Metody i algorytmy sterowania cyfrowego

Politechnika Opolska
Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki
Karta Opisu Przedmiotu
Kierunek studiów
Profil kształcenia
Poziom studiów
Specjalność
Forma studiów
Semestr studiów
Automatyki i Robotyka
Ogólnoakademicki
Studia drugiego stopnia
Systemy sterowania w automatyce i robotyce
Studia niestacjonarne
II
Nazwa przedmiotu
METODY I ALGORYTMY STEROWANIA
CYFROWEGO
Subject Title
ECTS (pkt.)
6
Methods and algorithms of digital control
Tryb zaliczenia przedmiotu
Egzamin
Nazwy
przedmiotów
Wymagania
wstępne w
zakresie
przedmiotu
Nauki podst. (T/N)
N
Kod przedmiotu
Teoria sterowania - działy wybrane, Podstawy automatyki i regulacji
automatycznej I, Podstawy automatyki i regulacji automatycznej II,
Podstawy automatyki i regulacji automatycznej III
Ma wiedzę z zakresu metod opisu systemów dynamicznych ciągłych i
dyskretnych: równania różniczkowe/różnicowe, transmitancja
1. operatorowa, zera i bieguny, równania stanu. Ma wiedzę z zakresu
wyznaczania charakterystyk czasowych i częstotliwościowych
systemów dynamicznych.
Ma podstawową wiedzę w zakresie dynamicznych układów
2. nieliniowych.
Wiedza
Ma wiedzę na temat struktury UAR i zna podstawowe struktury
3. regulatorów typu PID.
Potrafi wykorzystać poznane metody analityczne do rozwiazywania
zadań z zakresu analizy UAR.
Potrafi wyciągać wnioski i dokonywać interpretacji otrzymanych
2.
wyników.
Potrafi odpowiednio określić priorytety służące rozwiązywaniu zadań.
1.
1.
Umiejętności
Kompetencje
społeczne
2. Rozumie potrzebę ciągłego pogłębiania wiedzy.
Program przedmiotu
Forma zajęć
Wykład
Ćwiczenia
Laboratorium
Projekt
Seminarium
Liczba godzin zajęć w
semestrze
20
10
10
Prowadzący zajęcia
(tytuł/stopień naukowy, imię i nazwisko)
Prof. dr hab. inż. Ryszard Rojek
Prof. dr hab. inż. Ryszard Rojek
Prof. dr hab. inż. Ryszard Rojek
Treści kształcenia
Wykład
Lp.
1.
2.
3.
4.
5.
Sposób realizacji Wykład w sali audytoryjnej.
Tematyka zajęć
Sterowanie cyfrowe, wprowadzenie, struktury systemów sterowania cyfrowego,
projektowanie układów sterowania cyfrowego.
Modelowanie dyskretne, dyskretyzacja modeli, próbkowanie i rekonstrukcja
sygnału, stabilność systemów dyskretnych.
Dyskretne modele liniowe i nieliniowe, modele układów z opóźnieniem, dobór
okresów.
Komunikacja w systemach sterowania, interfejsy standardowe, komunikacja w
rozproszonych układach sterowania cyfrowego, sieci Profibus DP i MPJ.
Cyfrowa realizacja algorytmów sterowania, regulatory liniowe: PID, regulator stanu,
strojenie regulatorów.
Liczba godzin
2
3
3
2
3
6.
Regulacja cyfrowa w układach z opóźnieniem, regulatory nieliniowe.
4
Algorytmy sterowania rozproszonego, modele dynamiki rozproszonych układów
regulacji, problemy stabilności układów.
7.
3
Liczba godzin zajęć w semestrze
20
Sposoby sprawdzenia zamierzonych Egzamin pisemny i ustny.
efektów kształcenia
Sposób realizacji Zadnia laboratoryjne realizowane w laboratorium.
Laboratorium
Tematyka zajęć
Lp.
Liczba godzin
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Wyznaczenie charakterystyk czasowych i częstotliwościowych obiektów
dynamicznych. Badania wpływu wartości okresu próbkowania na przebieg
charakterystyk.
Modelowanie dyskretnych obiektów dynamicznych z zastosowaniem wybranych
metod całkowania numerycznego (metoda prostokątów z nad- i niedomiarem,
Tustina).
Badanie charakterystyk i analiza pracy regulatora dyskretnego PID.
Wybrane metody doboru nastaw regulatora dyskretnego PID. Badanie efektywności
układu regulacji w oparciu o wskaźniki jakości.
Badanie stabilności dyskretnego układu regulacji.
Synteza i analiza regulatora dyskretnego metodą Kesslera.
Wyznaczanie opisu dynamiki wybranych obiektów w przestrzeni stanu. Postaci
kanoniczne Kalmana (regulatorowa, obserwatorowa). Badanie sterowalności i
obserwatowalności.
Synteza układów regulacji dyskretnej w przestrzeni stanu: metoda z lokowaniem
biegunów.
1
1
1
1
1
1
1
1
Synteza układów regulacji dyskretnej w przestrzeni stanu: metoda przy liniowo9.
kwadratowym wskaźniku jakości (LQR). Badania wskaźnika LQ.
