Metody i algorytmy sterowania cyfrowego
Transkrypt
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 stacjonarne 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 30 30 15 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 3 4 5 4 5 6. Regulacja cyfrowa w układach z opóźnieniem, regulatory nieliniowe. 4 Algorytmy sterowania rozproszonego, modele dynamiki rozproszonych układów regulacji, problemy stabilności układów. 5 7. Liczba godzin zajęć w semestrze 30 Sposoby sprawdzenia zamierzonych Egzamin pisemny i ustny. efektów kształcenia Laboratorium Sposób realizacji Zadnia laboratoryjne realizowane w 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. 9. Synteza układów regulacji dyskretnej w przestrzeni stanu: metoda przy liniowokwadratowym wskaźniku jakości (LQR). Badania wskaźnika LQ. 10. Synteza układów regulacji dyskretnej w przestrzeni stanu: metoda ze skończonym czasem ustalania się przebiegów (dead-beat, regulator Dahlina). Synteza dyskretnego obserwatora stanu. Synteza regulatora dynamicznego dla przykładowego obiektu wielowymiarowego. 11. 2 2 2 2 2 2 4 2 2 4 2 Syznteza i analiza układu sterowania kombinacyjnego - realizacja bezstykowa (bramki logiczne). 2 Syznteza i analiza układu sterowania sekwencyjnego - realizacja bezstykowa 13. (bramki logiczne). 2 Liczba godzin zajęć w semestrze 30 Sposoby sprawdzenia zamierzonych Ocena przygotowania teoretycznego, ocena stopnia realizacji ćwiczeń laboratoryjnych, ocena sprawozdań. efektów kształcenia Projekt Sposób realizacji Zadnia projektowe realizowane są z wykorzystaniem rzeczywistych stanowisk laboratoryjnych (suwnica, Lp. Tematyka zajęć Liczba godzin 12. 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. 2 Zastosowanie metody Kesslera w syntezie układu sterowania dyskretnego serwomechanizmem. 2 Synteza układu regulacji dyskretnej w przestrzeni stanu: metoda przy liniowokwadratowym wskaźniku jakości (LQR) w zastosowaniu do układu wielozbiornikowgo. Synteza układu regulacji dyskretnej w przestrzeni stanu: metoda dead-beat w 5. zastosowaniu do modelu helikoptera. Synteza i analiza sterowania dyskretnego odpornego (MFC) dla zadanego modelu 6. procesu. Synteza i optymalizacja bezstykowego układu sterowania sekwencyjnego w pralce 7. automatycznej. Liczba godzin zajęć w semestrze 2 4. 3 2 2 2 15 Sposoby sprawdzenia zamierzonych Ocena przygotowania teoretycznego, ocena stopnia realizacji projektu. efektów kształcenia Ma szczegółową wiedzę związaną z dyskretnymi i ciągłymi 1. systemami dynamicznymi, zarówno liniowymi jak i Wiedza nieliniowymi. Zna problemy związane z estymacją stanu i układami 2. sterowania z obserwatorem stanu. Potrafi wykorzystywać podstawowe metody analizy i projektowania do praktycznej realizacji różnorodnych systemów sterowania opartych na technice komputerowej, 1. opracowania własnych prostych aplikacji dla celów Efekty kształcenia dla projektowania układów automatyki oraz systemów sterowania przedmiotu - po Umiejętności i systemów wspomagania decyzji. zakończonym cyklu Potrafi posługiwać się technikami i narzędziami naukowokształcenia inżynierskimi (np. środowisko obliczeniowe MATLAB) do 2. rozwiązywania zadań z zakresu automatyki i automatycznej regulacji. Potrafi odpowiednio określić priorytety służące 1. rozwiązywaniu zadań. Kompetencje 2. Rozumie potrzebę ciągłego pogłębiania wiedzy. społeczne 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: W. Grega: Metody i algorytmy sterowania cyfrowego w układach scentralizowanych i rozproszonych, [1] Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2003. P. Tatjewski: Sterowanie zaawansowanych obiektów przemysłowych, Akademicka Oficyna [2] Wydawnicza EXIT, Warszawa 2002. [3] J. Kwaśniewski: Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, Wydawnictwo BTC, Legionowo 2008. [4] 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)