Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Nazwa modułu:
Rok akademicki:
Wydział:
Kierunek:
Dynamika systemów elektromechanicznych
2016/2017
Kod: EEL-2-101-AP-s
Punkty ECTS:
5
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Elektrotechnika
Poziom studiów:
Specjalność:
Automatyka przemysłowa i automatyka budynków
Studia II stopnia
Język wykładowy: Polski
Forma i tryb studiów:
Profil kształcenia:
Stacjonarne
Ogólnoakademicki (A)
Semestr: 1
Strona www: http://www.keiaspe.agh.edu.pl/index.php/pl/com-finder/dydaktyka/stronaprzedmiotu?subject=5013
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. inż, prof. AGH Jażdżyński Wiesław ([email protected])
Osoby prowadzące: dr hab. inż, prof. AGH Jażdżyński Wiesław ([email protected])
dr inż. Kozik Jarosław ([email protected])
dr inż. Milej Waldemar ([email protected])
Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM
Student, który zaliczył moduł zajęć
wie/umie/potrafi
Powiązania z EKK
Sposób weryfikacji efektów
kształcenia (forma zaliczeń)
M_W001
Zna i rozumie zasady
elektromechanicznego przetwarzania
energii, umie sformułować równania
stanu systemu elektromechanicznego,
zna metody analityczne i numeryczne
rozwiązania tych równań.
EL2A_W01, EL2A_W02,
EL2A_W06
Egzamin, Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych
M_W002
Zna podstawowe własności układów
mechanicznych oraz rozumie ich rolę i
znaczenie w dynamice systemów
elektromechanicznych.
EL2A_W02, EL2A_W03
Egzamin, Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych
M_W003
Zna modele podstawowych napędów
elektrycznych z maszynami prądu
stałego, prądu przemiennego i z
magnesami trwałymi oraz metody ich
identyfikacji.
EL2A_W01, EL2A_W02,
EL2A_W06, EL2A_W11
Egzamin, Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych
Wiedza
Umiejętności
1/7
Karta modułu - Dynamika systemów elektromechanicznych
M_U001
Potrafi wykorzystać modele dynamiczne
napędów elektrycznych z maszynami
prądu stałego, prądu przemiennego i z
magnesami trwałymi do symulacji
stanów dynamicznych, ocenić ich wpływ
na sieć energetyczną oraz przeprowadzić
analizę otrzymanych wyników.
EL2A_U06, EL2A_U11
Egzamin, Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych
M_U002
Potrafi przeprowadzić identyfikację
modeli napędów w oparciu o
dokumentację techniczną oraz wyniki
pomiarowe stanów ustalonych i
przejściowych, z wykorzystaniem metod
optymalizacji.
EL2A_U06, EL2A_U07,
EL2A_U11
Egzamin, Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych
M_U003
Potrafi ocenić stan zagrożeń
wynikających z dynamiki procesów w
napędach, przedstawić wyniki analizy w
formie wniosków oraz zaproponować
środki zaradcze.
EL2A_U03, EL2A_U14
Egzamin, Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych
EL2A_K01
Egzamin, Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
laboratoryjnych
Kompetencje społeczne
M_K001
Ma świadomość potrzeby traktowania
napędu elektrycznego jako jednego
systemu elektromechanicznego.
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Konwersatori
um
Zajęcia
seminaryjne
Zajęcia
praktyczne
Zajęcia
terenowe
Zajęcia
warsztatowe
Zna i rozumie zasady
elektromechanicznego
przetwarzania energii, umie
sformułować równania stanu
systemu
elektromechanicznego, zna
metody analityczne i
numeryczne rozwiązania tych
równań.
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
M_W002
Zna podstawowe własności
układów mechanicznych oraz
rozumie ich rolę i znaczenie w
dynamice systemów
elektromechanicznych.
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
M_W003
Zna modele podstawowych
napędów elektrycznych z
maszynami prądu stałego,
prądu przemiennego i z
magnesami trwałymi oraz
metody ich identyfikacji.
