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
|
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 |
Przejdź do planu
PN WT ŚR CZ PT |
Typ zajęć: |
Ćwiczenia, 12 godzin
Laboratorium, 4 godzin
Wykład, 14 godzin
|
|
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. |
Właścicielem praw autorskich jest Wojskowa Akademia Techniczna.