Wierk - Wydział Informatyki, Elektroniczne Ramy Kwalifikacji

Wydział Informatyki
Kierunek studiów	Matematyka Stosowana							Poziom i forma studiów	pierwszego stopnia inżynierskie stacjonarne
Specjalność / Ścieżka dyplomowania	Przedmiot wspólny							Profil kształcenia	praktyczny
Nazwa przedmiotu	Matematyczne podstawy automatyki i robotyki							Kod przedmiotu	MAT1MPA
								Rodzaj przedmiotu	obowiązkowy
Forma zajęć i liczba godzin	W	Ć	L	P	Ps	T	S	Semestr	5
	30	15			15			Punkty ECTS	7
Przedmioty wprowadzające	Algebra liniowa z geometrią analityczną 1 (MAT1AL1), Algebra liniowa z geometrią analityczną 2 (MAT1AL2), Analiza matematyczna 1 (MAT1AM1), Analiza matematyczna 2 (MAT1AM2), Analiza matematyczna 3 (MAT1AM3), Równania różniczkowe i różnicowe (MAT1RRR),
Cele przedmiotu	Zapoznanie się z podstawowymi pojęciami i zagadnieniami z dziedziny automatyki robotyki. Pozyskanie wiedzy i umiejętności dotyczących stabilności, sterowania i regulacji automatycznej ciągłych układów liniowych oraz metod matematycznych stosowanych przy ich projektowaniu. Pozyskanie wiedzy i umiejętności dotyczących matematycznego opisu mechanizmów przestrzennych. Zdobycie wiedzy i umiejętności z zakresu kinematyki manipulatorów.
Treści programowe	Wykład: 1. Modelowanie matematyczne ciągłych liniowych układów dynamicznych. 2. Reprezentacja (opis) układów fizycznych za pomocą równań stanu oraz transmitancji operatorowej i schematów blokowych. 3. Liniowe układy automatyki: wyznaczanie transmitancji operatorowej układów. 4. Właściwości liniowych elementów automatyki: charakterystyka statyczna, charakterystyka dynamiczna, charakterystyki częstotliwości. 5. Stabilność układów liniowych, kryterium Rutha-Hurwitza, kryterium Michajłowa, kryterium Nyquista. 6. Podstawowe zasady sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, regulator PID. 7. Podstawowe pojęcia z dziedziny robotyki, przegląd zastosowań robotów, typowe zagadnienia z dziedziny robotyki. 8. Matematyczny opis mechanizmów przestrzennych: algebraiczna reprezentacja wektora, macierz kosinusów kierunkowych, kąty i parametry Eulera, współrzędne jednorodne, parametry Denavita-Hartenberga. 9. Kinematyka manipulatorów, struktury manipulatorów, sformułowanie zadania prostego i odwrotnego kinematyki. Ćwiczenia: 1. Modelowanie matematyczne ciągłych liniowych układów dynamicznych. 2. Reprezentacja (opis) układów fizycznych za pomocą równań stanu oraz transmitancji operatorowej i schematów blokowych. 3. Liniowe układy automatyki: wyznaczanie transmitancji operatorowej układów. 4. Właściwości liniowych elementów automatyki: charakterystyka statyczna, charakterystyka dynamiczna, charakterystyki częstotliwości. 5. Stabilność układów liniowych, kryterium Rutha-Hurwitza, kryterium Michajłowa, kryterium Nyquista. 6. Podstawowe zasady sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, regulator PID. 7. Podstawowe pojęcia z dziedziny robotyki, przegląd zastosowań robotów, typowe zagadnienia z dziedziny robotyki. 8. Matematyczny opis mechanizmów przestrzennych: algebraiczna reprezentacja wektora, macierz kosinusów kierunkowych, kąty i parametry Eulera, współrzędne jednorodne, parametry Denavita-Hartenberga. 9. Kinematyka manipulatorów, struktury manipulatorów, sformułowanie zadania prostego i odwrotnego kinematyki. Pracownia specjalistyczna: 1. Roboty mobilne na bazie LEGO Mindstorms NXT 2.0. Programowanie robotów (język NXT - C). 2. Silniki - zasady działania i podstawowe właściwości i liniowość silników. 3. Czujniki do pomiaru odległości i czujniki optyczne - zasady działania i podstawowe właściwości. 4. PID - regulacja; śledzenie linii za pomocą proporcjonalnego algorytmu używający PID regulacji.
