Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Sterowanie procesami
Koordynator przedmiotu:
Maciej Ławryńczuk, Piotr Marusak
Status przedmiotu:
Fakultatywny ograniczonego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Informatyka
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne
Kod przedmiotu:
STP
Semestr nominalny:
6 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- udział w wykładach: 15 x 2 godz. = 30 godz. - udział w ćwiczeniach: 15 x 1 godz. = 15 godz. - udział w konsultacjach: 4 godz. - wykonywanie projektów (15 godz. na każdy projekt, łącznie z opracowaniem sprawozdania i krótką prezentacją uzyskanych wyników): 30 godz. - przygotowanie do bieżących zajęć (wykładów i ćwiczeń): 10 godz. - przygotowanie do kolokwiów ( w tym rozwiązywanie typowych zadań): 15 godz. Łączny nakład pracy studenta: 104 godz., co odpowiada 4 ECTS
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
30 (wykład) + 15 (ćwiczenia) + 15 (konsultacje) + 20 (przyjmowanie projektów)=80, co odpowiada 3 ECTS
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
30 godz., co odpowiada 1 ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium0h
  • Projekt15h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Podstawy Dynamiki
Limit liczby studentów:
30
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest przedstawienie podstawowych oraz bardziej zaawansowanych struktur i algorytmów sterowania ciągłymi obiektami dynamicznymi o jednym wejściu i jednym wyjściu (SISO – ang. Single Input Single Output), w tym procesami przemysłowymi. Rozważa się algorytmy regulacji z czasem ciągłym, ich dyskretne (cyfrowe) realizacje oraz algorytmy projektowane z czasem dyskretnym. Omawiane są: metoda sprzężenia od stanu, algorytmy i struktury regulacji PID, algorytmy regulacji predykcyjnej DMC (ang. Dynamic Matrix Control) i GPC (ang. Generalized Predictive Control), algorytmy regulacji rozmytej (rozmyty algorytm PID, rozmyty algorytm ze sprzężeniem od stanu, rozmyty algorytm regulacji predykcyjnej), warstwowa struktura sterowania przemysłowego z nadrzędną warstwą optymalizacji ekonomicznej. Ilustrację wykładu stanowią liczne przykłady przedstawiane w trakcie zajęć. Do syntezy układów regulacji wykorzystuje się pakiet Matlab/Simulink.
Treści kształcenia:
Treść wykładu Wstęp. Procesy ciągłe jako obiekty sterowania: obiekty małej i dużej skali, procesy przemysłowe. Warstwowe struktury sterowania, regulacja i optymalizacja punktów pracy jako elementy struktury warstwowej. Metody projektowania układów regulacji (2h). Metody przestrzeni stanów. Sterowalność i obserwowalność układu dynamicznego. Przesuwanie biegunów sprzężeniem od stanu, projektowanie układu regulacji metodą lokowania biegunów układu zamkniętego. Obserwator Luenbergera, zasada separowalności. Niezerowe punkty pracy, wymuszanie zerowego uchybu ustalonego (4h). Regulacja PID. Struktury regulacji PID, uwzględnianie ograniczeń sygnału sterującego. Regulacja kaskadowa. Kompensacja zakłócenia (struktura feedforward). Regulacja wielopętlowa obiektu wielowymiarowego, odprzęganie (4h). Modelowanie dyskretne obiektów ciągłych. Metody emulacji, dyskretne realizacje algorytmów PID. Dyskretne równania stanu, modele ARX i ARMAX, model dyskretnej odpowiedzi skokowej. Przechodzenie od modeli ciągłych do dyskretnych, transmitancja dyskretna. Modele dyskretne typowych członów dynamicznych, dyskretne charakterystyki częstotliwościowe (6h). Regulacja predykcyjna. Zadanie regulacji predykcyjnej, odpowiedź swobodna i wymuszona. Regulator DMC analityczny. Uwzględnianie ograniczeń sterowania w algorytmie analitycznym, algorytm numeryczny. Regulator GPC. Regulacja predykcyjna wielowymiarowa (6h). Nieliniowa regulacja rozmyta. Regulator nieliniowy rozmyty FPID (Fuzzy PID). Regulator nieliniowy rozmyty PID typu Takagi-Sugeno (FPID-TS). Regulacja nieliniowa rozmyta predykcyjna typu Takagi-Sugeno (2h) Sterowanie warstwowe obiektem przemysłowym. Wybór zmiennych regulowanych, warstwa regulacji bezpośredniej i nadrzędnej. Warstwa optymalizacji, sterowanie stanem ustalonym. Przykład (2h). Sprzętowe realizacje przemysłowych struktur sterowania: sterowniki programowalne, stacje procesowe, sieci przemysłowe, systemy SCADA (2h). Treść ćwiczeń Dwa bloki ćwiczeniowe dopasowane treścią do wykładu, zakończone sprawdzianami: 1) Metody przestrzeni stanów i modelowanie dyskretne obiektów ciągłych; 2) Algorytmy regulacji predykcyjnej i rozmytej. Zakres projektu Dla zadanego obiektu zaprojektowanie i przebadanie wskazanych układów sterowania, z wykorzystaniem środowiska pakietu MATLAB.
