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
Mechatronika i automatyka, historia i teraźniejszość. Pojęcia: automatyzacja, sterowanie, regulacja, sygnały wejściowe i
wyjściowe, układ sterowania, układ automatycznej regulacji, układ otwarty i zamknięty sterowania, obiekt regulacji,
regulator, schemat blokowy. Klasyfikacja UAR. Przykłady układów regulacji stałowartościowej, nadążnej, programowej,
optymalnej i adaptacyjnej. Urządzenia sterujące. Mikrokontrolery. Sensory i urządzenia wykonawcze. Architektura
systemów mikroprocesorowych. Pamięci półprzewodnikowe. Programowalne sterowniki logiczne - PLC. Koncepcja i
rozwój konstrukcji PLC. Przykłady zastosowań. Roboty I-szej, II-giej i III-ciej generacji.
Część 2. Programowalne układy przemysłowe automatyki
Budowa i zasada działania programowalnych sterowników logicznych PLC Siemens. Schemat blokowy. Porty wejściowe i
wyjściowe. Schemat podłączeń układów wejść/wyjść sterownika. Instalacja urządzeń. 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. Układy i programy przykładowe sterowników przemysłowych.
Część 3. 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.
Część 4. Elektryczne maszynowe napędy wykonawcze
Mikrosilniki wykonawcze DC z magnesami trwałymi. Budowa. Schemat zastępczy i charakterystyki. Rozruch. Bieg jałowy.
Moc. Sprawność. Wpływ temperatury. Trwałość. Zastosowania. Zasady doboru silników. Mikrosilniki skokowe . Budowa i
zasada działania. Metody i układy sterowania. Charakterystyki. Wady i zalety. Zastosowania. Programowanie sterowników
silników skokowych.
Część 5.Czujniki i układy pomiarowe
Czujniki rezystancyjne, pojemnościowe, indukcyjne. Hallotrony. Magnetorezystory. Enkodery optyczne inkrementalne i
absolutne. 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 6. 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. Hybrydyzacja.
Programowanie robotów przemysłowych. Uczenie blokowe. Język proceduralny programowania AS. Wprowadzenie do
języka programowania Melfa Basic IV.
Część 7. 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 (transformata) 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.