Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (S1)

Sylabus przedmiotu Sterowanie optymalne i modalne:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Automatyka i robotyka
Forma studiów studia stacjonarne Poziom pierwszego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta inżynier
Obszary studiów charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK
Profil ogólnoakademicki
Moduł —
Przedmiot Sterowanie optymalne i modalne
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Automatyki i Robotyki
Nauczyciel odpowiedzialny Paweł Dworak <Pawel.Dworak@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Michał Brasel <Michal.Brasel@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 6,0 ECTS (formy) 6,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny — Grupa obieralna —

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW6 15 1,60,44zaliczenie
laboratoriaL6 30 2,80,30zaliczenie
projektyP6 15 1,60,26zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Zaliczone moduły: Matematyka, Metody matematyczne automatyki i robotyki, Podstawy automatyki i robotyki, Sygnały i systemy dynamiczne, Teoria sterowania

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Poznanie związków (zależności analitycznych i numerycznych) pomiędzy opisami liniowych układów dynamicznych (SISO i MIMO) w dziedzinach czasowych i operatorowych.
C-2Poznanie sposobów wyznaczania wielomianowych postaci ułamkowych (MFD) wymiernych macierzy transmitancji w dziedzinach operatorowych poprzez kanoniczne postacie równań stanu Luenbergera-Brunovsky'ego i Hessenberga oraz na podstawie macierzy transmitancji zadanych w postaci wymiernej.
C-3Poznanie metod syntezy (klasycznych) układów sterowania optymalnego LQR/LQG i modalnego w dziedzinach czasowych i operatorowych, przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu.
C-4Poznanie dynamicznych i statycznych właściwości układów regulacji stałowartościowej, ciągłej i dyskretnej, z użyciem wielowymiarowych regulatorów modalnych i optymalnych LQR/LQG.
C-5Nabycie umiejętności praktycznej implementacji klasycznych układów sterowania modalnego i optymalnego.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Analiza właściwości dynamicznych obiektów ciągłych LTI.2
T-L-2Analiza właściwości dynamicznych obiektów dyskretnych LTI. Dyskretyzacja ciągłych obiektów LTI.2
T-L-3Synteza układów sterowania modalnego w dziedzinie czasu ciągłego. Badanie wpływu doboru biegunów układu zamkniętego na jakość sterowania.2
T-L-4Synteza układów sterowania modalnego w dziedzinie czasu dyskretnego. Badanie wpływu doboru biegunów układu zamkniętego oraz czasu próbkowania na jakość sterowania. Synteza i badanie układu sterowania deat beat'owego.4
T-L-5Synteza układów sterowania LQ-optymalnego w dziedzinie czasu ciągłego. Badanie wpływu doboru macierzy wagowych optymalizownego kryterium jakości na przebiegi wyjściowe układu sterowania.2
T-L-6Synteza układów sterowania LQ-optymalnego w dziedzinie czasu dyskretnego. Badanie wpływu doboru macierzy wagowych optymalizownego kryterium jakości oraz czasu próbkowania na przebiegi wyjściowe układu sterowania.2
T-L-7Kompensacja uchybów statycznych w układach sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od wektora stanu. Projektowanie układu zamknięto-otwartego i układu rozszerzonego o elementy całkujące.2
T-L-8Regulacja stałowartościowa PP-I z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Synteza obserwatora Luenbergera pełnego rzędu. Synteza regulatora dynamicznego PP-I zbudowanego na bazie obserwatora.4
T-L-9Regulacja stałowartościowa LQ-I z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Synteza obserwatora Luenbergera pełnego rzędu. Synteza regulatora dynamicznego LQ-I zbudowanego na bazie obserwatora.4
T-L-10Regulacja stałowartościowa LQG w obecności niemierzalnych zakłóceń stochastycznych. Synteza i badane układu regulacji stałowartościowej z filtrem Kalmana.4
T-L-11Zaliczenie laboratorium.2
30
projekty
T-P-1Modelowanie dynamiki badanego obiektu sterowania. Wyprowadzenie równań dynamiki oraz analiza ograniczeń sygnałowych i nieliniowości badanego obiektu. Identyfikacja parametrów nieliniowego modelu obiektu. Wyznaczenie liniowych modeli badanego obiektu w wybranych punktach pracy.3
T-P-2Sformułowanie celu sterowania i przyjęcie struktury i algorytmu działania układu sterowania.1
T-P-3Implementacja opracowanego algorytmu sterowania; badania symulacyjne i/lub eksperymentalne jakości sterowania układu sterowania.8
T-P-4Analiza wyników, dyskusja i raportowanie wyników projektu.3
15
wykłady
T-W-1Opisy liniowych układów dynamicznych z czasem ciągłym i dyskretnym w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych: kanoniczne postacie liniowych równań stanu, wielomianowe postacie ułamkowe (MFD) opisów układów SISO i MIMO oraz ich związki z opisami w przestrzeni stanów, sposoby wyznaczania wielomianowych postaci ułamkowych MFD dla zadanych wymiernych macierzy transmitancji.3
T-W-2Synteza układów sterowania optymalnego LQR/LQG z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu. Projektowanie filtru Kalmana. Projektowanie obserwatorów Luenbergera pełnego i zredukowanego rzędu. Projektowanie układów sterowania modalnego PP (Pole Placement) z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu; projektowanie układów dead beat'owych (DB).10
T-W-3Zastosowanie regulatorów (kompensatorów) optymalnych LQR/LQG i modalnych w układach regulacji stałowartościowej; kompensacja statycznych odchyłek regulacji stałowartościowej w układzie zamknięto-otwartym. Zaliczenie wykładów.2
15

