Automatyka

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 30/x; C 10/z; L 20/+

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 / 30

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 25

3. Udział w ćwiczeniach rachunkowych / 10

4. Samodzielne przygotowanie się do ćwiczeń / 15

5. Udział w laboratoriach / 20

6. Samodzielne przygotowanie się do laboratoriów / 30

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.=68 / 2,5 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. Przekształcenia schematów blokowych.

Podstawowe elementy, wzory i metody przekształceń w schematach blokowych, przykłady przekształcania złożonych schematów blokowych.

5. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe liniowych, ciągłych UAR.

Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe złożonych UAR i ich właściwości. Symulacyjne tworzenie charakterystyk.

6. Stabilność liniowych ciągłych UAR.

Definicja stabilności, składowa przejściowa, kryteria stabilności: analityczne (Hurwitza, Routha), graficzno-analityczne (Michajłowa).

7. Analiza stabilności liniowych ciągłych UAR.

Kryterium Nyquista i jego zastosowanie, zapas stabilności, analiza stabilności dla wybranych przykładów.

8. Ocena jakości regulacji.

Kryteria jakości procesów regulacji: dokładności statycznej, parametrów charakterystyki skokowej lub częstotliwościowej, kryteria związane z równaniem charakterystycznym (np. rozkładu pierwiastków), kryteria całkowe.

9. Korekcja UAR.

Metody korekcji, modele matematyczne i rodzaje regulatorów, synteza UAR.

10. Charakterystyki impulsowych UAR.

Równanie różnicowe, przekształcenie Z, transmitancja dyskretna, impulsator idealny, funkcja schodkowa, dyskretne charakterystyki widmowe.

11. Stabilność impulsowych UAR.

Warunek stabilności impulsowych UAR, zmodyfikowane kryterium Hurwitza i Nyquista, wpływ okresu impulsowania na stabilność, porównanie charakterystyk układów ciągłych i impulsowych.

12. Charakterystyki nieliniowych UAR.

Elementy i układy nieliniowe, charakterystyki czasowe i częstotliwościowe impulsowych UAR.

13. Stabilność nieliniowych UAR.

Właściwości i metody analizy stabilności nieliniowych UAR. Metoda funkcji opisującej. Metoda płaszczyzny fazowej.

14. Podstawy projektowania UAR.

Metody i zasady projektowania.

15. Przykłady zastosowań UAR w energetyce.

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.

Określanie modeli oraz symulacja komputerowa charakterystyk częstotliwościowych dla zadanych układów impulsowych i ocena ich stabilności.

3. Przekształcanie schematów blokowych.

Sprowadzanie złożonych struktur UAR z wielokrotnymi sprzężeniami zwrotnymi do najprostszej postaci transmitancji.

4. Kolokwium I.

Kolokwium sprawdzające umiejętność przekształcania schematów blokowych oraz obliczania transmitancji i parametrów charakterystyk dla zadanych układów.

5. Kolokwium II.

Kolokwium sprawdzające umiejętność przygotowania odpowiednich modeli matematycznych i komputerowej symulacji charakterystyk układów ciągłych i impulsowych.

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 jakości procesów regulacji.

Pomiary charakterystyk oraz analiza jakości regulacji z zastosowaniem kryteriów całkowych i parametrów charakterystyk skokowych.

4. Badanie impulsowych UAR.

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

5. 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 0-5 pkt., wykonania pomiarów 0-2 pkt. oraz wykonania sprawozdania 0-3 pkt. z 5 modułów laboratoryjnych. Z każdego modułu student może otrzymać do 10 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.