami sterowania napędami elektrycznymi oraz metodami wyznaczania parametrów dla regulatorów PID oraz od stanu LQ, stosowanych w napędzie DC.

Pełny opis:

Wykłady /metody dydaktyczne

1. Inżynieria systemów mechatronicznych (SM) - modele i technologie realizacji w przykładach/ 2 / Zagadnienie obejmuje sterowanie w strukturze SM w oparciu o zintegrowaną informację o stanie systemu i otoczenia.

2. Regulacja kaskadowa PI w układach serwomechanizmów DC i AC pozycjonowania i regulacji prędkości / 4/ Zagadnienie obejmuje modele strukturalne silnika bocznikowego i regulacji kaskadowej oraz ich liniowe mode-le matematyczne stosowane do analizy jakości regulacji.

3. Układy przekształtnikowe, PWM oraz sprzężenia sterowników z elementami wykonawczymi - silnikami DC i BLDC oraz PMSM / 4/ Zagadnienie obejmuje budowę i działanie elementów toru kształtowania napięcia sterującego silnikiem dla uzyskania pożądanej wartości prądu silnika i momentu

napędowego.

4. Projektowanie regulatorów dla napędów osi robotów /4/ Zagadnienie obejmuje metodykę projektowania regulatorów PI oraz od stanu z wykorzystaniem Control Toolbox/ SISO Design_Tool oraz Signal Constraint/Matlab

Ćwiczenia /metody analityczne i numeryczne

1. Wyprowadzenie liniowego modelu matematycznego obcowzbudnego silnika DC / 2/ Studenci wyprowadzają metodą analityczną model silnika w postaci równania różniczkowego i operatorowego oraz transmitancji.

2. Obliczanie modelu matematycznego jawnego wybranego silnika DC / 2/ Studenci na podstawie podanych danych – obliczają postać jawną transmitancji wybranego silnika DC oraz jego model w przestrzeni stanu.

3. Opracowanie modelu numerycznego silnika DC w Matlab I Simulink oraz badanie jego charakterystyk / 4/ Studenci opracowują model numeryczny w postaci m-pliku oraz schematu w Simulinku oraz wyznaczają jego charakterystyki w LTI_Viewer

4. Dobór nastaw regulatora PI w modelu Simscape Electrical dla napędu z silnikiem DC / 2 / Studenci wykorzystują model numeryczny w Simulinku do wyznaczenia nastaw regulatora PI oraz parametrów PWM dla zadanych warunków pracy napędu.

5. Obliczanie regulatora od stanu K i LQ dla napędu prędkościowego DC

/ 2/ Studenci obliczają parametry regulatorów dla napędu prędkościowego z jawnym modelem silnika DC.

Laboratoria /metoda praktyczna

1. Badanie charakterystyk silnika DC na hamowni / 2 / Studenci wykonują podłączenie silnika DC w układzie z hamownią i wyznaczają charakterystyki pracy silnika z wykorzystaniem programu DriveLab

2. Badanie dokładności i powtarzalności sterowania położeniem serwomechanizmu DC / 2 / Studenci badają i wyznaczają na wartości wskaźników dokładności i powtarzalności serwomechanizmu przy zmiennych wartościach współczynnikach wypełnienia układu PWM.

Literatura:

Podstawowa:

1. J. Kowal: Podstawy automatyki, cz1 i cz2, WNT 2002r.

2. T. Kaczorek i inni; Podstawy teorii sterowania, WNT 2006r.

3. J. Brzózka: Ćwiczenia z automatyki w Matlabie i Simulinku, WNT 1999r.

4. J. Przepiórkowski: Silniki elektryczne w praktyce elektronika, BTC, 1999r.

5. M. Jaworowicz: Materiały własne.

6. W. Borowczyk: Materiały własne.

7. Materiały z platformy MathWorks.

Uzupełniająca:

8. J. Kwaśniewski: Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, btc, 2008r.

9. M. Szymkat: Komputerowe wspomaganie w projektowaniu układów regulacji, WNT, 2001r

Uwagi:

Wszystkie materiały do wszystkich form zajęć - w kanałach zespołów.

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)