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach laboratoryjnych30
A-L-2Uzupełnianie wiedzy z literatury15
A-L-3Przygotowanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych15
A-L-4Przygotowanie do zaliczenia laboratorium.10
70
projekty
A-P-1uczestnictwo w zajęciach15
A-P-2Samodzielna praca studenta15
A-P-3Przygotowanie raportu z realizacji projektu10
40
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w wykładach15
A-W-2Uzupełnianie wiedzy z literatury15
A-W-3Przygotowanie się do zaliczenia przedmiotu10
40

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Metody podające: wykład informacyjny, opis, objaśnienie.
M-2Metody aktywizujące: dyskusja dydaktyczna.
M-3Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia laboratoryjne, symulacje.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena formująca: ocena wystawiana w trakcie cyklu zajęć laboratoryjnych na podstawie sprawozdań
S-2Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych ze złożonych sprawozdań oraz aktywności i pracy poszczególnych członków zespołu podczas realizacji ćwiczeń.

Zamierzone efekty uczenia się - wiedza

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
AR_1A_C24_W01
Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania optymalnego i modalnego z liniowymi obiektami dynamicznymi.		AR_1A_W06——C-2, C-1, C-3, C-4T-W-3, T-W-2, T-W-1, T-L-1, T-L-4, T-L-2, T-L-3, T-L-5, T-L-8, T-L-6, T-L-7, T-L-9, T-L-10M-1, M-2, M-3S-1, S-2

Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności

Zamierzone efekty uczenia sięOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
AR_1A_C24_U01
Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania modalnego i optymalnego o określonych właściwościach.		AR_1A_U19——C-2, C-3, C-4, C-5T-W-3, T-W-2, T-W-1, T-L-1, T-L-4, T-L-2, T-L-3, T-L-5, T-L-8, T-L-6, T-L-7, T-L-9, T-L-10, T-P-4, T-P-2, T-P-3, T-P-1M-2, M-3S-1, S-2