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
E-learning
Ćwiczenia
projektowe
M_W001
Inne
Ćwiczenia
laboratoryjne
Forma zajęć
Ćwiczenia
audytoryjne
Student, który zaliczył moduł
zajęć wie/umie/potrafi
Wykład
Kod EKM
Wiedza
Umiejętności
2/7
Karta modułu - Dynamika systemów elektromechanicznych
M_U001
Potrafi wykorzystać modele
dynamiczne napędów
elektrycznych z maszynami
prądu stałego, prądu
przemiennego i z magnesami
trwałymi do symulacji stanów
dynamicznych, ocenić ich
wpływ na sieć energetyczną
oraz przeprowadzić analizę
otrzymanych wyników.
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
M_U002
Potrafi przeprowadzić
identyfikację modeli napędów
w oparciu o dokumentację
techniczną oraz wyniki
pomiarowe stanów ustalonych
i przejściowych, z
wykorzystaniem metod
optymalizacji.
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
M_U003
Potrafi ocenić stan zagrożeń
wynikających z dynamiki
procesów w napędach,
przedstawić wyniki analizy w
formie wniosków oraz
zaproponować środki
zaradcze.
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
Kompetencje społeczne
M_K001
Ma świadomość potrzeby
traktowania napędu
elektrycznego jako jednego
systemu
elektromechanicznego.
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład
Pojęcia podstawowe (5 godz.)
Modele obwodowe, polowe i polowo-obwodowe systemów elektromechanicznych i ich
elementów – zasady tworzenia, zastosowanie, przykłady modeli FEM. Prawa dynamiki.
Parametry obwodowego modelu układu mechanicznego i elektrycznego. Opis systemu
elektromechanicznego. Zasada i równania d’Alamberta. Równania Eulera-Lagrange’a.
Koncepcja analogii elektromechanicznych. Przykłady.
Układy mechaniczne (6 godz.)
Obciążenia udarowe i oscylacyjne w układach mechanicznych. Stopnie swobody.
Elementy teorii drgań. Drgania swobodne i wymuszone. Zjawisko rezonansu. Układy
nieliniowe i ich własności. Tłumienie drgań. Częstości drgań własnych. Metody
wyznaczania częstości i postaci drgań głównych układu mechanicznego. Redukcja
układu złożonego do układu o jednym lub dwóch stopniach swobody. Modyfikacja
widma częstości drgań własnych poprzez zmianę parametrów. Układy o ciągłym
rozłożeniu masy.
Analiza dynamiki systemów elektromechanicznych (5 godz.)
Równania stanu i ich rozwiązywanie. Stany nieustalone i ustalone. Linearyzacja
równań. Równania charakterystyczne. Stabilność sytemu. Procedura odsprzęgania
równań stanu, postacie własne rozwiązań systemu i ich znaczenie. Transmitancja
3/7
Karta modułu - Dynamika systemów elektromechanicznych
systemu. Modele podstawowych elementów układów regulacji automatycznej, ich
własności i wpływ na dynamikę systemu.
Wyznaczanie parametrów oraz identyfikacja modeli obwodowych systemów elektromechanicznych. (2
godz.)
Elementy optymalizacji. Uogólniona metoda najmniejszych kwadratów. Zastosowanie
metod regresji liniowej i nieliniowej oraz programowania nieliniowego. Identyfikacja w
oparciu o wyniki pomiarów statycznych i dynamicznych. Przykłady.
Dynamika napędu z maszyną prądu stałego. (3 godz.)
Model, równania ruchu napędu i metody ich rozwiązywania. Linearyzacja, stałe
czasowe. Identyfikacja systemu. Przykład modelu dynamicznego układu ze
sprzężeniem zwrotnym napięciowym i prędkościowym w środowisku Matlab-Simulink.
Dynamika napędu z maszyną prądu przemiennego (3 godz.)
Przykład napędu z silnikiem indukcyjnym. Model, równania systemu i metody ich
rozwiązywania. Identyfikacja systemu. Zmienność parametrów modelu. Omówienie
modelu do symulacji dynamiki przy zasilaniu z sieci i z falownika napięciowego w
środowisku Matlab-Simulink.
Dynamika napędu z maszyną posiadającą magnesy trwałe (3 godz.)
Znaczenie magnesów trwałych i ich reprezentacja w modelach maszyn elektrycznych.
Przykład napędu z wysokosprawnym silnikiem synchronicznym typu LSPMSM: model
dynamiczny i statyczny, równania stanu, metody rozwiązywania. Przykład analizy
dynamiki w środowisku Matlab-Simulink.
