Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Podstawy automatyki
Koordynator przedmiotu:
Maciej Ławryńczuk
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Informatyka
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne
Kod przedmiotu:
PODA
Semestr nominalny:
4 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
107 - udział w wykładach: 15 x 2godz. = 30 godz. - udział w konsultacjach związanych z zadaniami domowymi: 4 godz. - przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych: 5 godz. x 5 = 25 godz. - udział w ćwiczeniach laboratoryjnych: 3 godz. x 5 = 15 godz. - przygotowanie do egzaminu ( w tym rozwiązywanie zadań) + udział w egzaminie: 30+3 = 33 godz.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
2
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1.5
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium15h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Analiza i równania różniczkowe, Algebra liniowa
Limit liczby studentów:
120
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest przedstawienie podstawowych zagadnień automatyki: opis obiektów dynamicznych do celów sterowania, sprzężenie zwrotne i jego rola, struktury układów regulacji, podstawy projektowania serwomechanizmów i układów regulacji przemysłowej, realizacje cyfrowe algorytmów regulacji. Omawia się także elementy współczesnych realizacji technicznych układów automatyki (sterowniki, systemy DCS i SCADA).
Treści kształcenia:
Wprowadzenie. Systemy automatyki jako elementy systemów informacyjnych, realizacje informatyczne. Obszary współczesnej automatyki: sterowanie i regulacja, wspomaganie decyzji. Krótki rys historyczny. Sterowniki przemysłowe, programowalny sterownik logiczny (PLC). Sprzętowa i programowa realizacja sterowania. Programowalny sterownik logiczny (PLC) - zasada działania, języki programowania. Podstawowe układy regulacji. Podstawowa struktura pętli regulacji. Regulacja dwupołożeniowa i trójpołożeniowa, regulacja ciągła. Regulatory modułowe, regulatory i sterowniki wielofunkcyjne. Modelowanie obiektów dynamicznych. Przykłady modeli liniowych i nieliniowych. Równania stanu. Charakterystyki statyczne. Linearyzacja modeli statycznych i dynamicznych. Analiza liniowych modeli dynamicznych w dziedzinie czasu. Odpowiedzi impulsowa i skokowa, splot, postać rozwiązania liniowych równań stanu. Analiza liniowych modeli dynamicznych w dziedzinie zmiennej zespolonej. Transformata Laplace?a i transmitancja, odpowiedź wymuszona, położenie biegunów transmitancji a cechy przebiegów. Stabilność obiektu dynamicznego, kryterium algebraiczne stabilności Hurwitza. Uchyby ustalone w układzie ze sprzężeniem zwrotnym. Struktura układu regulacji, transmitancja główna i uchybowa. Uchyby ustalone w układzie z obiektem i regulatorem statycznym i astatycznym (z całkowaniem), po skokach wartości zadanej i zakłócenia. Klasy układów regulacji. Przykłady doboru nastaw regulatora zapewniających stabilność i pożądane cechy uchybu statycznego. Analiza i korekcja układów regulacji w dziedzinie częstotliwości.Charakterystyki częstotliwościowe amplitudowo-fazowe i asymptotyczne Bodego, podstawowe człony dynamiczne. Kryterium Nyquista, zapasy modułu i fazy, wpływ opóźnienia. Pożądany kształt charakterystyki częstotliwościowej układu regulacji. Podstawy projektowania serwomechanizmu. Regulacja przemysłowa. Specyfika regulacji przemysłowej, struktury i cechy regulatorów PID. Modelowanie obiektów dla doboru nastaw regulatora PID, metody doboru tych nastaw. Regulacja kaskadowa, kompensacja zakłóceń. Regulacja predykcyjna. Cyfrowa realizacja algorytmów sterowania. Dyskretyzacja algorytmów sterowania (modeli sterowników) z czasem ciągłym. Dobór okresu próbkowania, wpływ dyskretyzacji na cechy układu regulacji, rola małych okresów próbkowania. Dyskretne algorytmy regulacji PID. Przemysłowe systemy sterowania. Struktura warstwowa sterowania i nadzoru obiektem przemysłowym, sprzętowe realizacje poszczególnych warstw - sterowniki, sieci przemysłowe, koncentratory, stacje inżynierskie i operatorskie. Rozproszone systemy sterowania (DCS), systemy