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
AR_1A_C24_W01
Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania optymalnego i modalnego z liniowymi obiektami dynamicznymi.		2,0Student nie zna podstawowe formy opisów liniowych jedno- i wielowymiarowych (MIMO) układów dynamicznych.
3,0Student zna podstawowe formy opisów liniowych jedno- i wielowymiarowych (MIMO) układów dynamicznych, w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych. Zna strukturę układu, wymagania i założenia metod syntezy układów sterowania optymalnego (LQR/LQG) i modalnego (PP).
3,5Student zna podstawowe formy opisów liniowych jedno- i wielowymiarowych (MIMO) układów dynamicznych, w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych. Zna strukturę układu i podstawowe metody syntezy elementów układów sterowania optymalnego (LQR/LQG) i modalnego (PP).
4,0Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania optymalnego i modalnego. Zna podstawowe metody syntezy układów sterowania optymalnego (LQR/LQG) i modalnego (PP). Zna strukturę i zasady projektowania obserwatora Luenbergera oraz filtru Kalmana, dla obiektów z niedostępnym pomiarowo wektorem stanu.
4,5Student zna formy opisów liniowych jedno- i wielowymiarowych (MIMO) układów dynamicznych, w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych. Ma wiedzę z zakresu teorii sterowania optymalnego LQ/LQG w nieskończonym horyzoncie czasu dla liniowych obiektów sterowania. Zna metody syntezy układów sterowania optymalnego (LQR/LQG) i modalnego (PP). Umie zaprojektować obserwator Luenbergera oraz (stacjonarny) filtr Kalmana dla obiektów MIMO, ciągłych i dyskretnych, z niedostępnym pomiarowo wektorem stanu. Potrafi zastosować regulatory (kompensatory) optymalne i modalne w układach regulacji stałowartościowej.
5,0Student zna formy opisów liniowych jedno- i wielowymiarowych (MIMO) układów dynamicznych, w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych. Ma wiedzę z zakresu teorii sterowania optymalnego LQ/LQG w nieskończonym horyzoncie czasu dla liniowych obiektów sterowania. Zna metody syntezy układów sterowania optymalnego (LQR/LQG) i modalnego (PP). Umie zaprojektować obserwator Luenbergera oraz (stacjonarny) filtr Kalmana dla obiektów MIMO, ciągłych i dyskretnych, z niedostępnym pomiarowo wektorem stanu. Potrafi zastosować regulatory (kompensatory) optymalne i modalne w układach regulacji stałowartościowej. Student potrafi wskazać wady i zalety poszczególnych rozwiązań, potrafi porównać ich efektywność i zakres stosowania.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia sięOcenaKryterium oceny
AR_1A_C24_U01
Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania modalnego i optymalnego o określonych właściwościach.		2,0Student nie potrafi poprawnie zastosować sposobów syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej (LQR/LQG) i modalnej (PP).
3,0Student poprawnie stosuje wybrane sposoby syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej (LQR/LQG) i modalnej (PP).
3,5Student poprawnie stosuje wszystkie przedstawione w czasie zajęć sposoby syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej (LQR/LQG) i modalnej (PP).
4,0Umie sformułować zadanie sterowania optymalnego oraz modalnego. Student potrafi samodzielnie zaprojektować regulatory optymalne (LQR/LQG) i modalne (PP). Potrafi zaprojektować obserwator Luenbergera oraz (stacjonarny) filtr Kalmana.
4,5Student poprawnie stosuje zaproponowane w trakcie zajęć sposoby sterowania. Potrafi porównać ich efektywność. Umie sformułować zadanie sterowania optymalnego oraz modalnego, zaprojektować układ sterowania i zoptymalizować jego działanie.
5,0Student potrafi stosować wszystkie zaproponowane w trakcie zajęć sposoby sterowania. Potrafi porównać ich efektywność. Umie samodzielnie sformułować zadanie sterowania optymalnego oraz modalnego, zaprojektować układ sterowania i zoptymalizować jego działanie. Potrafi dokonac krytycznej analizy uzyskanych wyników.

Literatura podstawowa

  1. Bańka S., Dworak P., Analiza i synteza dynamicznych układów MIMO w ujęciu wielomianowym, Wydawnictwo Uczelniane ZUT w Szczecinie, Szczecin, 2012

Literatura dodatkowa

  1. Bańka S., Sterowanie wielowymiarowymi układami dynamicznymi. Ujęcie wielomianowe, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2007
  2. Kaczorek T., Wektory i macierze w automatyce i elektrotechnice., Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 1998
  3. Dworak P., Wybrane problemy syntezy układów sterowania obiektami dynamicznymi o wielu wejsciach i wielu wyjściach., Wydawnictwo Uczelniane ZUT w Szczecinie, Szczecin, 2015

