Podstawy automatyki i robotyki

Moduł obowiązkowy dla studentów specjalności informatyczne systemy diagnostyczne

Treści kształcenia

- Wprowadzenie do zagadnień automatyki: zagadnienia sterowania różnego rodzaju obiektów, cel automatyzacji, środki i sposoby, mechanizacja, automatyzacja, sterowanie, sygnał, przekazywanie informacji, człon automatyki. Przykłady: sterowanie w układzie otwartym, sterowanie w układzie zamkniętym. sprzężenie zwrotne dodatnie i ujemne. Klasyfikacja układów automatycznej regulacji. Konieczność teoretycznego ujęcia zagadnień automatyki. Wzajemne zależności pomiędzy teorią a realizacją i zastosowaniami automatyki.

- Matematyczny opis członów i układów liniowych automatyki

- Charakterystyki w automatyce

- Podstawowe człony automatyki

- Zasady przekształcania schematów blokowych. Obiekty regulacji

- Stabilność liniowych układów automatycznej regulacji

- Jakość układów regulacji

- Regulatory

- Zasady syntezy układów regulacji

- Wybrane problemy układów nieliniowych

- Wprowadzenie: pojęcia podstawowe i definicje: automat, automatyzacja, manipulator, robot, robotyzacja, podziały i zastosowania. Systemowe ujęcie pracy: automatyzacja obróbki przedmiotu, właściwości sterowania w torze otwartym i sprzężeniem zwrotnym, praca z urządzeniami obsługiwanymi przez roboty.

- Elementy składowe i budowa robotów: podstawowe układy robotów. Klasyfikacja i systematyzacja robotów: na podstawie własności geometrycznych, budowy oraz ze względu na obszar zastosowań.

- Chwytaki: klasyfikacja chwytaków, chwytaki siłowe, ze sztywnymi i elastycznymi końcówkami, podciśnieniowe, magnetyczne, kształtowe, wyposażenie chwytaków. Napędy liniowe. Przekładnie falowe.

- Sensory i ograniczniki ruchu w manipulatorach i robotach. Budowa i zastosowanie robotów klasy: PPP, OPP, OOP, OOO. Warstwy sterowania robotów.

- Roboty przemysłowe oraz ssako, gado i płazo podobne. Materiały inteligentne w robotyce.

- Modelowanie manipulatorów i robotów. Zadanie odwrotne kinematyki. Zadanie odwrotne i proste dynamiki.

- Wyznaczanie przestrzeni roboczych i ich symulacja.

- Elementy układu regulacji Ćw. 1. Układy pomiarowe. Programowalne przetworniki pomiarowe, czujniki pomiarowe (czujnik termoelektryczny, czujnik oporowy), uniwersalny tester automatyka Ćw. 2. Elementy wykonawcze. Siłowniki pneumatyczne i elektryczne, silniki elektryczne – dwufazowy, krokowy, trójfazowy z falownikiem Ćw. 3. Regulatory. Analogowe regulatory ciągłe, cyfrowe regulatory ciągłe, logiczne sterowniki programowalne(PLC), pneumatyczny regulator Ćw. 4. Przykłady rzeczywistych układów sterowania. Układ regulacji poziomu cieczy, prędkości obrotowej, ciągłej regulacji temperatury, układ regulacji nieciągłej i niby-ciągłej.

- Charakterystyki w automatyce Ćw. 1. Charakterystyki statyczne członów automatyki. Pomiar charakterystyki statycznej siłownika pneumatycznego oraz zaworu hydraulicznego. Określenie analitycznej postaci charakterystyki (aproksymacja metodą współczynników Lagrange’a lub najmniejszych kwadratów). Linearyzacja charakterystyki statycznej Ćw. 2. Charakterystyki skokowe członów automatyki. Zarejestrowanie charakterystyk skokowych trzech termoelementów. Identyfikacja termoelementów jako elementów automatyki (wyznaczenie transmitancji przejścia każdego z termoelementów) Ćw. 3. Charakterystyki częstotliwościowe członów automatyki. Pomiar charakterystyki amplitudowo-fazowej czwórnika elektrycznego. Wyznaczenie modułu oraz logarytmicznych charakterystyk: amplitudowej i fazowej . Próba identyfikacji badanego czwórnika (dokonać identyfikacji lub uzasadnić niemożliwość jej wykonania) Ćw. 4. Identyfikacja obiektu sterowania. Wykonać pomiary obiektu cieplnego potrzebne do określenia jego własności statycznych i dynamicznych. Przeprowadzić identyfikację obiektu na podstawie wykonanych pomiarów.