Oddziaływanie na sieć energetyczną (1 godz.)
Czynniki wpływające na wzajemne oddziaływanie napędów elektrycznych i sieci
energetycznej. Analiza oddziaływania na sieć na przykładzie napędu generatora
synchronicznego: model systemu, przykłady symulacji stanów awaryjnych.
Ćwiczenia laboratoryjne
Wprowadzenie, sprawy formalne. Symulacja w środowisku Matlab-Simulink. (2 godz)
Rozwiązywanie układów równań różniczkowych zwyczajnych w środowisku MatlabSimulink. Równania stanu liniowe i nieliniowe. Modelowanie nieliniowych
charakterystyk elementów systemu elektromechanicznego.
Układy mechaniczne rzędu 2-go i wyższych (4 godz)
Modele liniowe, źródła i rodzaje nieliniowości. Wyznaczanie wartości parametrów
liniowego modelu układu mechanicznego. Obciążenia udarowe, przemienne i tętniące.
Wyznaczanie częstości drgań własnych w układach liniowych, wpływ parametrów
modelu i ich nieliniowości. Zjawisko rezonansu w układach liniowych i nieliniowych, w
stanach ustalonych i dynamicznych.
Dynamika napędu z maszyną prądu stałego (środowisko Matlab-Simulink). (7 godz)
Równania stanu i model napędu maszyny prądu stałego z układem mechanicznym
2go rzędu w środowisku Matlab-Simulink. Pomiary do identyfikacji modelu
dynamicznego napędu z wykorzystaniem techniki cyfrowej w środowisku LabVIEW.
Opracowanie wyników pomiarowych. Wyznaczenie wartości parametrów modelu z
pomiarów. Modelowanie zasilania z sieci DC, mostka Greatza, impulsatora oraz ze
sterowanego prostownika tyrystorowego. Modelowanie układu regulacji sprzężenia
zwrotnego napięciowego, prędkościowego oraz prądowego. Weryfikacja pomiarowa
modelu dla stanu dynamicznego. Analiza stanów dynamicznych w czasie rozruchu i
zmiennego obciążenia.
Dynamika napędu z silnikiem indukcyjnym (środowisko Matlab-Simulink). (7 godz)
4/7
Karta modułu - Dynamika systemów elektromechanicznych
Równania stanu i model napędu silnika indukcyjnego z układem mechanicznym 2go
rzędu w środowisku Matlab-Simulink. Transformacje współrzędnych wykorzystywane w
symulacji pracy napędu sterowanego. Pomiary do identyfikacji modelu dynamicznego
napędu z wykorzystaniem techniki cyfrowej w środowisku LabVIEW. Opracowanie
wyników pomiarowych. Wyznaczenie parametrów modelu i ich zmienności wynikającej
z nieliniowości. Weryfikacja pomiarowa modelu dla stanu dynamicznego. Modelowanie
zasilania z sieci oraz z falownika napięciowego typu PWM. Symulacja stanów
dynamicznych w czasie rozruchu i zmiennego obciążenia oraz analiza wyników.
Dynamika napędu z silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi typu LSPMSM. (6 godz.)
Równania stanu i model napędu LSPMSM z układem mechanicznym 2go rzędu w
środowisku Matlab-Simulink. Pomiary do identyfikacji modelu dynamicznego.
Opracowanie wyników pomiarowych. Wyznaczenie parametrów modelu. Symulacja
dynamiki napędu i pomiarowa weryfikacja jej wyników.
Dyskusja uzyskanych wyników i zaliczenie. (2 godz)
Dyskusja wyników identyfikacji i symulacji dynamiki badanych napędów
elektrycznych. Zaliczanie sprawozdań z ćwiczeń laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej
Ocena z laboratorium jest średnią ocen ćwiczeń laboratoryjnych.
Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest pozytywna ocena z laboratorium.
Ocena z egzaminu jest zgodna z regulaminem studiów
Ocena końcowa jest pozytywna, gdy pozytywna jest ocena z egzaminu.
Ocena końcowa jest zgodna z obowiązującą skalą ocen jako najbliższa średniej ważonej ocen z
egzaminu (waga 2) i laboratorium (waga 1), z zaokrągleniem w kierunku oceny z egzaminu. Ocena
końcowa może uwzględniać aktywność studentów w zajęciach.
