Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki - Mechatronika (S1)
Sylabus przedmiotu Teoria sterowania:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Mechatronika | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | pierwszego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | inżynier | ||
| Obszary studiów | nauki techniczne, studia inżynierskie | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Teoria sterowania | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Automatyki Przemysłowej i Robotyki | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Stefan Domek <Stefan.Domek@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Henryk Misztal <Henryk.Misztal@zut.edu.pl>, Leon Tarasiejski <Leon.Tarasiejski@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 4,0 | ECTS (formy) | 4,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Wcześniej należy uzyskać efekty wiedzy i umiejetności związane z przedmiotami: Matematyka, Informatyka, Podstawy automatyki |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Zapoznanie studentów z podstawami teoretycznymi opisu, analizy i syntezy liniowych układów sterowania z czasem ciągłym i dyskretnym. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| T-A-1 | Wyznaczanie transmitancji zastępczej. Wyznaczanie analityczne charakterystyk czasowych i częstotliwościowych. Analiza stabilności przy pomocy kryterium Hurwitza i Nyquista. Projektowanie układu automatycznej regulacji w oparciu o zadany stopień stabilności, zapas fazy i modułu oraz kryteria całkowe. Wyznaczanie modeli obiektów fizycznych w przestrzeni stanu na podstawie równania różniczkowego oraz transmitancji operatorowej. Wyznaczanie transmitancji na podstawie równań stanu. Analiza właściwości układu sterowania na podstawie równań stanu. | 15 |
| 15 | ||
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Modelowanie układów fizycznych i wykreślanie ich odpowiedzi czasowych. Badanie właściwości i dobór parametrów układu automatycznej regulacji temperatury obiektu elektrotermicznego. Badanie wpływu parametrów regulatora PID na jakość procesów regulacji oraz dobór nastaw regulatora PID na podstawie minimalizacji wskaźników całkowych. Analiza i synteza układu sterowania metodą współrzędnych stanu przy wykorzystaniu programu MATLAB/Simulink. | 15 |
| 15 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Pojęcia podstawowe – układy liniowe i nieliniowe, stacjonarne i niestacjonarne, statyczne i dynamiczne, ciągłe i dyskretne, stabilne i niestabilne, minimalno- i nieminimalnofazowe. Otwarty i zamknięty układ sterowania, struktury układów regulacji automatycznej i rola poszczególnych elementów, czterowarstwowy model funkcjonalny układu sterowania i nadzoru. Opis matematyczny układów nieliniowych w przestrzeni stanu i jego linearyzacja w otoczeniu punktu równowagi, pojęcie transmitancji układu (macierzy transmitancji), wzajemna relacja między opisami w dziedzinie czasu (równania stanu) i częstotliwości (transmitancja Laplace'a, transmitancja widmowa - Fouriera). Sterowalność i obserwowalność. Charakterystyki czasowe i częstotliwościowe podstawowych elementów dynamicznych. Podstawowe opisy układów dyskretnych (dyskretne równania stanu, transmitancja dyskretna). Modele dyskretne układów ciągłych. Modele hybrydowe. Wymagania stawiane układom regulacji. Sprzężenie zwrotne od stanu. Analiza i synteza układów sterowania w dziedzinie czasu i w dziedzinie częstotliwości. Podstawowe algorytmy regulacji ciągłej i nieciągłej. Cyfrowy algorytm PID - właściwości, strojenie, samonastrajanie. Idea regulacji predykcyjnej, liniowy regulator predykcyjny GPC. | 30 |
| 30 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| ćwiczenia audytoryjne | ||
| A-A-1 | uczestnictwo w zajęciach | 15 |
| A-A-2 | Przygotowanie się do zajeć audytoryjnych, czytanie wskazanej literatury, przygotowanie się do kolokwium, przygotowanie prezentacji, przygotowanie się do egzaminu | 10 |
| 25 | ||
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 15 |
| A-L-2 | Przygotowanie do zajęć laboratoryjnych, opracowanie wyników z laboratorium, czytanie wskazanej literatury, napisanie raportu z laboratorium, przygotowanie prezentacji | 10 |
| 25 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-W-2 | Uzupełnianie wiedzy z literatury | 10 |
| A-W-3 | Przygotowanie do egzaminu | 8 |
| A-W-4 | Zdawanie egzaminu | 3 |
| 51 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Metody podajace: wykład informacyjny, opis, objaśnienie, Metody aktywizujace: dyskusja dydaktyczna, Metody programowane z użyciem komputera, Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia przedmiotowe, ćwiczenia laboratoryjne, symulacja. |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Ocena podsumowująca pod koniec przedmiotu podsumowujaca osiągnięte efekty uczenia się. |
Zamierzone efekty kształcenia - wiedza
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ME_1A_B11_W01 Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. | ME_1A_W02, ME_1A_W03, ME_1A_W04 | — | — | C-1 | T-W-1, T-A-1, T-L-1 | M-1 | S-1 |
Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ME_1A_B11_U01 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury i innych źródeł, integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniac opinie. Ma umiejętność samodzielnego poszerzania zdobytej wiedzy. Potrafi posługiwać się oprogramowaniem wspomagającym procesy symulacji i badań układów mechatronicznych. Potrafi rozwiązywać zadania inżynierskie metodami analitycznymi i symulacyjnymi. | ME_1A_U04, ME_1A_U06, ME_1A_U09 | — | — | C-1 | T-W-1, T-A-1, T-L-1 | M-1 | S-1 |
Zamierzone efekty kształcenia - inne kompetencje społeczne i personalne
