Wydział Elektryczny - Elektrotechnika (N2)
Sylabus przedmiotu Metody numeryczne w elektrotechnice:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Elektrotechnika | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia niestacjonarne | Poziom | drugiego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | magister inżynier | ||
| Obszary studiów | charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Metody numeryczne w elektrotechnice | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki Stosowanej | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Krzysztof Stawicki <Krzysztof.Stawicki@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Stanisław Gratkowski <Stanislaw.Gratkowski@zut.edu.pl>, Krzysztof Stawicki <Krzysztof.Stawicki@zut.edu.pl>, Marcin Ziółkowski <Marcin.Ziolkowski@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 5,0 | ECTS (formy) | 5,0 |
| Forma zaliczenia | egzamin | Język | polski |
| Blok obieralny | 6 | Grupa obieralna | 1 |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Matematyka na poziomie inżynierskim. |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Poszerzenie wiedzy o zastosowaniu metod numerycznych w elektrotechnice oraz zakresu znajomości metod matematycznych, co ma umożliwić nabycie umiejętności tworzenia algorytmów numerycznych i podejmowanie decyzji projektowych na poziomie magisterskim w zakresie zadań obliczeniowych elektrotechniki. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Operacje na macierzach w środowisku Matlab/Octave/Scilab. Skrypty i funkcje. Przykłady realizacji obliczeń i prezentacji wyników. | 2 |
| T-L-2 | Obliczenia w programie Comsol Multiphysics. | 3 |
| T-L-3 | Obliczenia w programie Finite Element Method Magnetics. | 3 |
| T-L-4 | Rozwiązywanie układów równań metodami bezpośrednimi. | 2 |
| T-L-5 | Rozwiązywanie układów równań metodami iteracyjnymi. | 1 |
| T-L-6 | Całkowanie numeryczne wielkości wektorowych w obliczeniach pola elektromagnetycznego. Implementacja w Matlabie praw Gaussa, Ampere'a, Biota - Savarta. | 2 |
| T-L-7 | Numeryczna realizacja różniczkowania, gradientu i dywergencji w układzie kartezjańskim i cylindrycznym. | 2 |
| T-L-8 | Numeryczna analiza stanów nieustalonych w obwodach elektrycznych. | 2 |
| T-L-9 | Metoda różnic skończonych w układzie kartezjańskim. Implementacja warunków brzegowych Dirichleta i zerowego warunku Neumanna. | 2 |
| T-L-10 | Metoda różnic skończonych w układzie osiowosymetrycznym. | 2 |
| T-L-11 | Metoda elementów skończonych w zagadnieniach pola elektrycznego i magnetycznego. Procedura obliczeń. Implementacja w środowisku Matlab/Octave/Scilab. | 6 |
| 27 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Formaty zapisu liczb w pamięci komputera, standard IEEE 754. Arytmetyka zmiennoprzecinkowa. Dokładność i błędy obliczeń numerycznych. Typy danych i operacje na macierzach w środowisku Matlab/Octave/Scilab. Struktura złożonej procedury obliczeniowej w środowisku Matlab/Octave/Scilab. | 1 |
| T-W-2 | Etapy modelowania i rozwiązywania zadań w programach opartych na metodzie elementów skończonych: Comsol Multiphysics oraz Finite Element Method Magnetics. Przygotowanie modelu, ustawienia siatki, rozwiązanie, postprocessing. | 2 |
| T-W-3 | Metody bezpośrednie rozwiązywania układów równań liniowych. Odwracanie macierzy. Uwarunkowanie macierzy. Układ równań nadokreślony. | 2 |
| T-W-4 | Metody iteracyjne rozwiązywania układów równań liniowych. Warunki zbieżności. Kryteria zakończenia obliczeń. | 2 |
| T-W-5 | Interpolacja i aproksymacja. Wielomiany Newtona i Lagrange’a. Aproksymacja średniokwadratowa. Interpolacja w przestrzeni dwuwymiarowej. | 1 |
| T-W-6 | Całkowanie numeryczne danych jednowymiarowych i dwuwymiarowych. Wykorzystanie interpolacji. | 1 |