Wymagania wstępne i dodatkowe
Znajomość podstaw matematyki, fizyki, teorii obwodów, maszyn elektrycznych i oprogramowania
Matlab.
Zalecana literatura i pomoce naukowe
1.Meisel J.: „Zasady elektromechanicznego przetwarzania energii”, WNT, W-wa, 1966 (tłum. z ang.)
2.Cannon R.H.: „Dynamika układów fizycznych”, WNT, 1973, W-wa (tłum. z ang.)
3.Engel.J., Giergiel J. :Mechanika – Dynamika”. Wydawnictwa AGH, 1998
4.Osowski S., „Modelowanie układów dynamicznych z zastosowaniem języka Simulink”, Oficyna Wyd.
Pol. Warsz., Warszawa, 1999.
5.Matlab-Simulink Help (w tym opis i definicje modeli maszyn elektrycznych w SimPowerSystems
toolbox)
6.K. Mańczak. Metody identyfikacji wielowymiarowych obiektów sterowania”, wyd. 2 Warszawa : W.N.T.
1979 (1971)
7.
Jażdżyński W.: Propozycja analitycznej procedury prowadzącej do zmniejszenia obciążeń w
elementach walcarki. Wydział Elektrotechniki Górniczej i Hutniczej AGH, Zakład Maszyn Elektrycznych.
Praca doktorska, AGH, 1975 (maszynopis)
8.Jażdżyński W.: Projektowanie maszyn elektrycznych i identyfikacja ich modeli z wykorzystaniem
optymalizacji wielokryterialnej”, Wydawnictwa AGH, seria „Rozprawy i Monografie” nr.28, Kraków 1995.
9.Dahlquist G., Bjorck A. „Metody numeryczne”. PWN, Warszawa, 1983
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu
1. Jażdżyński, W.: Symulacja na EMC stanów dynamicznych w klatkowym silniku asynchronicznym z
niesymetrią zwojową. Zeszyty Naukowe AGH, nr 641, seria Elektryfikacja i Mechanizacja Górnictwa i
Hutnictwa, z.96, Kraków, 1978, s.21-44
2. Jażdżyński, W.: A Model for the Simulation od Dynamic States in the System of Slip-Ring Induction
5/7
Karta modułu - Dynamika systemów elektromechanicznych
Motor and Eddy-Current Starter. Proceedings of the AMSE International Conference on “Applied
Modelling and Simulation”, AMS’81, Lyon, 7-11 September 1981, s.261-262
3. Jażdżyński, W.:Determining the Parameters of a Synchronous Motor Model from Test with the Help of
Muilticriterial Optimisation. Proceedings of International Conference on the Evolution and Modern
Aspects of Synchronous Machines SM’100, Zurich, Switzerland, 1991, s.65-71
4. Jażdżyński, W.:Nonstationary Models of Induction Motors and their Identification with the Help of
Multicriterial Optimisation. Proceedings of the International Conference on Electrical Machines ICEM’96,
vol.III, Vigo, Spain, 1996, s.40-45
5. Jażdżyński, W.: Identyfikacja modeli maszyn indukcyjnych ze szczególnym uwzględnieniem silnika z
prętami biernymi. Materiały konferencyjne XXX Sympozjum Maszyn Elektrycznych SME’94, Kazimierz
Dolny, 13-17 czerwiec 1994, s.183-190
6. W.Jazdzynski: A Method of Searching for the Best Model of a Synchronous Machine, Allowing for
Unequal Mutual Inductances. Proceedings of the International Conference on Electrical Machines
ICEM’98, vol. I, Istanbul, Turkey, September 1998, 54-58
7. W.Jażdżyński: Asynchronous operation of a salient-pole synchronous machine – a discussion towards
model identification. Archives of Electrical Engineering, vol.XVIX, 2000, no.1, pp. 135-156
8. W.Jażdżyński : Konstrukcje energooszczędne jako sposób zwiększenia trwałości silników indukcyjnych
oraz ich efektywności ekeonomicznej. IX Seminarium Techniczne BOBRME „Komel”, 24-26 maj 2000,
Ustroń Jaszowiec, str. 45-48
9. W. Jażdżyński, W. Milej. Identyfikacja niestacjonarnego modelu silnika indukcyjnego z uwzględnieniem
zjawisk cieplnych. Materiały konferencyjne XXXVIII Międzynarodowego Sympozjum Maszyn
Elektrycznych SME’2002, Cedzyna-Kliece, 18-21.06.2002, str.483-492
10. W.Jażdżyński. Modelowanie maszyn elektrycznych. Materiały konferencyjne Międzynarodowej
Konferencji n.t. „Współczesne kierunki rozwoju Elektrotechniki, automatyki, informatyki, elektroniki i
telekomunikacji”. Kraków, 7-8 czerwca 2002, str. 167-168.
