Systemy mechatroniczne

stacjonarne

II stopnia

obowiązkowy

W 26/E, C 16/+, L 18/+, razem: 60 godz., 4 pkt ECTS

1. Podstawy automatyki i robotyki/ wymagania wstępne: zrealizowane elementy automatyki i analizy układów automatyki.

2. Sterowanie w systemach mechatronicznych I i II/ wymagania wstępne: zrealizowane elementy analizy i projektowania regulatorów w układach serwomechanizmów

3. Zrealizowane elementy cyfrowych układów regulacji

semestr I / kierunek Mechatronika/ wszystkie specjalności

Dr inż. Marek Jaworowicz

Aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 26

2. Udział w laboratoriach / 18

3. Udział w ćwiczeniach / 16

4. Udział w seminariach / 0

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów i przygotowanie do egz / 10

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 12

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 10

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium /0

9. Realizacja projektu / 0

10. Udział w konsultacjach / 6

11. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 100godz./ 4.0 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+11): 68godz./ 2,5ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym (2+6) 30godz./ 1.5 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową/ 4.0 ECTS

Moduł obejmuje zagadnienia dotyczące analizy funkcjonalnej i konstrukcyjnej napędów elektrycznych prądu przemiennego stosowanych w urządzeniach przemysłowych. Szczegółowo jest omawiana struktura sterowania skalarnego i wektorowego napędów z elementami zabezpieczeń termicznych i przeciążeniowych oraz sygnalizacji stanów układu. Ponadto, studenci zapoznają się z metodykami projektowania układów sterowania elektrycznego i pneumatycznego procesami przemysłowymi, w oparciu o środowiska programistyczne FluidSim oraz DriveLab.

Wykłady

1. Ogólna struktura funkcjonalna SKO zestawu plot. oraz napędu elektrycznego AC, jako połączenie modułów – pomiarowego, obliczeniowego i wykonawczego. Silniki elektryczne i ich normalizacja, rodzaje ochrony i pracy / 2 / Zagadnienie obejmuje podstawy analizy systemowej napędu oraz typów silników dla określonych zastosowań i warunków pracy.

2. Silniki asynchroniczne – budowa, charakterystyki, metody rozruchu, kompensacja mocy biernej i ochrona nadprądowa. Aplikacje przemysłowe. Sterowanie prędkością obrotową silników trójfazowych asynchronicznych: przełączanie biegunowe, poślizgowe, częstotliwościowe. Przemienniki częstotliwości / 4 / Zagadnienia obejmują analizę pracy układów napędu AC z regulacją położenia i prędkości na przykładzie napędu windy osobowej.

3. Silniki BLDC z elektroniczna komutacją i regulacją prędkości obrotowej. Aplikacje w układach robotyki / 2 / Zagadnienia obejmują rozwiązania konstrukcyjne i sposoby regulacji prędkości oraz położenia w aplikacjach robotyki z silnikami BLDC.

4. Filtr Kalmana jako liniowy estymator zmiennych stanu w przekształtniku wektorowym napędu AC. / 2 / Zagadnienie obejmuje analizę algorytmu filtra Kalmana i jego miejsce w strukturze regulacji momentu i prędkości obrotowej silnika AC.

5. Wprowadzenie do pneumatyki. Objaśnienie podstawowych pojęć i charakterystyk sterowania pneumatycznego / 2 / Zagadnienia obejmują przedstawienie podstawowych pojęć i problemów potrzebnych do zrozumienia układów pneumatycznych.

6. Elementy i zespoły sterujące. Przedstawienie i klasyfikacja pneumatycznych elementów sterujących / 4 / Zagadnienia obejmują podział i przedstawienie konstrukcji oraz sposobu działania pneumatycznych elementów sterujących.

7. Sposób przetwarzania energii sprężonego powietrza na energię mechaniczną. Siłowniki i silniki pneumatyczne – typy, budowa, charakterystyki / 4 / Zagadnienia obejmują podział i przedstawienie konstrukcji oraz sposobu działania pneumatycznych elementów wykonawczych.

8. Podstawy projektowania układów pneumatycznych w programie Matlab / 2 / Zagadnienia obejmują przedstawienie studentom programu Matlab wraz z toolboxami na potrzeby projektowania układów pneumatycznych.

9. Analiza realizacji elektrycznych układów sterowania napędem AC. Elementy stykowych USE. Metodyka analizy i projektowania schematów USE na przykładzie aplikacji sterowania windą osobową / 2 / Zagadnienia obejmują wstęp do metodyki projektowania układów sterowania stykowego napędami elektrycznymi.

10. Realizacje techniczne USE: układy łącznikowe, sygnalizacji stanu, stycznikowe. Układ sterowania załączaniem silników trójfazowych / 2 / Zagadnienie obejmuje przygotowanie do projektowania układów rozruchu i pracy silników trójfazowych w układach gwiazda-trójkąt.

Ćwiczenia /metody numeryczno-symulacyjne/

1. Wyznaczanie podstawowych parametrów pracy silnika asynchroniczne-go, sterowanego metoda skalarną, na podstawie jego modelu symulacyjnego / 2 / Studenci wyznaczają metodą symulacji w Simscape Electrical parametry pracy wskazanego silnika.

2. Analiza porównawcza jakości pracy silnika asynchronicznego, sterowanego metodami – skalarną i wektorową SVM / 2 / Studenci wykorzystują biblioteki środowiska Simscape Electrical do budowy i symulacji modelu napędu.

3. Modelowanie układów pneumatycznych w programie Matlab i Simulink (warsztaty przy komputerach) / 2 / Studenci, wykorzystują środowisko komputerowe do modelowania układów pneumatycznych.

4. Modelowanie układów pneumatycznych w programie Matlab i Simscape (warsztaty przy komputerach) / 4 / Studenci, wykorzystują środowisko komputerowe do modelowania układów pneumatycznych.

5. Opracowanie i badanie modelu symulacyjnego napędu prędkościowego z silnikiem PMSM, ze sterowaniem metodą FOC /2 / Studenci wykorzystują biblioteki środowiska Simscape Electrical do budowy i symulacji modelu napędu.

6. Wprowadzenie do obsługi środowiska B&R Automation Studio

/ 2 / Studenci, wykorzystując środowisko komputerowe przygotowują projekt konfiguracji sprzętowej stanowiska wyposażonego w sterownik PLC

7. Programowanie sterowników PLC w środowisku B&R Automation Studio / 2 / Studenci, wykorzystując środowisko komputerowe programują sterownik PLC i badają jego działanie.

Laboratoria /metoda praktyczna/

1. Sterowanie napędem przenośnika XT za pomocą układu falownik-PLC / 4 / Studenci na podstawie instrukcji – łączą stanowisko, uruchamiają, integrują oraz przeprowadzają badania funkcjonalne i jakościowe.

2. Sterowanie zintegrowanym układem przenośnika z wykorzystaniem sterownika PLC / 4 / Studenci na podstawie instrukcji – łączą stanowisko, uruchamiają, integrują oraz przeprowadzają badania funkcjonalne i jakościowe.

3. Programowanie i symulacja pracy stanowiska magazynującego przy wykorzystaniu środowiska FluidSIM / 4 / Studenci na podstawie instrukcji i środowiska komputerowego programują i badają sposób pracy dedykowanego stanowiska firmy FESTO.

4. Programowanie i symulacja pracy stanowiska montażowego przy wykorzystaniu środowiska FluidSIM / 4 / Studenci na podstawie instrukcji i środowiska komputerowego programują i badają sposób pracy dedykowanego stanowiska firmy FESTO.

5. Programowanie i symulacja pracy stanowiska transportowego przy wykorzystaniu środowiska FluidSIM / 2 / Studenci na podstawie instrukcji i środowiska komputerowego programują i badają sposób pracy dedykowanego stanowiska firmy FESTO.

Podstawowa:

1. M. Olszewski i inni: Urządzenia i systemy mechatroniczne, Oficyna „rea”

2. J. Przepiórkowski: Silniki elektryczne, Oficyna „btc”.

3. A. Dębowski: Automatyka, napęd elektryczny, WNT Warszawa 2018.

4. Szenajch W.: Napęd i sterowanie pneumatyczne. WNT Warszawa 1992, 1997, 2003.

5. Szenajch W.: Napęd i sterowanie pneumatyczne, WNT, Warszawa 1997.

6. Świder J., Naier A., Kost G. Zdanowicz R.: Sterowanie i automatyzacja procesów technologicznych i układów mechatronicznych. Układy pneumatyczne i elektropneumatyczne ze sterowaniem logicznym (PLC), ZGliwice 2002.