oprogramowania SCADA. Zakres laboratorium Zadaniem laboratorium jest praktyczna demonstracja problemów algorytmicznych i implementacyjnych omawianych na wykładzie przedmiotu. W ramach laboratorium studenci wykonują 5 trzygodzinnych ćwiczeń: Sterowanie binarne. Studenci poznają typową instalację oraz implementują algorytm starowania w postaci programu wykonywanego przez komputer PC. Sterownik PLC. Studenci przygotowują program sterujący dla instalacji poznanej w ćwiczeniu 1, w graficznym języku drabinkowym typowego sterownika binarnego. Regulacja PID. Studenci poznają regulator przemysłowy PID jako urządzenie, zapoznają się z możliwościami jego konfiguracji i strojenia oraz dobierają nastawy regulatora dla rzeczywistego obiektu wodnego. Serwomechanizm. Studenci implementują algorytm regulacji PID dla obiektu pozycjonowanego w pętli zamkniętej. Przy okazji badają problem stabilności i uchybu regulacji. Stacja Operatora Procesu. Celem ćwiczenia jest zapoznanie z hierarchicznym systemem automatyki, którego centralnym elementem jest stacja operatora procesu (komputer z przemysłowym oprogramowaniem SCADA). Studenci muszą opanować dużą liczbę danych procesowych, zaprogramować ekrany informacyjne stacji dla zadanego procesu i nadzorować proces z pozycji operatora systemu.
Metody oceny:
Ćwiczenia laboratoryjne, zadania domowe, egzamin.
Egzamin:
tak
Literatura:
1. K.Malinowski, P. Tatjewski: Podstawy Automatyki. Preskrypt (dostępny na stronie przedmiotu). 2. U. Kręglewska i in.: Podstawy sterowania - ćwiczenia laboratoryjne. Skrypt, Oficyna Wydawnicza PW, 2002. 3. G. Franklin, J. Powell, A. Emami-Naeini; Feedback Control of Dynamic Systems, Addison Wesley, (wyd. trzecie i dalsze). 3. K. Szacka: Teoria układów dynamicznych. Skrypt, Oficyna Wydawnicza PW, 1995.
Witryna www przedmiotu:
https://usosweb.usos.pw.edu.pl/kontroler.php?_action=katalog2/przedmioty/pokazPrzedmiot&prz_kod=103A-ARxxx-ISP-PODA
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka PODA_W01
Wiedza z zakresu rozumienia sprzężenia zwrotnego, podstawowych struktur i rodzajów regulacji automatycznej, zasady i realizacji sterowania logicznego. Wiedza w zakresie podstaw budowy modeli matematycznych do celów regulacji, analizy liniowych modeli dynamicznych w dziedzinie czasu i zmiennej zespolonej, postaci i własności podstawowych członów dynamicznych, charakterystyk częstotliwościowych, dokładności nadążania, tłumienia zakłóceń i badania stabilności w układach ze sprzężeniem zwrotnym, podstaw projektowania i cyfrowej realizacji układów regulacji, doboru nastaw regulatorów PID.
Weryfikacja: Egzamin, testy wstępne i rozliczenie ćwiczeń laboratoryjnych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka PODA_U01
Potrafi programować proste zadania sterowania logicznego
Weryfikacja: wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.4.o
Charakterystyka PODA_U02
Potrafi budować proste modele dynamiczne, wyznaczać punkty równowagi, przeprowadzać linearyzację, wyznaczać transmitancje, analizować uchyby ustalone i stabilność układów regulacji automatycznej, analizować charakterystyki częstotliwościowe i dobierać proste korektory dla spełnienia typowych wymagań projektowych układów regulacji.
Weryfikacja: Egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U02, K_U25
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o
Charakterystyka PODA_U03
Potrafi dobrać prosty model obiektu, implementować algorytmy i dobrać nastawy regulatorów PID, wyznaczać cyfrowe realizacje regulatorów
Weryfikacja: Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych, egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U25
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.2.o
Charakterystyka PODA_U04
Potrafi pracować w zespole
Weryfikacja: Wykonanie i rozliczenie ćwiczeń laboratoryjnych
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_UK03
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UO

Profil praktyczny - umiejętności

Charakterystyka Wpisz opis
Wpisz opis
Weryfikacja: Wpisz opis
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
Powiązane charakterystyki obszarowe: