Automatyka

niestacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 18/x; C 6/z; L 12/+

Analiza matematyczna / logarytmy, działania na liczbach zespolonych, rachunek różniczkowy i całkowy, transformaty Fouriere’a i Laplace”a.

Fizyka / elementy teorii niepewności, podstawy analizy widmowej.

Elektrotechnika / łączenie schematów elektrycznych, charakterystyki czasowe i częstotliwościowe w stanach ustalonych i nieustalonych.

Elektronika / właściwości przetworników pomiarowych, konwersja analogowo-cyfrowa i cyfrowo-analogowa.

semestr: III / kierunek: Energetyka / specjalności: wszystkie

dr inż. Wiktor Olchowik

1. Udział w wykładach / 18

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 37

3. Udział w ćwiczeniach rachunkowych / 6

4. Samodzielne przygotowanie się do ćwiczeń / 19

5. Udział w laboratoriach / 12

6. Samodzielne przygotowanie się do laboratoriów / 38

7. Udział w konsultacjach / 6

8. Przygotowanie do egzaminu / 12

9. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 150 / 5 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1.+3.+5.+7.+9.=44 / 1,5 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym: 3.+4.+5.+6.=75 / 2,5 ECTS

Przedmiot służy poznaniu zagadnień związanych z właściwościami, charakterystykami i stabilnością liniowych ciągłych, liniowych impulsowych i nieliniowych ciągłych układów regulacji automatycznej. Przygotowuje do analizy procesów i projektowania złożonych UAR.

Wykłady / metody dydaktyczne: werbalno-wizualna prezentacja treści programowych z wykorzystaniem technik audiowizualnych; podanie informacji teoretycznych i wskazanie przykładów ilustrujących teorię; podanie tematów do samodzielnego studiowania.

Tematy kolejnych zajęć (po 2 godziny lekcyjne):

1. Wprowadzenie, właściwości i podział układów automatycznej regulacji UAR.

Wprowadzenie do tematyki przedmiotu i definicje. Schemat i podstawowe właściwości UAR, sprzężenie zwrotne, układ otwarty i zamknięty, podział UAR ze względu na różne kryteria z podaniem przykładów.

2. Modele matematyczne UAR.

Równanie różniczkowe, transmitancja operatorowa, transmitancja widmowa, amplitudowa i fazowa charakterystyka częstotliwościowa, charakterystyka amplitudowo-fazowa, logarytmiczna charakterystyka amplitudowa i fazowa, charakterystyka impulsowa i skokowa.

3. Podstawowe człony UAR.

Charakterystyki członów: bezinercyjny (proporcjonalny), całkujący idealny, różniczkujący idealny, inercyjny rzędu I, inercyjny rzędu II, różniczkujący rzeczywisty, całkujący rzeczywisty, oscylacyjny.

4. Przekształcanie schematów blokowych i charakterystyki czasowe i częstotliwościowe liniowych, ciągłych UAR.

Podstawowe elementy, wzory i metody przekształceń w schematach blokowych. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe złożonych UAR i ich właściwości.

5. Stabilność liniowych ciągłych UAR.

Definicja stabilności, składowa przejściowa, kryteria stabilności: analityczne (Hurwitza, Routha), graficzno-analityczne (Michajłowa). Kryterium Nyquista i jego zastosowanie, zapas stabilności, analiza stabilności dla wybranych przykładów.

6. Ocena jakości regulacji i korekcja UAR

Kryteria jakości procesów regulacji: dokładności statycznej, parametrów charakterystyki skokowej lub częstotliwościowej, kryteria związane z równaniem charakterystycznym (np. rozkładu pierwiastków), kryteria całkowe. Metody korekcji, modele matematyczne i rodzaje regulatorów, synteza UAR.

7. Charakterystyki i stabilność impulsowych UAR.

Równanie różnicowe, przekształcenie Z, transmitancja dyskretna, impulsator idealny, funkcja schodkowa, dyskretne charakterystyki widmowe. Warunek stabilności impulsowych UAR, zmodyfikowane kryterium Hurwitza i Nyquista, wpływ okresu impulsowania na stabilność, porównanie charakterystyk układów ciągłych i impulsowych.

8. Charakterystyki i stabilność nieliniowych UAR.

Elementy i układy nieliniowe, charakterystyki czasowe i częstotliwościowe impulsowych UAR. Właściwości i metody analizy stabilności nieliniowych UAR. Metoda funkcji opisującej. Metoda płaszczyzny fazowej.

9. Podstawy projektowania i przykłady zastosowań UAR w energetyce

Metody i zasady projektowania. Przedstawienie przykładów praktycznych UAR jako sterowników w urządzeniach i systemach stosowanych w energetyce.

Ćwiczenia / metody dydaktyczne: repetytorium i utrwalenie elementów treści programowych, rozwiązywanie zadań; symulacje komputerowe, dyskusja.