Metody oceny:
W trakcie semestru przeprowadzane są 2 kolokwia, każde oceniane w skali 0-30 pkt. Studenci mają możliwość wykonania dwóch projektów ocenianych w skali 0-30 pkt. Do zaliczenia przedmiotu należy uzyskać co najmniej 50 pkt. (łącznie).
Egzamin:
nie
Literatura:
Maciej Ławryńczuk: Sterowanie Procesów, preskrypt, 2010. Lektury uzupełniające 1. R. C. Dorf, R. H. Bishop: Modern control systems. Addison-Wesley, 1995. 2. G. F. Franklin, J. D. Powell, A. Emami-Naeini: Feedback control of dynamic systems. Addison Wesley, 1994. 3. T. Kaczorek: Teoria układów regulacji automatycznej. WNT, Warszawa 1977. 4. P. Tatjewski: Zaawansowane sterowanie obiektów przemysłowych, struktury i algorytmy. EXIT, Warszawa 2002.
Witryna www przedmiotu:
https://usosweb.usos.pw.edu.pl/kontroler.php?_action=katalog2/przedmioty/pokazPrzedmiot&prz_kod=103B-ARxxx-ISP-STP
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka STP_W01
Znajomość najważniejszych klas modeli dynamicznych: modele liniowe i nieliniowe, modele z czasem ciągłym i dyskretne, modele w przestrzeni stanu i modele transmitancyjne, znajomość metod konwersji najważniejszych klas modeli.
Weryfikacja: kolokwia, projekty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka STP_W02
Znajomość podstawowych metod syntezy układów regulacji (zarówno procesów ciągłych jak i dyskretnych): regulator PID i jego modyfikacje, regulator ze sprzężeniem od stanu, znajomość metod projektowania obserwatorów stanu pełnego i zredukowanego rzędu.
Weryfikacja: kolokwia, projekty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07, K_W19
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka STP_W03
Znajomość zaawansowanych metod syntezy układów regulacji (procesów dyskretnych): algorytmy regulacji predykcyjnej DMC i GPC, algorytmy regulacji rozmytej (rozmyty algorytm PID, rozmyty algorytm ze sprzężeniem od stanu, rozmyte algorytmy regulacji predykcyjnej).
Weryfikacja: kolokwia, projekty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07, K_W19, K_W22
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka STP_W04
Znajomość metod wielokryterialnej oceny jakości regulacji układu regulacji.
Weryfikacja: kolokwia, projekty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG
Charakterystyka STP_W05
Znajomość programów komputerowych służących do projektowania i symulacji algorytmów regulacji (np. Matlab/Simulink).
Weryfikacja: projekty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka STP_U01
Umiejętność konwersji najważniejszych klas modeli dynamicznych (przejście od modelu w przestrzeni stanu do modelu transmitancyjnego i odwrotnie, dyskretyzacja modeli ciągłych).
Weryfikacja: kolokwia, projekty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U25
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.2.o
Charakterystyka STP_U02
Umiejętność zaprojektowania podstawowych układów regulacji (zarówno procesów ciągłych jak i dyskretnych): regulator PID i jego modyfikacje, regulator ze sprzężeniem od stanu, umiejętność zaprojektowania obserwatorów stanu pełnego i zredukowanego rzędu.
Weryfikacja: kolokwia, projekty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.4.o
Charakterystyka STP_U03
Umiejętność zaprojektowania zaawansowanych układów regulacji (procesów dyskretnych): algorytmy regulacji predykcyjnej DMC i GPC, algorytmy regulacji rozmytej (rozmyty algorytm PID, rozmyty algorytm ze sprzężeniem od stanu, rozmyte algorytmy regulacji predykcyjnej).
Weryfikacja: kolokwia, projekty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: III.P6S_UW.4.o, I.P6S_UW
Charakterystyka STP_U04
Umiejętność wielokryterialnej oceny jakości regulacji układu regulacji.
Weryfikacja: kolokwia, projekty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.4.o
Charakterystyka STP_U05
Umiejętność posługiwania się programami komputerowymi służącymi do projektowania i symulacji algorytmów regulacji (np. Matlab/Simulink), umiejętność napisania własnych programów do symulacji dyskretnych algorytmów regulacji.
Weryfikacja: projekty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U20, K_U25
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.3.o, III.P6S_UW.2.o