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Analiza właściwości dynamicznych obiektów ciągłych LTI.2
T-L-2Analiza właściwości dynamicznych obiektów dyskretnych LTI. Dyskretyzacja ciągłych obiektów LTI.2
T-L-3Synteza układów sterowania modalnego w dziedzinie czasu ciągłego. Badanie wpływu doboru biegunów układu zamkniętego na jakość sterowania.2
T-L-4Synteza układów sterowania modalnego w dziedzinie czasu dyskretnego. Badanie wpływu doboru biegunów układu zamkniętego oraz czasu próbkowania na jakość sterowania. Synteza i badanie układu sterowania deat beat'owego.4
T-L-5Synteza układów sterowania LQ-optymalnego w dziedzinie czasu ciągłego. Badanie wpływu doboru macierzy wagowych optymalizownego kryterium jakości na przebiegi wyjściowe układu sterowania.2
T-L-6Synteza układów sterowania LQ-optymalnego w dziedzinie czasu dyskretnego. Badanie wpływu doboru macierzy wagowych optymalizownego kryterium jakości oraz czasu próbkowania na przebiegi wyjściowe układu sterowania.2
T-L-7Kompensacja uchybów statycznych w układach sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od wektora stanu. Projektowanie układu zamknięto-otwartego i układu rozszerzonego o elementy całkujące.2
T-L-8Regulacja stałowartościowa PP-I z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Synteza obserwatora Luenbergera pełnego rzędu. Synteza regulatora dynamicznego PP-I zbudowanego na bazie obserwatora.4
T-L-9Regulacja stałowartościowa LQ-I z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Synteza obserwatora Luenbergera pełnego rzędu. Synteza regulatora dynamicznego LQ-I zbudowanego na bazie obserwatora.4
T-L-10Regulacja stałowartościowa LQG w obecności niemierzalnych zakłóceń stochastycznych. Synteza i badane układu regulacji stałowartościowej z filtrem Kalmana.4
T-L-11Zaliczenie laboratorium.2
30

Treści programowe - projekty

KODTreść programowaGodziny
T-P-1Modelowanie dynamiki badanego obiektu sterowania. Wyprowadzenie równań dynamiki oraz analiza ograniczeń sygnałowych i nieliniowości badanego obiektu. Identyfikacja parametrów nieliniowego modelu obiektu. Wyznaczenie liniowych modeli badanego obiektu w wybranych punktach pracy.3
T-P-2Sformułowanie celu sterowania i przyjęcie struktury i algorytmu działania układu sterowania.1
T-P-3Implementacja opracowanego algorytmu sterowania; badania symulacyjne i/lub eksperymentalne jakości sterowania układu sterowania.8
T-P-4Analiza wyników, dyskusja i raportowanie wyników projektu.3
15

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Opisy liniowych układów dynamicznych z czasem ciągłym i dyskretnym w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych: kanoniczne postacie liniowych równań stanu, wielomianowe postacie ułamkowe (MFD) opisów układów SISO i MIMO oraz ich związki z opisami w przestrzeni stanów, sposoby wyznaczania wielomianowych postaci ułamkowych MFD dla zadanych wymiernych macierzy transmitancji.3
T-W-2Synteza układów sterowania optymalnego LQR/LQG z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu. Projektowanie filtru Kalmana. Projektowanie obserwatorów Luenbergera pełnego i zredukowanego rzędu. Projektowanie układów sterowania modalnego PP (Pole Placement) z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu; projektowanie układów dead beat'owych (DB).10
T-W-3Zastosowanie regulatorów (kompensatorów) optymalnych LQR/LQG i modalnych w układach regulacji stałowartościowej; kompensacja statycznych odchyłek regulacji stałowartościowej w układzie zamknięto-otwartym. Zaliczenie wykładów.2
15

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach laboratoryjnych30
A-L-2Uzupełnianie wiedzy z literatury15
A-L-3Przygotowanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych15
A-L-4Przygotowanie do zaliczenia laboratorium.10
70
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - projekty

