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 / specjalność: wszystkie

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 estymacji zmiennych stanu oraz 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 Automation Studio i DriveLab.

Wykłady /metody dydaktyczne

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 asynchronnicznych: przełączanie biegunowe, poślizgowe, częstotliwościowe. Przemienniki częstotliwości – elementy funkcjonalne. Przekształtniki napięcia – struktury i zasady pracy. Charakterystyka pracy falownika skalarnego / 4 / Zagadnienia obejmują analizę pracy napędu AC ze sterowaniem skalarnym V/f na przykładzie napędu windy osobowej.

3. Silniki BLDC i PMSM z elektroniczna komutacją i regulacją momentu – budowa, zasada wytwarzania momentu napędowego. Struktura funkcjonalna wektorowego przemiennika częstotliwości – przekształcenia wektorów napięć i prądów, schematy elektryczne falowników z modulacją PWM, pętle regulacji PI momentu i strumienia silnika. / 2 / Zagadnienia obejmują budowę silników, sposoby wytwarzania momentu obrotowego oraz analizę struktury funkcjonalnej wektorowego przemiennika częstotliwości.

4. Silniki synchroniczne PMSM w układach napędowych realizujących algorytm FOC. Analiza algorytmu sterowania SVPWM – modele fizyczne, schematy elektryczne torów sygnałowych, cechy jakościowe. Aplikacje przemysłowe i komercyjne silników PMSM z algorytmem FOC/DTC / 2 / Zagadnienie obejmuje analizę algorytmu FOC w układach napędowych z silnikami PMSM.

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

Ćwiczenia /metoda analityczno-praktyczna/

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 wy-korzystaniu 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. 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 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.

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

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

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

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

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

nie dotyczy