11. W. Jazdzynski: Identification of a Model of Induction Motor with Function Parameters. Proceedings of
the International Conference on Electrical Machines and Systems ICEMS 2003, vol. 2, Beijing, China, 811 November 2003, p.472
12. W. Jażdżyński, J.Kudła: A Problem of Torque Accuracy in Models of a Squirrel-Cage Induction Machine.
Proceedings of the International Conference on Electrical Machines ICEM 2004, Cracow, Poland, 5-8
September 2004, paper 517, CD-ROM issue.
13. W. Jażdżyński, W. Milej: Determining an Improved Dynamic Model of a System: Induction Motor and
Direct-Current Machine. Proceedings of the International Conference on Electrical Machines ICEM 2004,
Cracow, Poland, 5-8 September 2004, paper 551, CD-ROM issue.
14. W. Jażdżyński, W. Milej.: Wyznaczanie modelu dynamicznego maszyny prądu stałego. Materiały
konferencyjne XLI Międzynarodowego Sympozjum Maszyn Elektrycznych SME’2005, Opole-Jarnołtówek,
14-17.06.2005, t. II, str. 378-382).
15. Wieslaw Jazdzynski, Michal Majchrowicz, Maciej Boba, Michal Gorski: Dynamic Models of D.C. and
A.C. Machines with Increased Accuracy and their Analysis in LABView and Matlab-Simulink Environment,
Proceedings of the International Conference on Electrical Machines ICEM 2008, Vilamoura, Portugal,
September 6-9, 2008, paper 1392,CD ROM issue
16. W. Jażdżyński, M. Bajek: Wyznaczanie i analiza granicznych własności optymalizowanego silnika
synchronicznego z magnesami trwałymi o rozruchu bezpośrednim (LSPMSM). Maszyny elektryczne.
Zeszyty Problemowe BOBRME KOMEL, nr 87, Katowice 2010, str.91-94.
17. W. Jażdżyński, M. Bajek: Modeling and Bi-Criterial Optimization of a Line Start Permanent Magnet
Synchronous Machine to Find an IE4 Class High-Efficiency Motor. Proceedings of the International
Conference on Electrical Machines ICEM 2010, Rome, Italy, September 6-8, 2010, paper RF-002232,
pp.1-6.
18. W. Jażdżyński, M. Bajek: Comparison of FEM and lumped parameter models in application to
optimization of a LSPMSM construction. Maszyny elektryczne. Zeszyty Problemowe BOBRME KOMEL, nr
92, Katowice 2011, str.39-44.
19. W. Jażdżyński: Modeling and optimization of an IE4-class high-efficiency induction motor prototype.
Maszyny elektryczne. Zeszyty Problemowe BOBRME KOMEL, nr 93, Katowice 2011, str.37-42.
20. W.Jażdżyński, M.Bajek. A comparison of operation properties of a high-efficiency squirrel-cage
induction motor and LSPMSM. Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych
Politechniki Wrocławskiej, Seria: Studia i Materiały nr.32, tom 1, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Wrocławskiej, Wrocław, 2012, str. 238-243.
21. W. Jażdżyński: LSPMSM dynamic model and assess its suitability for design optimizations based on a
calculation and experiment. Maszyny elektryczne. Zeszyty Problemowe BOBRME KOMEL, nr 100/4,
Katowice 2013, str.111-114.
Informacje dodatkowe
6/7
Karta modułu - Dynamika systemów elektromechanicznych
Brak
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta
Obciążenie
studenta
Udział w wykładach
28 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych
28 godz
Przygotowanie do zajęć
10 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp.
20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć
60 godz
Sumaryczne obciążenie pracą studenta
146 godz
Punkty ECTS za moduł
5 ECTS
7/7