Automatyka i robotyka (AiR)

Laboratorium Mechatroniki IEPiM
dr hab. inż. Andrzej Puchalski, prof. nadzw.
www.mechatronika.uniwersytetradom.pl/
Automatyka i robotyka (AiR)
Student winien opanować następujące zagadnienia
Część 1. Podstawy automatyki
Pojęcia podstawowe i modelowanie układów automatyki.
•
Pojęcia podstawowe: automatyka, automatyzacja, sterowanie, regulacja, sygnał wejściowy, sygnał wyjściowy, układ sterowania, układ
automatycznej regulacji, układ otwarty i zamknięty sterowania, obiekt regulacji, regulator, schemat blokowy.
•
Klasyfikacja układów automatyki. Układy liniowe i nieliniowe. Układy liniowe z czasem ciągłym. Układy dyskretne. Układy impulsowe i
cyfrowe. Układy stacjonarne i niestacjonarne. Podział układów automatycznej regulacji ze względu na zadania.
•
Przykłady układów automatycznej regulacji w technice samochodowej.
•
Metody modelowania. Modelowanie w dziedzinie czasu. Równanie stanu. Równanie wyjścia. Zmienne stanu. Sterowalność i
obserwowalność. Obserwatory stanu.
•
Modelowanie w dziedzinie częstotliwości. Przekształcenie (transformata) Laplace’a. Transmitancja operatorowa. Modele wejściowowyjściowe. Wyznaczanie transmitancji układu opisanego równaniami stanu.
•
Modelowanie układów mechanicznych: sprężyna, tłumik, masa. Narzędzia modelowania w środowisku Matlab i Simulink. Schematy
symulacyjne.
Charakterystyki, stabilność i jakość regulacji układów automatyki.
•
Charakterystyki statyczne. Charakterystyki czasowe: skokowa i impulsowa.
•
Transmitancja widmowa. Charakterystyki częstotliwościowe. Charakterystyka amplitudowo-fazowa. Charakterystyki logarytmiczne
wzmocnienia i fazy. Charakterystyki częstotliwościowe logarytmiczne złożonych układów dynamicznych.
•
Własności podstawowych członów automatyki. Człon inercyjny I-go i II-go rzędu. Człon różniczkujący idealny i rzeczywisty. Człon
całkujący idealny i rzeczywisty. Człon oscylacyjny. Człon opóźniający. Tworzenie, przekształcanie i upraszczanie schematów
blokowych układów automatyki.
•
Pojęcie stabilności asymptotycznej układu automatycznej regulacji. Transmitancja układu zamkniętego i otwartego, transmitancja
uchybowa, równanie charakterystyczne, pierwiastki równania charakterystycznego.
•
Kryteria algebraiczne i graficzne badania stabilności. Kryterium Hurwitza. Kryterium Nyquista. Projektowanie układów regulacji. Zapas
stabilności modułu i zapas stabilności fazy.
•
Wskaźniki jakości regulacji: czas regulacji, przeregulowanie, wskaźniki całkowe. Regulatory analogowe i cyfrowe PID. Zasady doboru
nastaw regulatorów.
Część 2. Sterowniki przemysłowe PLC
Programowalne układy przemysłowe automatyki.
•
Sterowniki programowalne w układach automatyki. Koncepcja PLC. Rozwój konstrukcji. Systemy obsługi operatorskiej. Panele
tekstowe i graficzne. Przykłady zastosowań.
•
Budowa i zasada działania programowalnych sterowników logicznych PLC Siemens. Schemat blokowy. Porty wejściowe i wyjściowe.
•
Zasady programowania PLC. Logika drabinkowa.
•
Sposoby prezentacji programów: LAD, STL, CSF i GRAPH.
•
Układy i programy przykładowe sterowników przemysłowych.
•
Schemat podłączeń układów wejść/wyjść sterownika. Instalacja urządzeń. Konfigurowanie łącza PC-PLC sterownika przemysłowego
Siemens S7.
Projektowanie układów automatyki ze sterownikami PLC.
•
Planowanie obwodów bezpieczeństwa. Generalna konwencja programowania sterownika S7-200.
•
Instrukcje warunkowe i bezwarunkowe. Instrukcje bez logicznych wyjść. Błędy krytyczne i niekrytyczne. Wykrywanie błędów.
•
Programy realizujące funkcje kombinacyjne.
•
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 - regulatory PID. Dobór
parametrów.
Część 3. Robotyka
Wprowadzenie do robotyki.
•
Robotyzacja zakładów przemysłowych. Statystyki. Przykłady rozwiązań. Konfiguracja stanowisk zrobotyzowanych.
•
Definicja robota i maszyny cybernetycznej. Historia i prawa robotyki. Roboty I-szej, II-giej i III-ciej generacji. Schemat blokowy robota.
Układy ruchu robotów. Łańcuchy kinematyczne z parami klasy V. Manipulator i pedipulator.
•
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. Standardy oraz procesy badań i rozwoju systemów automatyzacji pojazdów.
Programowanie robotów przemysłowych.
•
Oprogramowanie narzędziowe PC-ROSET do tworzenia programów sterujących i symulacji pracy robotów Kawasaki.
•
Zasady przygotowania projektu. Baza danych robota. Wybór i konfiguracja robota. Programator ręczny - Teach Pendant.
•
Wizualizacja trajektorii ruchu robota. Sprawdzanie kolizji. Szacowanie czasu trwania cyklów pracy. Optymalizacja zrobotyzowanych
stanowisk pracy.
•
Sposoby programowania robotów. Uczenie blokowe. Język proceduralny programowania AS. Podstawowe instrukcje.
•
Instrukcje zapisu, odczytu i kasowania danych. Instrukcje wyświetlania pamięci. Instrukcje definiowania pozycji, prędkości, dokładności
i instrukcje ruchu robota. Instrukcje warunkowe.
•
Wprowadzenie do języka programowania Melfa Basic IV. Składnia. Rozkazy ruchu w interpolacji przegubowej, liniowej i kołowej.
Przykłady programów.