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ME_1A_B11_K01 Rozumie potrzebę ciągłego uczenia się. Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera. | ME_1A_K01, ME_1A_K02 | — | — | C-1 | T-W-1, T-A-1, T-L-1 | M-1 | S-1 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| ME_1A_B11_W01 Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. | 2,0 | Nie zna metod opisu liniowych układów dynamicznych ani w dziedzinie czasu ani częstotliwości. Nie zna podstawowych charakterystyk układów ciągłych. Nie ma wiedzy umożliwiającej formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Nie ma wiedzy w zakresie cyfrowego algorytmu PID. |
| 3,0 | Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. | |
| 3,5 | Zna metody opisu liniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID. | |
| 4,0 | Zna metody opisu liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości oraz wzajemne relacje między nimi. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID. | |
| 4,5 | Zna metody opisu liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu oraz wzajemne relacje między nimi. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych i nieliniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID. | |
| 5,0 | Zna metody opisu liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości oraz wzajemne relacje między nimi. Zna podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Zna podstawowe struktury układów sterowania. Ma wiedzę szczególną umożliwiająca formułowanie wniosków w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych i nieliniowych. Ma wiedzę w zakresie podziału algorytmów sterowania. Ma teoretycznie podbudowaną wiedzę w zakresie cyfrowego algorytmu PID oraz algorytmu predykcyjnego GPC. |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| ME_1A_B11_U01 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury i innych źródeł, integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniac opinie. Ma umiejętność samodzielnego poszerzania zdobytej wiedzy. Potrafi posługiwać się oprogramowaniem wspomagającym procesy symulacji i badań układów mechatronicznych. Potrafi rozwiązywać zadania inżynierskie metodami analitycznymi i symulacyjnymi. | 2,0 | Nie potrafi wyznaczyć opisu typowych liniowych układów dynamicznych ciągłychani w dziedzinie czasu ani częstotliwości. Nie potrafi wyznaczyć analitycznie podstawowych charakterystyk układów ciągłych. Nie potrafi formułować wniosków w zakresie stabilności układów liniowych. Nie potrafi nastroić cyfrowego algorytmu PID. |
| 3,0 | Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych układów dynamicznych ciągłych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności układów liniowych. Potrafi nastroić cyfrowy algorytm PID. | |
| 3,5 | Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID. | |
| 4,0 | Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID. Rozumie zasadę regulacji predykcyjnej. | |
| 4,5 | Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID. Rozumie zasadę regulacji predykcyjnej i potrafi ją zastosować. | |
| 5,0 | Potrafi wyznaczyć oraz wzajemnie przetworzyć opisy typowych liniowych i nieliniowych układów dynamicznych ciągłych i dyskretnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Potrafi wyznaczyć analitycznie i eksperymentalnie podstawowe charakterystyki układów ciągłych. Potrafi formułować wnioski w zakresie stabilności, sterowalności i obserwowalności wielowymiarowych układów liniowych. Potrafi dokonać syntezy i nastroić cyfrowy algorytm PID. Rozumie zasadę regulacji predykcyjnej i potrafi ją zastosować. Potrafi dokonać analizy wymagań jakie ma spełniać układ sterowania procesem technologicznym. |
Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| ME_1A_B11_K01 Rozumie potrzebę ciągłego uczenia się. Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera. | 2,0 | Student nie potrafi opisać przykładowych liniowych ani nieliniowych układów dynamicznych. Nie potrafi również opisać zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania przykładowego problemu w aspektach pozatechnicznych |
| 3,0 | Student potrafi opisać przykładowe liniowe układy dynamiczne oraz zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania przykładowego problemu i na tym tle omówić osiągane rezultaty w aspektach pozatechnicznych | |
| 3,5 | Student potrafi opisać przykładowe liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania przykładowego problemu i na tym tle omówić osiągane rezultaty w aspektach pozatechnicznych | |
| 4,0 | Student potrafi opisać liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz przykładowe zastosowania cyfrowego algorytmu PID do rozwiązania zadanego problemu i na tym tle dyskutować o osiągniętych rezultatach w aspektach pozatechnicznych | |
| 4,5 | Student potrafi samodzielnie opisać liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz przykładowe zastosowania cyfrowego algorytmu PID lub algorytmu predykcyjnego do rozwiązania zadanego problemu i na tym tle analizować i dyskutować o osiągniętych rezultatach w aspektach pozatechnicznych | |
| 5,0 | Student potrafi samodzielnie opisać liniowe i nieliniowe układy dynamiczne oraz przykładowe zastosowania cyfrowego algorytmu PID lub algorytmu predykcyjnego do rozwiązania zadanego problemu i na tym tle analizować i dyskutować o efektywności osiągniętych rezultatów w aspektach pozatechnicznych |
Literatura podstawowa
- Emirsajłow Zbigniew, Teoria układów sterowania, Cz. I – Układy linowe z czasem ciągłym., Wydawnictwo Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2001, Seria Tempus, Wydział Elektryczny Politechniki Szczecińskiej
- Kaczorek T., Dzieliński A., Dąbrowski W., Podstawy teorii sterowania, WNT, Warszawa, 2005
Literatura dodatkowa
- Larminat P., Thoma Y., Podstawy automatyki (t. 1-3), WNT, 1977
- Niederliński A., Systemy i sterowanie, PWN, 1983