Tematy kolejnych zajęć (po 2 godziny lekcyjne):

1. Charakterystyki i stabilność układów liniowych ciągłych.

Określanie modeli i wzorów matematycznych oraz symulacja komputerowa charakterystyk częstotliwościowych dla zadanych układów. Ocena stabilności z wykorzystaniem kryterium Routha i Nyquista.

2. Charakterystyki i stabilność układów impulsowych, przekształcanie schematów blokowych.

Określanie modeli oraz symulacja komputerowa charakterystyk częstotliwościowych dla zadanych układów impulsowych i ocena ich stabilności. Sprowadzanie złożonych struktur UAR z wielokrotnymi sprzężeniami zwrotnymi do najprostszej postaci transmitancji.

3. Kolokwium.

Kolokwium sprawdzające umiejętność przekształcania schematów blokowych oraz przygotowania odpowiednich modeli matematycznych i komputerowej symulacji charakterystyk.

Laboratoria / metody dydaktyczne: zastosowania praktyczne poznawanych algorytmów i metod obliczeniowych.

Tematy kolejnych zajęć (po 4 godziny lekcyjne):

1. Badanie charakterystyk liniowych ciągłych UAR.

Pomiar i analiza charakterystyk czasowych i częstotliwościowych podstawowych członów UAR.

2. Badanie stabilności liniowych, ciągłych UAR.

Pomiary charakterystyk i utworzenie modelu teoretycznego układu rzędu III otwartego i zamkniętego. Badanie stabilności w oparciu o przebiegi czasowe, kryterium Nyquista i Routha.

3. Badanie impulsowych UAR.

Pomiar i analiza charakterystyk czasowych i częstotliwościowych oraz badanie stabilności impulsowych UAR.

4. Badanie nieliniowych UAR.

Pomiar i analiza charakterystyk czasowych i częstotliwościowych oraz badanie stabilności nieliniowych UAR z zastosowaniem metody funkcji opisującej.

podstawowa:

1. Mazurek J. Vogt H. Żydanowicz W.; Podstawy automatyki, Oficyna Wydawnicza PW; 2006

2. Kowal J., Podstawy automatyki t1, AGH, 2006

3. Kowal J., Podstawy automatyki t2, AGH, 2007

uzupełniająca:

4. Kaczorek T., Teoria sterowania i systemów, PWN 1999

W1 / Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie podstaw sterowania i automatyki niezbędną do projektowania układów regulacji stosowanych w urządzeniach energetycznych / K_W14

W2 / Student ma podstawową wiedzę w zakresie elektroniki niezbędną do stosowania w praktyce podstawowych elementów UAR / K_W09

W3 / Student ma wiedzę w zakresie pomiaru charakterystyk UAR oraz przetwarzania wyników eksperymentów / K_W15

U1 / Student potrafi wykorzystać poznane modele matematyczne i symulacje komputerowe do analizy i oceny działania UAR / K_U07

U2 / Student potrafi dokonać analizy sygnałów stosując techniki analogowe i cyfrowe oraz odpowiednie narzędzia sprzętowe i programowe / K_U11

U3 / Student potrafi porównać rozwiązania projektowe UAR ze względu na zadane kryteria użytkowe i ekonomiczne / K_U12

K1 / Student ma świadomość ważności zachowania w sposób profesjonalny, przestrzegania zasad etyki zawodowej / K_K03

K2 / Student ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania / K_K04

W ramach przedmiotu studenci muszą zdać pisemny egzamin z teorii oraz zaliczyć ćwiczenia laboratoryjne i audytoryjne. Egzamin z wykładanego materiału jest oceniane w skali 0-45 pkt. W ramach laboratoriów studenci są oceniani z przygotowania teoretycznego w skali 0-6 pkt., wykonania pomiarów 0-2,5 pkt. oraz wykonania sprawozdania 0-4 pkt. z 4 modułów laboratoryjnych. Z każdego modułu student może otrzymać do 12,5 pkt. a łącznie z ćwiczeń laboratoryjnych do 50 pkt. Na ćwiczeniach audytoryjnych studenci będą oceniani za rozwiązanie zadań obliczeniowych. Łącznie z ćwiczeń audytoryjnych można otrzymać 0-25 pkt. Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie co najmniej 20 pkt. z egzaminu, co najmniej 22 pkt. z laboratorium oraz co najmniej 11 pkt. z ćwiczeń audytoryjnych, ale łącznie nie mniej niż 60 pkt. Dodatkowym warunkiem jest konieczność uzyskania z każdego elementu zaliczanego na laboratoriach i ćwiczeniach co najmniej 1 pkt. Ocena końcowa z egzaminu jest wystawiana według kryterium:  100 punktów – ocena 5; od 90 do 99,9 – ocena 4,5; od 80 do 89,9 – ocena 4; od 70 do 79,9 – ocena 3,5; od 60 do 69,9 – ocena 3; < 60 – ocena 2. Efekty W1, W2, U3, K1 sprawdzane są na egzaminie. Efekty W2, U1 sprawdzane są na ćwiczeniach audytoryjnych. Efekty W3, U2, K2 sprawdzane są na laboratoriach.