KODForma aktywnościGodziny
A-P-1uczestnictwo w zajęciach15
A-P-2Samodzielna praca studenta15
A-P-3Przygotowanie raportu z realizacji projektu10
40
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w wykładach15
A-W-2Uzupełnianie wiedzy z literatury15
A-W-3Przygotowanie się do zaliczenia przedmiotu10
40
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_1A_C24_W01Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania optymalnego i modalnego z liniowymi obiektami dynamicznymi.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_W06Ma uporządkowaną wiedzę z teorii sterowania i systemów w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania.
Cel przedmiotuC-2Poznanie sposobów wyznaczania wielomianowych postaci ułamkowych (MFD) wymiernych macierzy transmitancji w dziedzinach operatorowych poprzez kanoniczne postacie równań stanu Luenbergera-Brunovsky'ego i Hessenberga oraz na podstawie macierzy transmitancji zadanych w postaci wymiernej.
C-1Poznanie związków (zależności analitycznych i numerycznych) pomiędzy opisami liniowych układów dynamicznych (SISO i MIMO) w dziedzinach czasowych i operatorowych.
C-3Poznanie metod syntezy (klasycznych) układów sterowania optymalnego LQR/LQG i modalnego w dziedzinach czasowych i operatorowych, przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu.
C-4Poznanie dynamicznych i statycznych właściwości układów regulacji stałowartościowej, ciągłej i dyskretnej, z użyciem wielowymiarowych regulatorów modalnych i optymalnych LQR/LQG.
Treści programoweT-W-3Zastosowanie regulatorów (kompensatorów) optymalnych LQR/LQG i modalnych w układach regulacji stałowartościowej; kompensacja statycznych odchyłek regulacji stałowartościowej w układzie zamknięto-otwartym. Zaliczenie wykładów.
T-W-2Synteza układów sterowania optymalnego LQR/LQG z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu. Projektowanie filtru Kalmana. Projektowanie obserwatorów Luenbergera pełnego i zredukowanego rzędu. Projektowanie układów sterowania modalnego PP (Pole Placement) z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu; projektowanie układów dead beat'owych (DB).
T-W-1Opisy liniowych układów dynamicznych z czasem ciągłym i dyskretnym w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych: kanoniczne postacie liniowych równań stanu, wielomianowe postacie ułamkowe (MFD) opisów układów SISO i MIMO oraz ich związki z opisami w przestrzeni stanów, sposoby wyznaczania wielomianowych postaci ułamkowych MFD dla zadanych wymiernych macierzy transmitancji.
T-L-1Analiza właściwości dynamicznych obiektów ciągłych LTI.
T-L-4Synteza układów sterowania modalnego w dziedzinie czasu dyskretnego. Badanie wpływu doboru biegunów układu zamkniętego oraz czasu próbkowania na jakość sterowania. Synteza i badanie układu sterowania deat beat'owego.
T-L-2Analiza właściwości dynamicznych obiektów dyskretnych LTI. Dyskretyzacja ciągłych obiektów LTI.
T-L-3Synteza układów sterowania modalnego w dziedzinie czasu ciągłego. Badanie wpływu doboru biegunów układu zamkniętego na jakość sterowania.
T-L-5Synteza układów sterowania LQ-optymalnego w dziedzinie czasu ciągłego. Badanie wpływu doboru macierzy wagowych optymalizownego kryterium jakości na przebiegi wyjściowe układu sterowania.
T-L-8Regulacja stałowartościowa PP-I z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Synteza obserwatora Luenbergera pełnego rzędu. Synteza regulatora dynamicznego PP-I zbudowanego na bazie obserwatora.
T-L-6Synteza układów sterowania LQ-optymalnego w dziedzinie czasu dyskretnego. Badanie wpływu doboru macierzy wagowych optymalizownego kryterium jakości oraz czasu próbkowania na przebiegi wyjściowe układu sterowania.
T-L-7Kompensacja uchybów statycznych w układach sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od wektora stanu. Projektowanie układu zamknięto-otwartego i układu rozszerzonego o elementy całkujące.
T-L-9Regulacja stałowartościowa LQ-I z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Synteza obserwatora Luenbergera pełnego rzędu. Synteza regulatora dynamicznego LQ-I zbudowanego na bazie obserwatora.
T-L-10Regulacja stałowartościowa LQG w obecności niemierzalnych zakłóceń stochastycznych. Synteza i badane układu regulacji stałowartościowej z filtrem Kalmana.
Metody nauczaniaM-1Metody podające: wykład informacyjny, opis, objaśnienie.
M-2Metody aktywizujące: dyskusja dydaktyczna.
M-3Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia laboratoryjne, symulacje.