- Analiza i synteza układów regulacji Ćw. 1. Programy symulacyjne (program Codas lub MatLab). Wykonać modele matematyczne trzech dowolnie wybranych, podstawowych elementów automatyki (za wyjątkiem proporcjonalnego), zarejestrować charakterystyki skokowe, amplitudowo-fazowe oraz logarytmiczne tych elementów. Ćw. 2. Badanie wpływu sprzężenia zwrotnego na właściwości badanych elementów. Określić wpływ sztywnego sprzężenia zwrotnego na właściwości członu inercyjnego I rzędu i członu całkującego rzeczywistego oraz wpływ sprzężenia izodromowego na właściwości członu różniczkującego rzeczywistego Ćw. 3. Badanie stabilności automatycznej regulacji. Określić analitycznie (stosując kryterium Hurwitza) krytyczny współczynnik wzmocnienia kkr dla zadanego układu automatycznej regulacji. sprawdzić poprawność obliczeń rysując charakterystyki skokowe i amplitudowo-fazowe dla trzech wartości współczynnika wzmocnienia: k < kkr, k = kkr, k > kkr. Dla k < kkr wyznaczyć zapas modułu i zapas fazy z logarytmicznych charakterystyk układu Ćw. 4. Dobór optymalnych nastaw regulatorów w układzie regulacji. Korzystając z wyników ćwiczenia 3.3 narysować charakterystykę skokową układu regulacji dla k = kkr. Określić okres oscylacji Tosc. Stosując metodykę Nicholsa-Zieglera określić optymalne nastawy regulatora P oraz PI. Narysować charakterystyki skokowe dla układu z optymalnymi nastawami regulatorów. Wyznaczyć zapas modułu i fazy dla tych przykładów.

- Budowa i elementy programowania robota przemysłowego na przykładzie manipulatora FESTO.

- Programowanie robotów przemysłowych w Robot Studio:

- programowanie pozycji i ścieżek

- Programowanie robotów przemysłowych w Robot Studio:

- przestrzeń robocza manipulatora, wykorzystanie układów współrzędnych globalnego, przedmiotu i użytkownika

- Programowanie robotów przemysłowych w Robot Studio:

- podstawy automatycznego generowania ścieżek

- Zrobotyzowane gniazdo produkcyjne: konfiguracja, podstawy programowania

Literatura wykorzystywana podczas zajęć wykładowych

Michał Chłędowski - Wykłady z automatyki dla mechaników - Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów. - 2003

W. Greblicki - Podstawy automatyki - Ogicyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław. - 2006

Morecki A - Podstawy robotyki - WNT Warszawa. - 1999

J. Giergiel, T. Buratowski, K. Kurc - Podstawy robotyki i mechatroniki. Część 1 Wprowadzenie do robotyki - KRiDM AGH Kraków. - 2004

Giergiel J., Kurc K., Giergiel M. - Mechatroniczne projektowanie robotów inspekcyjnych - Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. - 2010

Literatura wykorzystywana podczas zajęć ćwiczeniowych/laboratoryjnych/innych

Michał Chłędowski, Jacek Pieniążek - Podstawy automatyki w ćwiczeniach i zadaniach - Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów. - 2009

A. Wiszniewski (red.) - Podstawy automatyki. Ćwiczenia laboratoryjne - Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław. - 2000

Literatura do samodzielnego studiowania

Krzysztof Amborski - Teoria sterowania. Podręcznik programowany - Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa. - 1987

Andrzej Dębowski - Automatyka. Podstawy teorii - Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa. - 2008

Literatura uzupełniająca

Krzysztof Amborski, Andrzej Marusak - Teoria sterowania w ćwiczeniach - Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa. - 1978

Jerzy Brzózka - Regulatory cyfrowe w automatyce - MIKOM, Warszawa. - 2002

Help ABB Robot Studio - - . -