Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Teoria sterowania
Koordynator przedmiotu:
Krzysztof Malinowski
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Automatyka i Robotyka
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne - zaawansowane
Kod przedmiotu:
TST
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2017/2018
Liczba punktów ECTS:
5
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. Wykonywanie projektu: 15 x 1 godz. = 15 godz. Praca własna: 60 godz. Udział w konsultacjach: 5 godz. Łączny nakład pracy studenta: 125 godz., co odpowiada 5 ECTS
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
3
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia15h
  • Laboratorium0h
  • Projekt15h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Wymagane przedmioty poprzedzające: PODA (Podstawy automatyki), STP (Sterowanie procesów). Zalecane przedmioty poprzedzające: WR (Wstęp do robotyki)
Limit liczby studentów:
40
Cel przedmiotu:
Nauczenie studentów rozumienia i projektowania nieliniowych systemów sterowania.
Treści kształcenia:
Treść wykładu: 1. Podstawowe struktury systemów sterowania. Transmitancje systemów sterowania z czasem ciągłym albo dyskretnym. Systemy z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, systemy z kompensacją oddziaływań zewnętrznych (feedforward systems). Wskaźnik regulacji. (2 h) 2. Układy dynamiczne (UD). Zbiory niezmiennicze i punkty równowagi UD. Definicje stabilności: zbiorów niezmienniczych wg Lapunowa, rozwiązania równania różniczkowego wg Lapunowa, stabilności wykładniczej, stabilności względem pobudzenia. (3 h) 3. Kryteria stabilności liniowych systemów sterowania. (1 h) 4. Badanie stabilności systemów nieliniowych. Twierdzenie Małkina o stabilności przy wymuszeniach. Pierwsza metoda Lapunowa. Druga metoda Lapunowa. Związek miedzy stabilnością wykładniczą a stabilnością względem pobudzenia. (6 h) 5. Stabilność absolutna. Definicja. Kryteria stabilności: Popova, Jakubowicza, Cypkina. (2 h) 6. Podstawy wyznaczania sterowania optymalnego. Typowe zadania sterowania optymalnego: zadanie z ograniczeniami całkowymi, zadanie Bolzy, zadanie wyznaczenia sterowania czaso-optymalnego Optymalne sterowanie w układzie otwartym a optymalne prawo sterowania. Prezentacja zasady maksimum Pontrjagina, programowania dynamicznego Bellmana. (4 h) 7. Zastosowanie zasady maksimum. Wyznaczenie liniowo-kwadratowego (LQ) regulatora optymalnego. (2 h) 8. Elementarne wprowadzenie do projektowania obserwatorów dla układów nieliniowych. (2 h) 9. Sterowanie obiektami z niepewnością. Wrażliwość systemów sterowania. Jakościowa i ilościowa odporność (robustness) algorytmów sterowania. Wprowadzenie do projektowania odpornych systemów sterowania metodą minimalizacji normy Hinf: regulator Hinf jako uogólnienie regulatora LQ, wyznaczanie regulatora Hinf , jego podstawowe własności. (6 h) 10. Podsumowanie. Syntetyczne przedstawienie najistotniejszych zagadnień przedstawionych na wykładzie. (2 h) Zakres ćwiczeń: 1. Przypomnienie podstawowych metod opisu UD z czasem ciągłym albo dyskretnym. 2. Przykłady różnych zachowań UD, ich zbiorów niezmienniczych i punktów równowagi. 3. Elementarne wprowadzenie do projektowania systemów sterowania drogą linearyzacji przez sprzężenie zwrotne. 4. Konstruowanie funkcji Lapunowa. 5. Projektowanie układów stabilnych absolutnie. 6. Metoda znajdowania sterowań optymalnych przez sprowadzenie do zadania programowania matematycznego 7. Systemy sterowania czaso-optymalnego. Zakres projektu: Studenci otrzymują do wykonania dwa projekty realizowane w środowisku MATLAB/SIMULINK: 1. Analiza stabilności, łącznie z portretem fazowym, dwuwymiarowego, nieliniowego układu regulacji. 2. Projekt czaso-optymalnego systemu sterowania, albo regulatora LQ, albo regulatora Hinf dla podanego obiektu.
Metody oceny:
Bieżąca aktywność na ćwiczeniach, etapowe weryfikacje postępów projektów, egzamin pisemny i ewentualnie ustny. Bieżąca aktywność na ćwiczeniach oceniana jest w skali 0-10 pkt., pierwszy projekt -- 0-20 pkt., drugi -- 0-30 pkt., egzamin -- 0-40 pkt., aby zaliczyć przedmiot trzeba uzyskać 25 pkt. z projektów i 25 pkt. z egzaminu.
Egzamin:
tak
Literatura:
Preskrypt opracowany przez wykładowcę. M. Athans, P. Falb: Sterowanie optymalne, WNT 1969. R. Gessing, M. Latarnik, A. Skrzywan-Kosek: Zbiór zadań z teorii nieliniowych układów regulacji i sterowania, WNT 1981, 4 wyd.: Wyd. Politechniki Śląskiej 1997. D.-W. Gu, P.Hr. Petkov and M.M. Konstantinov: Robust Control Design with MATLAB, Springer 2005 (wersja elektroniczna dostępna w BG PW). T. Kaczorek: Teoria układów regulacji automatycznej, 2 wyd., WNT 1977. T. Kaczorek: Teoria sterowania, PWN, t.1 1977, t. 2 1981. J.R. Leigh: Control Theory, 2nd ed., The Institution of Electrical Engineers, London 2004 (wersja elektroniczna dostępna w BG PW). Z. Vukić et al.: Nonlinear Control Systems, Marcel Dekker 2003 (wersja elektroniczna dostępna w BG PW). pozycje uzupełniające: S.H. Żak: Systems and Control, Oxford University Press 2003. H.K. Khalil: Nonlinear Systems, 3rd ed., Prentice Hall 2002.
Witryna www przedmiotu:
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt TST_W01
Zaawansowana wiedza na temat teorii stabilności układów dynamicznych
Weryfikacja: egzamin, projekt pierwszy
Powiązane efekty kierunkowe: K_W03, K_W04
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W03, T2A_W07, T2A_W01, T2A_W03, T2A_W04
Efekt TST_W02
Uporzadkowana wiedza dotycząca teorii projektowania nieliniowych i optymalnych układów sterowania
Weryfikacja: egzamin, projekty
Powiązane efekty kierunkowe: K_W03, K_W06
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W03, T2A_W07, T2A_W07
Efekt TST_W03
Uporządkowana wiedza na temat projektowania odpornych układów sterowania
Weryfikacja: Egzamin, projekt drugi
Powiązane efekty kierunkowe: K_W03, K_W05, K_W06
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W03, T2A_W07, T2A_W05, T2A_W07

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt TST_U01
Potrafi projektować nieliniowe i optymalne układu sterowania
Weryfikacja: egzamin, projektu
Powiązane efekty kierunkowe: K_U08, K_U09, K_U10, K_U14, K_U18
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U08, T2A_U09, T2A_U10, T2A_U15, T2A_U19
Efekt TST_U02
Potrafi projektować proste odporne systemy sterowania
Weryfikacja: Egzamin, projekty
Powiązane efekty kierunkowe: K_U08, K_U09, K_U10, K_U14, K_U18
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U08, T2A_U09, T2A_U10, T2A_U15, T2A_U19