Sposób ocenyS-1Ocena formująca: ocena wystawiana w trakcie cyklu zajęć laboratoryjnych na podstawie sprawozdań
S-2Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych ze złożonych sprawozdań oraz aktywności i pracy poszczególnych członków zespołu podczas realizacji ćwiczeń.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie zna podstawowe formy opisów liniowych jedno- i wielowymiarowych (MIMO) układów dynamicznych.
3,0Student zna podstawowe formy opisów liniowych jedno- i wielowymiarowych (MIMO) układów dynamicznych, w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych. Zna strukturę układu, wymagania i założenia metod syntezy układów sterowania optymalnego (LQR/LQG) i modalnego (PP).
3,5Student zna podstawowe formy opisów liniowych jedno- i wielowymiarowych (MIMO) układów dynamicznych, w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych. Zna strukturę układu i podstawowe metody syntezy elementów układów sterowania optymalnego (LQR/LQG) i modalnego (PP).
4,0Student ma uporządkowaną wiedzę w zakresie opisu, analizy i syntezy układów sterowania optymalnego i modalnego. Zna podstawowe metody syntezy układów sterowania optymalnego (LQR/LQG) i modalnego (PP). Zna strukturę i zasady projektowania obserwatora Luenbergera oraz filtru Kalmana, dla obiektów z niedostępnym pomiarowo wektorem stanu.
4,5Student zna formy opisów liniowych jedno- i wielowymiarowych (MIMO) układów dynamicznych, w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych. Ma wiedzę z zakresu teorii sterowania optymalnego LQ/LQG w nieskończonym horyzoncie czasu dla liniowych obiektów sterowania. Zna metody syntezy układów sterowania optymalnego (LQR/LQG) i modalnego (PP). Umie zaprojektować obserwator Luenbergera oraz (stacjonarny) filtr Kalmana dla obiektów MIMO, ciągłych i dyskretnych, z niedostępnym pomiarowo wektorem stanu. Potrafi zastosować regulatory (kompensatory) optymalne i modalne w układach regulacji stałowartościowej.
5,0Student zna formy opisów liniowych jedno- i wielowymiarowych (MIMO) układów dynamicznych, w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych. Ma wiedzę z zakresu teorii sterowania optymalnego LQ/LQG w nieskończonym horyzoncie czasu dla liniowych obiektów sterowania. Zna metody syntezy układów sterowania optymalnego (LQR/LQG) i modalnego (PP). Umie zaprojektować obserwator Luenbergera oraz (stacjonarny) filtr Kalmana dla obiektów MIMO, ciągłych i dyskretnych, z niedostępnym pomiarowo wektorem stanu. Potrafi zastosować regulatory (kompensatory) optymalne i modalne w układach regulacji stałowartościowej. Student potrafi wskazać wady i zalety poszczególnych rozwiązań, potrafi porównać ich efektywność i zakres stosowania.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia sięAR_1A_C24_U01Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania modalnego i optymalnego o określonych właściwościach.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówAR_1A_U19Umie sformułować zadanie sterowania, zaprojektować układ sterowania i zoptymalizować jego działanie.
Cel przedmiotuC-2Poznanie sposobów wyznaczania wielomianowych postaci ułamkowych (MFD) wymiernych macierzy transmitancji w dziedzinach operatorowych poprzez kanoniczne postacie równań stanu Luenbergera-Brunovsky'ego i Hessenberga oraz na podstawie macierzy transmitancji zadanych w postaci wymiernej.
C-3Poznanie metod syntezy (klasycznych) układów sterowania optymalnego LQR/LQG i modalnego w dziedzinach czasowych i operatorowych, przy dostępnym i niedostępnym wektorze stanu obiektu.
C-4Poznanie dynamicznych i statycznych właściwości układów regulacji stałowartościowej, ciągłej i dyskretnej, z użyciem wielowymiarowych regulatorów modalnych i optymalnych LQR/LQG.
C-5Nabycie umiejętności praktycznej implementacji klasycznych układów sterowania modalnego i optymalnego.
Treści programoweT-W-3Zastosowanie regulatorów (kompensatorów) optymalnych LQR/LQG i modalnych w układach regulacji stałowartościowej; kompensacja statycznych odchyłek regulacji stałowartościowej w układzie zamknięto-otwartym. Zaliczenie wykładów.
T-W-2Synteza układów sterowania optymalnego LQR/LQG z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu. Projektowanie filtru Kalmana. Projektowanie obserwatorów Luenbergera pełnego i zredukowanego rzędu. Projektowanie układów sterowania modalnego PP (Pole Placement) z dostępnym i niedostępnym wektorem stanu obiektu; projektowanie układów dead beat'owych (DB).
