Sterowanie w systemach mechatronicznych - IV sem.

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 30/E, C 24/+, L 14/+, razem: 64 godz.

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

Semestr IV / kierunek Mechatronika / specjalność: wszystkie

Dr inż. Marek Jaworowicz, ppłk dr inż. Maciej Henzel

aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 30

2. Udział w laboratoriach / 14

3. Udział w ćwiczeniach / 24

4. Udział w seminariach / 0

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 20

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 / 10

11. Przygotowanie do egzaminu / 10

12. Przygotowanie do zaliczenia / 0

13. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 140godz./ 7.0 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+10+13): 80godz./ 1,5 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym (2+6) 26godz./ 0,5 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową/ 5.0 ECTS

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. Ponadto, studenci zapoznają się ze sposobem doboru i łączenia ze sobą odpowiednich elementów elektropneumatycznych w celu zbudowania danego układu, wykorzystując do tego wiedzę teoretyczną oraz dedykowane programy narzędziowe.

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 / 4/ 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 / 2/ Zagadnienie obejmuje budowę i działanie mostka typu H oraz układy dyskretnego sterowania jego stanami dla uzyskania pożądanej wartości prądu silnika i momentu napędowego.

4. Projektowanie regulatorów dla napędów osi robotów /4/ Zagadnienie obejmuje metodykę projektowania regulatorów PID oraz od stanu z wykorzystaniem Control Toolbox/ SISO Design_Tool oraz Signal Constraint/Matlab

5. Regulatory rozmyte FLC w układach mechatronicznych /2/ Zagadnienie obejmuje analizę własności sterowania z regulatorem FLC.

6. Elementy i zespoły układów pneumatycznych i hydraulicznych /2/ Przed-stawienie podstawowych elementów z zakresu pneumatyki oraz hydrauliki oraz sposób ich klasyfikacji.

7. Siłowniki i zawory sterujące / 2 / Zasady doboru do układu odpowiednich elementów wykonawczych oraz zaworów niezbędnych do sterowania danym systemem mechatronicznym.

8. Zasady budowania schematów pneumatycznych i hydraulicznych

/ 2 / Studenci na różnych przykładach zapoznają się z zasadą konstruowania układów pneumatycznych i hydraulicznych oraz realizacją zdarzeń procesowych i czasowych sterowania.

9. Łączenie elementów układu, jego uruchamianie i testowanie / 2 / Projektowanie i modelowanie układów sterowania pneumatycznego i hydraulicznego w środowisku FluidSim. Przykłady aplikacji.

10. Przyrządy giroskopowe mechatroniki /4/ Klasyfikacje, konstrukcje, technologie i zastosowania giroskopów w mechatronice. Giroskopy scalone, laserowe, biochemiczne, nanogiroskopy. Ogólna i przybliżona teoria giroskopu.

11. Prawo precesji żyroskopu i jego wykorzystanie w układach pomiarowych. Odczyt danych pomiarowych /2/.

12.. Stosowane aplikacje i rozwiązania automatyki z giroskopami. Układy stabilizacji dla modeli sterowanych falą elektromagnetyczną. Systemy komunikacyjne i interfejsy z mikrokontrolerami dla giroskopów. Magistrala I2C. Interfejs SPI. Interfejs Microwire /2/.

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. Dobór regulatora i obliczanie jego nastaw w Control Toolbox dla napędu z silnikiem DC / 2 / Studenci wykorzystują procedury Control Toolbox do wyznaczenia nastaw regulatora PI i od stanu dla zadanych warunków regulacji napędu.

5. 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.

6. Zasady budowania schematów pneumatycznych i hydraulicznych. Modelowanie układów pneumatycznych i hydraulicznych w programie FluidSim

/ 2 / Studenci uczą się wykorzystania programu FluidSim do budowania struktur układów pneumatycznych i hydraulicznych.

7. Wyznaczanie i badanie symulacyjnego modelu sterowania w środowisku FluidSim – układy pneumatyczne i hydrauliczne 4 / Studenci uczą się modelowania i testowania układów pneumatycznych i hydraulicznych z wykorzystaniem dedykowanego środowiska komputerowego.

8. Wyznaczanie uproszczonych równań ruchu giroskopu./ 4 / Konwersja modelu ciągłego giroskopu do modelu dyskretnego. Przybliżona metoda adaptacji ciągłego modelu giroskopu do potrzeb sterowania cyfrowego.

9. Analiza aplikacji do rejestracji danych z giroskopu MEMS. Określanie po-łożenia kątowego obiektu na podstawie rejestracji danych /2/.

Laboratoria /metoda praktyczna

1. Badanie napędu pneumatycznego z regulatorami PID, FLC oraz neuronowym / 2 / Studenci badają i oceniają jakość regulacji położenia siłownika pneumatycznego na podstawie wyznaczanych i rejestrowanych odpowiedzi skokowych przy zadawanych różnych funkcjach wymuszeń.

2. Badanie dokładności i powtarzalności sterowania położeniem serwomechanizmu DC / 4 / Studenci badają i wyznaczają na wartości wskaźników dokładności i powtarzalności serwomechanizmu przy zmiennych wartościach współczynnikach wypełnienia układu PWM.

3. Łączenie, uruchamianie i badania układu sterowania pneumatycznego

/ 4 / Bazując na odpowiednim stanowisku studenci uczą się łączenia elementów pneumatycznych, a następnie badają zbudowany przez siebie układ.

4. Łączenie, uruchamianie i badania układu sterowania hydraulicznego i elektrohydraulicznego / 4 / Bazując na odpowiednim stanowisku studenci uczą się łączenia elementów hydraulicznych, a następnie badają zbudowany przez siebie układ.

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. Z. Koruba: Elementy Teorii I Zastosowań Giroskopu Sterowanego, Poli-technika Świętokrzyska Kielce, 2008r.

6. W. Szenajch, Napęd i sterowanie pneumatyczne, WNT Warszawa 1997r.

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

7. Ł. Węsierski, Elementy i układy pneumatyczne, OW NOT Kielce, 1989-1990r.

8. Ł. Węsierski, Podstawy pneumatyki. AGH Kraków, 1990r.

Uzupełniająca:

9. J. Kwaśniewski: Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, btc, 2008r.

10. M. Szymkat: Komputerowe wspomaganie w projektowaniu układów regulacji, WNT, 2001r.

11. E. W. Gierc, Napędy pneumatyczne. Teoria i obliczenia, WNT Warszawa, 1973r.

12. M. Jaworowicz, materiały własne do wykładu i ćwiczeń.

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

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: egzaminu

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: opracowanych i uruchomionych pro-gramów w Matlab/Simulinku oraz FluidSim-ie.

Ćwiczenia laboratoryjne zaliczane są na podstawie: opracowanych i obronionych sprawozdań

Zaliczenie przedmiotu jest prowadzone w formie kolokwium, z pytaniami otwartymi i zadaniami obliczeniowymi oraz opracowaniem schematów

połączeń układów

Warunkiem dopuszczenia do egzaminu/zaliczenia jest zaliczenie ćwiczeń i laboratoriów

Osiągnięcie efektu K_W08- weryfikowane jest na podstawie kolokwium

Osiągnięcie efektów K_U07/12/13- sprawdzane jest na ćwiczeniach

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który uzyska 6pkt. z kolokwium

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który uzyska 5,5pkt. z kolokwium

Ocenę dobrą otrzymuje student, który uzyska 5pkt. z kolokwium

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który uzyska 4,5pkt. z kolokwium

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który uzyska 4pkt. z kolokwium

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który uzyska mniej, niż 4pkt. z kolokwium

nie dotyczy