1
Synteza układów regulacji dyskretnej w przestrzeni stanu: metoda ze skończonym
10.
czasem ustalania się przebiegów (dead-beat, regulator Dahlina).
1
Liczba godzin zajęć w semestrze
10
Ocena
przygotowania
teoretycznego,
ocena
stopnia
realizacji
Sposoby sprawdzenia zamierzonych
ćwiczeń laboratoryjnych, ocena sprawozdań.
efektów kształcenia
Projekt
Sposób realizacji Zadnia projektowe realizowane są z wykorzystaniem
rzeczywistych
stanowisk laboratoryjnych (suwnica,
Lp.
Tematyka
zajęć
Liczba godzin
1.
2.
3.
Badania wpływu wartości okresu próbkowania oraz metod ekstrapolacyjnych na
model dyskretny suwnicy przemysłowej.
Badania efektywności dyskretnego układu regulacji PID modelem wahadła
odwróconego.
1
Zastosowanie metody Kesslera w syntezie układu sterowania dyskretnego
serwomechanizmem.
1
1
Synteza układu regulacji dyskretnej w przestrzeni stanu: metoda przy liniowokwadratowym wskaźniku jakości (LQR) w zastosowaniu do układu
wielozbiornikowgo.
1
Synteza układu regulacji dyskretnej w przestrzeni stanu: metoda dead-beat w
5.
zastosowaniu do modelu helikoptera.
2
Synteza i analiza sterowania dyskretnego odpornego (MFC) dla zadanego modelu
6.
procesu.
2
Synteza i optymalizacja bezstykowego układu sterowania sekwencyjnego w pralce
7.
automatycznej.
2
Liczba godzin zajęć w semestrze
10
Sposoby sprawdzenia zamierzonych Ocena przygotowania teoretycznego, ocena stopnia realizacji
projektu.
efektów kształcenia
4.
Wiedza
Ma szczegółową wiedzę związaną z dyskretnymi i ciągłymi
1. systemami dynamicznymi, zarówno liniowymi jak i
nieliniowymi.
Zna problemy związane z estymacją stanu i układami
2.
sterowania z obserwatorem stanu.
Efekty kształcenia dla
przedmiotu - po
zakończonym cyklu
kształcenia
Umiejętności
Kompetencje
społeczne
Potrafi wykorzystywać podstawowe metody analizy i
projektowania do praktycznej realizacji różnorodnych
systemów sterowania opartych na technice komputerowej,
1.
opracowania własnych prostych aplikacji dla celów
projektowania układów automatyki oraz systemów sterowania
i systemów wspomagania decyzji.
Potrafi posługiwać się technikami i narzędziami naukowoinżynierskimi (np. środowisko obliczeniowe MATLAB) do
2.
rozwiązywania zadań z zakresu automatyki i automatycznej
regulacji.
Potrafi odpowiednio określić priorytety służące
1.
rozwiązywaniu zadań.
2. Rozumie potrzebę ciągłego pogłębiania wiedzy.
Potrafi współdziałać i pracować w grupie, przyjmując w niej
3.
różne role.
Metody dydaktyczne:
Wykład informacyjny, prezentacje multimedialne, laboratorium (metoda problemowa) materiały
informacyjne na stronie internetowej, konsultacje. Projekt: Wykorzystanie środowisk programistycznoobliczeniowych. Metody zdobywania wiedzy, samodzielnego do niej dochodzenia.
Forma i warunki zaliczenia przedmiotu:
Wykład - egzamin pisemny i ustny. Projekt: Zaliczenie na podstawie realizowanego zadania projektowego.
Obecność i aktywny udział w zajęciach, prezentacja poszczególnych projektów. Laboratorium: Zaliczenie
na podstawie realizowanych zadań. Obecność i aktywny udział w zajęciach.
Literatura podstawowa:
[1]
[2]
[3]
[4]
W. Grega: Metody i algorytmy sterowania cyfrowego w układach scentralizowanych i rozproszonych,
Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2003.
P. Tatjewski: Sterowanie zaawansowanych obiektów przemysłowych, Akademicka Oficyna
Wydawnicza EXIT, Warszawa 2002.
J. Kwaśniewski: Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, Wydawnictwo BTC, Legionowo 2008.
K. J. Aström, B. Wittermark: Computer Controlled Systems, Prentice Hall, 1997.
J. T. Duda: Modele matematyczne, struktury i algorytmy nadrzędnego sterowania komputerowego,
[5] Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2003.
[6] R. Iserman: Adaptive Control Systems, Prentice Hall, London 1991.
Literatura uzupełniająca:
J. Sawicki, K. Piątek: Wstęp do teorii sterowania cyfrowego, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo[1] Dydaktyczne AGH, Kraków 2004.
W. Solnik, Z. Zajda: Komputerowe sieci przemysłowe Profibus DP i MPJ, Oficyna Wydawnicza
[2] Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2010.
Z. Domachowski: Automatyka i Robotyka - podstawy, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk
[3] 2003.
______________
* niewłaściwe przekreślić
…………………………………………………..
……………………………………………………….
(kierownik jednostki organizacyjnej/bezpośredni przełożony:
(Dziekan Wydziału
pieczęć/podpis
pieczęć/podpis)