1. Nazwa przedmiotu: CONTROL FUNDAMENTALS 2. Kod

(pieczęć wydziału)
KARTA PRZEDMIOTU
1. Nazwa przedmiotu: CONTROL FUNDAMENTALS
2. Kod przedmiotu:
3. Karta przedmiotu ważna od roku akademickiego: 2012
4. Forma kształcenia: studia pierwszego stopnia
5. Forma studiów: studia stacjonarne
6. Kierunek studiów: MAKROKIERUNEK; WYDZIAŁ AEII
7. Profil studiów: ogólnoakademicki
8. Specjalność:
9. Semestr: 5, 6
10. Jednostka prowadząca przedmiot: Instytut Automatyki, RAu1
11. Prowadzący przedmiot: prof. zw. dr hab. inż. Ryszard Gessing
12. Przynależność do grupy przedmiotów:
przedmioty wspólne
13. Status przedmiotu: obowiązkowy
14. Język prowadzenia zajęć: angielski
15. Przedmioty wprowadzające oraz wymagania wstępne: Mathematics, Physics, Introduction to system
dynamics. It is assumed that the student has the basic knowledge concerning linear differential equations, Laplace
and Z transform, as well as the models of the systems, especially their dynamical properties.
16. Cel przedmiotu: The objective of the lectures is to give basic control knowledge in the fields of analysis and
design of linear control systems, continuous and discrete-time, single and multivariable. The objective of classes and
laboratory exercises is to acquire some practice in control system analysis and design using advanced CAD
environment, like MATLAB-SIMULINK.
17. Efekty kształcenia
Nr
W1
W2
W3
W4
U1
U2
Efekty kształcenia
Zna zadania i struktury ciągłych i dyskretnych układów
automatyki (UA) oraz ich elementy funkcjonalne
Zna podstawowe pojęcia: stabilność, sterowalność
obserwowalność, wielomian charakterystyczny i rozumie
ich wzajemne związki w układach prostych i złożonych,
opisywanych za pomocą równań stanu i transmitancji.
Ma wiedzę o wpływie rozkładu pierwiastków wielomianu
charakterystycznego, przebiegu charakterystyk
częstotliwościowych i transmitancji na właściwości
układów regulacji w stanach ustalonych i przejściowych
Zna rodzaje i własności regulatorów, sposoby ich
konstrukcji i realizacji (ciągłe, dyskretne) oraz metody
doboru ich parametrów.
Potrafi określić zadania UR, wybrać jego strukturę oraz
skonstruować jego model matematyczny.
Potrafi wyznaczyć warunki stabilności układów ciągłych i
dyskretnych z wykorzystaniem metod algebraicznych i
częstotliwościowych.
Metoda
sprawdzenia
efektów
kształcenia
Forma
Odniesienie
prowadzenia do efektów
zajęć
dla kierunku
studiów
EP
WT, WM
EP
WT, WM
EP
WT, WM
EP
WT, WM
EP, SP,
C, L
SP, CL
C, L
Posiada umiejętności oceny jakości UR, wyboru właściwej
struktury i rodzaju regulatora, oraz strojenia jego
parametrów.
U4
Potrafi posługiwać się programami typu CAD do
wspomagania projektowania UR.
K1
Potrafi samodzielnie podejmować decyzje dotyczące
najlepszych rozwiązań.
K2
Potrafi zaprezentować i obronić zaproponowane
rozwiązanie.
18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin)
U3
W. : 45
Ćw. : 30
CL, PS
C, L
CL
C, L
CL, PS
L
OS
L
L.: 30
19. Treści kształcenia
Wykład
Introduction to the course. Watt centrifugal governor Feedback Control Systems-basic notions, dynamic and
static elements, block diagrams. Control system classification.
Models of physical systems. Differential equations, state space models, linearization, transfer function for single
– and multivariable elements. State space versus transfer function description. Frequency responses: Nyquist,
Bode plots.
Basic elements and their responses. Time and frequency responses of the basic elements: first order lag, second
order, ideal integrator and differentiator, system with delay.
Dynamic system properties. Fundamental matrix derivation. Canonical form. Controllability – definition,
conditions. Observability – definition conditions. Stability, Hurwitz criterion.
Feedback control systems. Voltage stabilization system. Closed-loop (CL) system description. CL frequency
response – Nichols chart. Feedback system properties. Control system structure. Block diagrams
transformation.
Closed-Loop system stability. Characteristic equation of the CL system. Applying of Hurwitz criterion. Nyquist
criterion, derivation and calculation usage. Stability analysis using Bode plots. Stability of the systems with
delay.
Quality of the control. Steady-state analysis – system of type 0 and type I. Account of nonlinearities. Method
based on root placement. Root locus method. Methods based on integral indices. Methods based on frequency
responses.
Compensators and controllers. Lead, lag, lead-lag compensators. Recommendation for compensator choice. PID
controller. Regulator implementations. Regulator parameters tuning. Ziegler-Nichols rules.
Multivariable systems. Matrix transfer function. Stability analysis. Characteristic equation using state space and
transfer function models. Applying of Hurwitz criterion. Design using the method of successive closing of
control loops.
Discrete-time systems. Z-transform. Sampling data system. Digital control systems. Discrete-time transfer
function. Ideal sampler, zero-order hold, first order hold. CL system description. Stability analysis. Design.
Ćwiczenia tablicowe
1. Dynamic systems description
2. Frequency responses
3. Hurwitz stability criterion
4. Nyquist stability criterion
5. Nyquist stability criterion - systems with time delay
6. Steady state analysis
7. Root locus method
8. Stability degree and resonance degree
9. Systems quality - frequency domain methods
10. Sampled data systems
Zajęcia laboratoryjne
Treść/Tematy laboratorium
1.
2.
3.
4.
5.
CAD of control systems – Matlab introduction
Stability of linear systems
Static accuracy
Phase-lead and phase-lag compensation
Attenuation index and tracking index
6.
7.
8.
PID controllers
Root locus method
Sampled-data systems
20. Egzamin: tak, dwuczęściowy: pisemny i ustny.
21. Literatura podstawowa:
1. Gessing R.: Control Fundamentals, Wydawnictwo Politechniki Śl., Gliwice 2004.
2. Franklin G.F, J.D. Powell and Emani-Naeini: Feedback control of Dynamic Systems, (Third Edition) AddisonWesley, 1994.
22. Literatura uzupełniająca:
1. Phillips CL., Harbor R.D.: Feedback Control Systems (Third Edition) Prentice Hall, 1996.
2. Goodwin G.C., Graebe S.F., Salgado M.E.: Control Systems Design, Prentice Hall, 2001
23. Nakład pracy studenta potrzebny do osiągnięcia efektów kształcenia
Lp.
Forma zajęć
1
Wykład
2
Ćwiczenia
30/20
3
Laboratorium
30/30
4
Projekt
0/0
5
Seminarium
0/0
6
Inne
Suma godzin
Liczba godzin
kontaktowych / pracy studenta
45/30
10/30
115/110
24. Suma wszystkich godzin: 225
25.Liczba punktów ACTS: 8
26. Liczba punktów ACTS uzyskanych na zajęciach z bezpośrednim udziałem nauczyciela akademickiego: 4
27. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach o charakterze praktycznym (laboratoria, projekty): 4
26. Uwagi:
Zatwierdzono:
…………………………….
…………………………………………………
(data i podpis prowadzącego)
(data i podpis dyrektora instytutu/kierownika katedry/
Dyrektora Kolegium Języków Obcych/kierownika lub
dyrektora jednostki międzywydziałowej)