7. Szenajch W.: Pneumatyczne i hydrauliczne manipulatory przemysłowe. WNT Warszawa 1992

……………………………………

Uzupełniająca:

8. Szenajch W.: Przyrządy, uchwyty i sterowanie pneumatyczne. WNT Warszawa 1983.

9. Gerhard Vogel, Euglen Mühlberger: Fascynujący świat pneumatyki. Opracowanie wersji polskiej Mariusz Olszewski. Warszawa Festo Polska, sierpień 2003.

10. Jaworowicz M: materiały własne do wykładu i ćwiczeń

11. Borys Sz.: materiały własne do ćwiczeń i laboratoriów

12. Siwek M: materiały własne do ćwiczeń

13. Prezentacje na platformie MathWorks.

……………………………………

Symbol i nr efektu modułu / efekt kształcenia / odniesienie do efektu kierunkowego

W1 / Zna i rozumie uwarunkowania strukturalne i funkcjonalne do projektowania układów sterowania PLC oraz stykowego w napędach oraz w przemysłowych układach elektropneumatycznych /Posiada ugruntowaną wiedzę z podstaw metodyki doboru i obliczania warunków pracy napędu elektrycznego w aplikacjach przemysłowych oraz właściwie interpretuje powyższą problematykę w zagadnieniach ich eksploatacji i modernizowania

/ K_W01, K_W03, K_W05

U1 / na podstawie danych literaturowych oraz sformułowanego zadania syntezy napędu oraz procesu przemysłowego, potrafi zastosować właściwe metody i narzędzia numeryczne do analizy i projektu struktury systemu z algorytmami sterowania i ich implementacji na platformie PLC oraz pneumatycznych i elektropneumatycznych elementów wykonawczych/ K_U01, K_U10, K_U14, K_U15.

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu

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

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen z przygotowania i wykonania ćwiczeń laboratoryjnych oraz z wykonania i zaliczenia sprawozdań.

Ocena końcowa z przedmiotu jest średnią ważoną z ocen pisemnego testu egzaminacyjnego oraz zaliczenia zadań laboratoryjnych.

Zaliczenie ćwiczeń - na podstawie średniej z ocen za sprawozdania.

Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych na ocenę odbywa się na podstawie średniej z pozytywnych ocen za wszystkie wykonane i zaliczone ćwiczenia.

Efekty W1, W2, sprawdzane są na dwóch kolokwiach i egzaminie pisemnym w postaci testu sprawdzającego z zadaniami zamkniętymi oraz podczas rozwiązywania zadań laboratoryjnych.

Efekt U1 sprawdzany jest na kolokwiach oraz na podstawie zaliczenia zadań laboratoryjnych.

Efekt U2 sprawdzany jest praktycznie podczas ćwiczeń laboratoryjnych.

Efekt U3 sprawdzany jest praktycznie podczas ćwiczeń laboratoryjnych.

Efekty K1 i K2 sprawdzane są na podstawie oceny pracy zespołowej i zaliczenia sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych.

1.Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który odpowie wyczerpująco na 5 pytań egzaminacyjnych i uzyska co najmniej ocenę dobry plus z laboratorium.

2 Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który odpowie wyczerpująco na 4,5 pytania egzaminacyjnego i uzyska nie mniej, niż dobry z laboratorium.

3. Ocenę dobrą otrzymuje student, który odpowie wyczerpująco na 4 pytania egzaminacyjne i uzyska co najmniej ocenę dostateczny plus z laboratorium.

4. Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który odpowie na 3,5 pytania egzaminacyjnego i uzyska ocenę dostateczny z laboratorium.

5. Ocenę dostateczną otrzymuje student, który odpowie na 3 pytania egzaminacyjne i uzyska ocenę dostateczny z laboratorium.

Nie dotyczy