| T-W-7 | Różniczkowanie numeryczne - pierwsza i druga pochodna w różnych układach współrzędnych. Wykorzystanie interpolacji. Operatory różniczkowe w układzie kartezjańskim i cylindrycznym. | 1 |
| T-W-8 | Numeryczne metody rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych. Stany nieustalone w obwodach elektrycznych. | 2 |
| T-W-9 | Równania różniczkowe cząstkowe dla potencjałów w polu elektrycznym i magnetycznym. Metoda różnic skończonych w układzie kartezjańskim i cylindrycznym. Warunki brzegowe. | 2 |
| T-W-10 | Metoda elementów skończonych. Struktura danych w metodzie. Implementacja dla zagadnień w polu elektrycznym i magnetycznym. | 4 |
| 18 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 27 |
| A-L-2 | Przygotowanie do zajęć | 24 |
| A-L-3 | Realizacja wybranych zadań indywidualnie lub w zespołach | 15 |
| A-L-4 | Konsultacje | 9 |
| 75 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | Uczestnictwo w zajęciach | 18 |
| A-W-2 | Samodzielne studiowanie tematyki wykładów | 25 |
| A-W-3 | Przygotowanie do egzaminu | 6 |
| A-W-4 | Egzamin | 1 |
| 50 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjno-problemowy. |
| M-2 | Ćwiczenia laboratoryjne z użyciem komputera. |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: Sprawdzian - przed wybranymi ćwiczeniami laboratoryjnymi. |
| S-2 | Ocena formująca: Ocena pracy na zajęciach. |
| S-3 | Ocena formująca: Ocena wybranych zadań realizowanych samodzielnie lub w zespole. |
| S-4 | Ocena podsumowująca: Egzamin pisemny. |
Zamierzone efekty uczenia się - wiedza
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| EL_2A_C05.2_W01 Student ma poszerzony zakres znajomości metod matematycznych. | EL_2A_W01 | — | — | C-1 | T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-6, T-W-7, T-W-8, T-W-9, T-W-10 | M-1 | S-4 |
| EL_2A_C05.2_W02 Student ma poszerzoną wiedzę o zastosowaniu metod numerycznych w elektrotechnice. | EL_2A_W01 | — | — | C-1 | T-W-2, T-W-6, T-W-7, T-W-8, T-W-9, T-W-10 | M-1 | S-4 |
Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| EL_2A_C05.2_U01 Student umie wykorzystać specjalistyczne oprogramowanie do rozwiązywania zagadnień z elektrotechniki na poziomie magisterskim. | EL_2A_U07 | — | — | C-1 | T-L-1, T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5, T-L-6, T-L-7, T-L-8, T-L-9, T-L-10, T-L-11 | M-2 | S-2 |
| EL_2A_C05.2_U02 Student umie tworzyć algorytmy numeryczne w zakresie zadań obliczeniowych elektrotechniki. | EL_2A_U07 | — | — | C-1 | T-L-4, T-L-5, T-L-6, T-L-7, T-L-8, T-L-9, T-L-10, T-L-11 | M-2 | S-1, S-2, S-3 |
| EL_2A_C05.2_U03 Student umie podejmować decyzje projektowe na poziomie magisterskim w zakresie zadań obliczeniowych elektrotechniki. | EL_2A_U07 | — | — | C-1 | T-L-2, T-L-3, T-L-8, T-L-9, T-L-10, T-L-11 | M-2 | S-1, S-2, S-3 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| EL_2A_C05.2_W01 Student ma poszerzony zakres znajomości metod matematycznych. | 2,0 | Student odpowiedział poprawnie na mniej niż 50% pytań na egzaminie. |
| 3,0 | Student odpowiedział poprawnie na min. 50% pytań na egzaminie. | |
| 3,5 | Student odpowiedział poprawnie na min. 60% pytań na egzaminie. | |
| 4,0 | Student odpowiedział poprawnie na min. 70% pytań na egzaminie. | |
| 4,5 | Student odpowiedział poprawnie na min. 80% pytań na egzaminie. | |
| 5,0 | Student odpowiedział poprawnie na min. 90% pytań na egzaminie. | |
| EL_2A_C05.2_W02 Student ma poszerzoną wiedzę o zastosowaniu metod numerycznych w elektrotechnice. | 2,0 | Student odpowiedział poprawnie na mniej niż 50% pytań na egzaminie. |
| 3,0 | Student odpowiedział poprawnie na min. 50% pytań na egzaminie. | |
| 3,5 | Student odpowiedział poprawnie na min. 60% pytań na egzaminie. | |
| 4,0 | Student odpowiedział poprawnie na min. 70% pytań na egzaminie. | |