T-W-1Opisy liniowych układów dynamicznych z czasem ciągłym i dyskretnym w przestrzeni stanów i w dziedzinach operatorowych: kanoniczne postacie liniowych równań stanu, wielomianowe postacie ułamkowe (MFD) opisów układów SISO i MIMO oraz ich związki z opisami w przestrzeni stanów, sposoby wyznaczania wielomianowych postaci ułamkowych MFD dla zadanych wymiernych macierzy transmitancji.
T-L-1Analiza właściwości dynamicznych obiektów ciągłych LTI.
T-L-4Synteza układów sterowania modalnego w dziedzinie czasu dyskretnego. Badanie wpływu doboru biegunów układu zamkniętego oraz czasu próbkowania na jakość sterowania. Synteza i badanie układu sterowania deat beat'owego.
T-L-2Analiza właściwości dynamicznych obiektów dyskretnych LTI. Dyskretyzacja ciągłych obiektów LTI.
T-L-3Synteza układów sterowania modalnego w dziedzinie czasu ciągłego. Badanie wpływu doboru biegunów układu zamkniętego na jakość sterowania.
T-L-5Synteza układów sterowania LQ-optymalnego w dziedzinie czasu ciągłego. Badanie wpływu doboru macierzy wagowych optymalizownego kryterium jakości na przebiegi wyjściowe układu sterowania.
T-L-8Regulacja stałowartościowa PP-I z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Synteza obserwatora Luenbergera pełnego rzędu. Synteza regulatora dynamicznego PP-I zbudowanego na bazie obserwatora.
T-L-6Synteza układów sterowania LQ-optymalnego w dziedzinie czasu dyskretnego. Badanie wpływu doboru macierzy wagowych optymalizownego kryterium jakości oraz czasu próbkowania na przebiegi wyjściowe układu sterowania.
T-L-7Kompensacja uchybów statycznych w układach sterowania ze sprzężeniem zwrotnym od wektora stanu. Projektowanie układu zamknięto-otwartego i układu rozszerzonego o elementy całkujące.
T-L-9Regulacja stałowartościowa LQ-I z niedostępnym wektorem stanu obiektu. Synteza obserwatora Luenbergera pełnego rzędu. Synteza regulatora dynamicznego LQ-I zbudowanego na bazie obserwatora.
T-L-10Regulacja stałowartościowa LQG w obecności niemierzalnych zakłóceń stochastycznych. Synteza i badane układu regulacji stałowartościowej z filtrem Kalmana.
T-P-4Analiza wyników, dyskusja i raportowanie wyników projektu.
T-P-2Sformułowanie celu sterowania i przyjęcie struktury i algorytmu działania układu sterowania.
T-P-3Implementacja opracowanego algorytmu sterowania; badania symulacyjne i/lub eksperymentalne jakości sterowania układu sterowania.
T-P-1Modelowanie dynamiki badanego obiektu sterowania. Wyprowadzenie równań dynamiki oraz analiza ograniczeń sygnałowych i nieliniowości badanego obiektu. Identyfikacja parametrów nieliniowego modelu obiektu. Wyznaczenie liniowych modeli badanego obiektu w wybranych punktach pracy.
Metody nauczaniaM-2Metody aktywizujące: dyskusja dydaktyczna.
M-3Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia laboratoryjne, symulacje.
Sposób ocenyS-1Ocena formująca: ocena wystawiana w trakcie cyklu zajęć laboratoryjnych na podstawie sprawozdań
S-2Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na zakończenie cyklu ćwiczeń laboratoryjnych na podstawie ocen cząstkowych ze złożonych sprawozdań oraz aktywności i pracy poszczególnych członków zespołu podczas realizacji ćwiczeń.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie potrafi poprawnie zastosować sposobów syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej (LQR/LQG) i modalnej (PP).
3,0Student poprawnie stosuje wybrane sposoby syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej (LQR/LQG) i modalnej (PP).
3,5Student poprawnie stosuje wszystkie przedstawione w czasie zajęć sposoby syntezy poszczególnych elementów układu regulacji optymalnej (LQR/LQG) i modalnej (PP).
4,0Umie sformułować zadanie sterowania optymalnego oraz modalnego. Student potrafi samodzielnie zaprojektować regulatory optymalne (LQR/LQG) i modalne (PP). Potrafi zaprojektować obserwator Luenbergera oraz (stacjonarny) filtr Kalmana.
4,5Student poprawnie stosuje zaproponowane w trakcie zajęć sposoby sterowania. Potrafi porównać ich efektywność. Umie sformułować zadanie sterowania optymalnego oraz modalnego, zaprojektować układ sterowania i zoptymalizować jego działanie.
5,0Student potrafi stosować wszystkie zaproponowane w trakcie zajęć sposoby sterowania. Potrafi porównać ich efektywność. Umie samodzielnie sformułować zadanie sterowania optymalnego oraz modalnego, zaprojektować układ sterowania i zoptymalizować jego działanie. Potrafi dokonac krytycznej analizy uzyskanych wyników.