Mechatronika i automatyka (MiA)

Laboratorium Mechatroniki IEPiM
dr hab. inż. Andrzej Puchalski, prof. nzw.
www.mechatronika.uniwersytetradom.pl/
Mechatronika i automatyka (MiA)
Student winien opanować następujące zagadnienia
Część 1. Wprowadzenie i pojęcia podstawowe mechatroniki
Mechatronika i automatyka, historia i teraźniejszość. Pojęcia: automatyzacja, sterowanie, regulacja, sygnały wejściowe i
wyjściowe, układ sterowania, układ automatycznej regulacji -UAR, układ otwarty i zamknięty sterowania, obiekt regulacji,
regulator, schemat blokowy. Klasyfikacja UAR. Przykłady układów regulacji stałowartościowej, nadążnej, programowej,
optymalnej i adaptacyjnej. Urządzenia sterujące. Mikrokontrolery. Architektura systemów mikrokontrolerowych. Pamięci
półprzewodnikowe. Programowalne sterowniki logiczne - PLC. Koncepcja i rozwój konstrukcji sterowników
przemysłowych. Przykłady zastosowań. Sensory i urządzenia wykonawcze. Roboty I-szej, II-giej i III-ciej generacji.
Część 2. Programowalne systemy przemysłowe automatyki - PLC
Budowa i zasada działania programowalnych sterowników logicznych. Schemat blokowy. Porty wejściowe i wyjściowe.
Schemat podłączeń układów wejść/wyjść sterownika. Systemy obsługi operatorskiej. Panele tekstowe i graficzne.
Konfigurowanie łącza PC-PLC sterownika przemysłowego. Zasady programowania PLC. Logika drabinkowa. Sposoby
prezentacji programów: LAD, STL, CSF i GRAPH. Programy realizujące funkcje kombinacyjne i sekwencyjne..
Projektowanie układów automatyki ze sterownikami PLC. Błędy krytyczne i niekrytyczne. Wykrywanie błędów. Operacje
czasowe. Timery i liczniki. Konfiguracja. Operacje pamięciowe. Realizacja programu Zatrzask za pomocą funkcji
Set/Reset. Funkcja pamięci bitowej. Funkcje detekcji zboczy sygnałów. Program przełącznika impulsowego. Instrukcje
pętli. Instrukcje matematyczne i logiczne. Instrukcje sterujące programem. Specjalne bloki funkcyjne. Układy i programy
przykładowe sterowników przemysłowych.
Część 3. Elektryczne maszynowe napędy wykonawcze
Mikrosilniki wykonawcze DC z magnesami trwałymi. Budowa. Schemat zastępczy. Rozruch. Bieg jałowy. Moc elektryczna
i mechaniczna. Sprawność. Charakterystyki mocy, prądu zasilania, prędkości obrotowej oraz sprawności silnika w funkcji
momentu. Wpływ temperatury. Trwałość. Zasady doboru silników. Mikrosilniki skokowe. Budowa i zasada działania.
Klasyfikacja. Definicje parametrów. Charakterystyka mechaniczna. Sposoby sterowania: unipolarne i bipolarne. Rodzaje
sterowania i algorytmy komutacji: falowe, pełnoskokowe, półskokowe i mikroskokowe. Wady i zalety silników skokowych.
Programowalne sterowniki silników skokowych. Inne elektryczne napędy wykonawcze: bezszczotkowe -BLDC, liniowe DLA. Przykłady zastosowań.
Część 4.Czujniki i układy pomiarowe
Czujniki rezystancyjne, pojemnościowe, indukcyjne. Hallotrony. Magnetorezystory. Enkodery optyczne inkrementalne i
absolutne. Lidary. Tensometry. Przetworniki piezoelektryczne. Czujniki przyspieszeń, siły, momentu, drogi. Czujniki
ultradźwiękowe. Czujniki radarowe. Przepływomierze objętościowe, masowe i ciśnieniowe. Termistory NTC, PTC. Czujniki
półprzewodnikowe temperatury. Termopary. Pirometria.
Część 5. Roboty przemysłowe i mobilne
Schemat blokowy robota. Układy ruchu robotów. Łańcuchy kinematyczne z parami klasy V. Parametry robotów: ilość
stopni swobody, ruchliwość, manewrowość, dokładność, powtarzalność mechanizmu manipulatora. Obszary przestrzeni
roboczej. Zasady projektowania robotów. Zadanie kinematyki prostej i odwrotnej. Klasyfikacje robotów ze względu na
przeznaczenie, rodzaj zastosowanych napędów i własności geometryczne struktur. Konfiguracja kartezjańska,
cylindryczna, antropomorficzna, SCARA. Manipulatory równoległe. Roboty mobilne. Pojazdy autonomiczne. Zintegrowane
układy czujnikowej i bezprzewodowej automatyki samochodowej ADAS. Pokładowe systemy informacyjne IVI.
Hybrydyzacja. Programowanie robotów przemysłowych. Uczenie blokowe. Język proceduralny programowania AS.
Wprowadzenie do języka programowania Melfa Basic IV.
Część 6. Podstawy teorii sterowania i automatyki
Modelowanie w dziedzinie czasu. Równania stanu i wyjścia. Zmienne stanu. Sterowalność i obserwowalność.
Obserwatory stanu. Modelowanie w dziedzinie częstotliwości. Przekształcenie Laplace’a. Transmitancja operatorowa.
Modele wejściowo- wyjściowe. Modelowanie układów mechanicznych: sprężyna, tłumik, masa. Charakterystyki statyczne.
Charakterystyki czasowe: skokowa i impulsowa. Transmitancja widmowa. Charakterystyki częstotliwościowe.
Charakterystyka amplitudowo-fazowa. Charakterystyki logarytmiczne wzmocnienia i fazy. Własności podstawowych
członów automatyki. Tworzenie, przekształcanie i upraszczanie schematów blokowych układów automatyki. Pojęcie
stabilności układu automatycznej regulacji. Kryteria algebraiczne i graficzne badania stabilności. Kryterium Hurwitza.
Kryterium Nyquista. Zapas stabilności modułu i zapas stabilności fazy. Wskaźniki jakości regulacji Regulatory analogowe i
cyfrowe PID. Zasady doboru nastaw regulatorów. Układy nieliniowe. Charakterystyki statyczne elementów nieliniowych.
Wyznaczanie charakterystyk wypadkowych. Metody analizy dynamiki układów nieliniowych. Płaszczyzna i przestrzeń
fazowa jako przypadek szczególny przestrzeni stanów. Trajektoria fazowa.