Metody dydaktyczne	programowanie z użyciem komputera, ćwiczenia laboratoryjne, wykład informacyjny, ćwiczenia przedmiotowe,
Forma zaliczenia	Wykład - egzamin pisemny. Ćwiczenia - sprawdziany pisemne. Pracownia specjalistyczna – sprawozdania i wejściówki.
Symbol efektu uczenia się	Zakładane efekty uczenia się								Odniesienie do kierunkowych efektów uczenia się
EU1	posiada wiedzę dotyczącą matematycznego opisu podstawowych zagadnienień z dziedziny automatyki i robotyki								K_W02 K_W05 K_W06 K_W08
EU2	zna techniki badania stabilności, sterowania i regulacji ciągłych układów liniowych automatyki oraz matematyczne opisy mechanizmów przestrzennych								K_W05 K_W06 K_W08
EU3	umie wyznaczać transmitancję operatorową, badać charakterystyki liniowych elementów automatyki wykorzystywać procedury standardowe oraz oprogramowanie wspierające								K_U05 K_U12
EU4	stosuje techniki, także z wykorzystaniem oprogramowania wspierającego, badania stabilności, sterowania i regulacji automatycznej ciągłych układów liniowych								K_U05 K_U06 K_U12
EU5	potrafi dokonać matematycznego opisu mechanizmów przestrzennych oraz sformułować zadania kinematyki manipulatorów								K_U05 K_U06
Symbol efektu uczenia się	Sposób weryfikacji efektu uczenia się								Forma zajęć na której zachodzi weryfikacja
EU1	egzamin pisemny								W
EU2	egzamin pisemny								W
EU3	sprawdzian na ćwiczeniach, wejściówki i sprawozdania z Ps								Ć, Ps
EU4	sprawdzian na ćwiczeniach, wejściówki i sprawozdania z Ps								Ć, Ps
EU5	sprawdzian na ćwiczeniach								Ć
Bilans nakładu pracy studenta (w godzinach)									Liczba godz.
Wyliczenie
	1 - Udział w wykładach								30
	2 - Udział w ćwiczeniach audytoryjnych + pracowni specjalistycznej								30
	3 - Opracowanie sprawozdań z pracowni i wykonanie zadań domowych (prac domowych)								63
	4 - Przygotowanie do ćwiczeń, pracowni specjalistycznej i sprawdzianów z ćwiczeń								25
	5 - Udział w konsultacjach								5
	6 - Przygotowanie do egzaminu								20
	7 - Obecność na egzaminie								2
RAZEM:									175
Wskaźniki ilościowe									GODZINY	ECTS
Nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela									67 (1)+(5)+(2)+(7)	2.7
Nakład pracy studenta związany z zajęciami o charakterze praktycznym									118 (4)+(3)+(2)	4.7
Literatura podstawowa	1. T. Kaczorek, A. Dzieliński, W. Dąbrowski, R. Łopatka, Podstawy teorii sterowania, WNT, Warszawa 2014. 2. E. Rosołowski, Automatyczne sterowanie i regulacja: procesy ciągłe i dyskretne, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2020. 3. T. Szkodny, Zbiór zadań z podstaw robotyki, WPŚ, Gliwice 2012. 4. T. Szkodny, Podstawy robotyki, WPŚ, Gliwice 2013. 5. http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/nxcdoc/NXC_tutorial.pdf
Literatura uzupełniająca	1. F. Siemieniako, K. Peszyński, Automatyka w przykładach i zadaniach, Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, Białystok 2014. 2. A. Morecki (Red.), Podstawy robotyki: teoria i elementy manipulatorów i robotów: praca zbiorowa, Warszawa, WNT 1999. 3. W. Kaczmarek, J. Panasiuk, S. Borys, Środowiska programowania robotów, PWN, Warszawa 2017.
Jednostka realizująca	Katedra Matematyki								Data opracowania programu
Program opracował(a)	dr hab. Agnieszka Malinowska								2021.04.20