| 4,5 | Student odpowiedział poprawnie na min. 80% pytań na egzaminie. | |
| 5,0 | Student odpowiedział poprawnie na min. 90% pytań na egzaminie. |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| EL_2A_C05.2_U01 Student umie wykorzystać specjalistyczne oprogramowanie do rozwiązywania zagadnień z elektrotechniki na poziomie magisterskim. | 2,0 | Student uzyskał mniej niż 50% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. |
| 3,0 | Student uzyskał minimum 50% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 3,5 | Student uzyskał minimum 60% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 4,0 | Student uzyskał minimum 70% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 4,5 | Student uzyskał minimum 80% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 5,0 | Student uzyskał minimum 90% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| EL_2A_C05.2_U02 Student umie tworzyć algorytmy numeryczne w zakresie zadań obliczeniowych elektrotechniki. | 2,0 | Student uzyskał mniej niż 50% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. |
| 3,0 | Student uzyskał minimum 50% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 3,5 | Student uzyskał minimum 60% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 4,0 | Student uzyskał minimum 70% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 4,5 | Student uzyskał minimum 80% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 5,0 | Student uzyskał minimum 90% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| EL_2A_C05.2_U03 Student umie podejmować decyzje projektowe na poziomie magisterskim w zakresie zadań obliczeniowych elektrotechniki. | 2,0 | Student uzyskał mniej niż 50% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. |
| 3,0 | Student uzyskał minimum 50% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 3,5 | Student uzyskał minimum 60% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 4,0 | Student uzyskał minimum 70% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 4,5 | Student uzyskał minimum 80% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. | |
| 5,0 | Student uzyskał minimum 90% punktów możliwych do uzyskania z zadań obowiązkowych na zajęciach. |
Literatura podstawowa
- Zienkiewicz O.C., Metoda elementów skończonych, Arkady, Warszawa, 1972
- Sikora J., Numeryczne metody rozwiązywania zagadnień brzegowych. Podstawy metody elementów skończonych i metody elementów brzegowych, Politechnika Lubelska, Lublin, 2012
- Krzyżanowski P., Metody numeryczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2024, 1
- Fortuna Z., Macukow B., Wąsowski J., Metody numeryczne, WNT, Warszawa, 2015, 7
- Kosma Z., Metody numeryczne dla zastosowań inżynierskich, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom, 1999
- Kącki E., Równania różniczkowe cząstkowe w zagadnieniach fizyki i techniki, WNT, Warszawa, 1992
- Grzymkowski R., Hetmaniok E., Słota D., Wybrane metody obliczeniowe w rachunku wariacyjnym oraz w równaniach różniczkowych i całkowych, Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice, 2002
- Grzymkowski R., Kapusta A., Nowak I., Słota D., Metody numeryczne. Zagadnienia brzegowe, Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice, 2003
- Szmurło R., Wincenciak S., Markiewicz T., Metody numeryczne. Wykłady na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2015
Literatura dodatkowa
- Chari M.V.K., Salon S.J., Numerical methods in electromagnetism, Academic press, New York, 2000
- Sikora J., Podstawy metody elementów brzegowych, Wydawnictwo Książkowe Instytutu Elektrotechniki, Warszawa, 2009
- Krzyżanowski P., Obliczenia inżynierskie i naukowe, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2012
- Baron B., Piątek Ł, Metody numeryczne w C++ Builder, Helion, 2004
- Ralston A., Wstęp do analizy numerycznej, PWN, Warszawa, 1983