Управление мехатронными и робототехническими системами

• О курсе
• Формат
• Информационные ресурсы
• Требования
• Программа курса
• Результаты обучения
• Формируемые компетенции
• Направления подготовки

О курсе

Курс посвящен моделированию робототехнических систем и созданию алгоритмов управления. Целью данного курса является применение теоретических знаний из области физики и математики для решения практической задачи управления на примере маятниковой системы. Курс основан на использовании широко распространенного робототехнического набора и открытых программных средств. Прикладное использование математики позволяет решать сложные задачи. В результате прохождения курса обучающийся получит комплекс знаний по реализации и настройке системы управления на основе математической модели мехатронной системы.

Формат

В состав курса входят видео-лекции и упражнения. Длительность курса составляет 10 недель. Трудоемкость курса – 3 зачетных единицы. Средняя недельная нагрузка на обучающегося – 10 часов.

Информационные ресурсы

1. Мирошник И. В. Теория автоматического управления. Линейные системы. – СПб.: Питер, 2005. – Т. 3.
2. Дударенко Н. А., Слита О. В., Ушаков А. В. Математические основы современной теории управления: аппарат метода пространства состояний: учебное пособие. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2008.
3. Андриевский А. Б., Андриевский Б. Р., Капитонов А. А., Фрадков А. Л. Решение инженерных задач в Scilab: учебное пособие. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2013.
4. Kapitonov A. A. et al. Course of Lab Activities on Control Theory Based on the Lego NXT // World Congress. – 2014. – Т. 19. – №. 1. – С. 9063-9068.

Требования

Минимальный уровень подготовки включает в себя программу по высшей математике, физике и информатике. Для успешного освоения курса желательно знать основы теоретической механики, математического анализа, электротехники, теории автоматического управления.

На компьютере должно быть установлено следующее бесплатное программное обеспечение:

• Свободно-распространяемый пакет прикладных математических программ Scilab:http://www.scilab.org/
• Драйвер NXT Brick: Скачать
• Среда BricXcc: Скачать
• Динамическая геометрическая среда GeoGebra: http://www.geogebra.org/cms/ru/download/
• Система компьютерной алгебры Maxima: http://maxima.sourceforge.net/ru/

Программа курса

В курсе рассматриваются следующие темы:

1. Математические основы теории систем
2. Открытый пакет для математических вычислений Scilab
3. Программирование контроллера Lego Mindstorms
4. Математическая модель двигателя постоянного тока
5. Расширенная модель двигателя постоянного тока
6. Пропорциональное регулирование
7. Система компьютерной алгебры Maxima
8. Маятниковые системы и их моделирование
9. Метод модального управления

Каждая тема предполагает изучение в течение одной недели. На 10-й неделе запланирован итоговый интернет-экзамен.

В курсе имеется два типа дедлайна (предельного срока выполнения оценивающих мероприятий):
– мягкий дедлайн, при котором необходимо выполнить все оценивающие мероприятия текущей недели до ее завершения;
– жесткий дедлайн, при котором на выполнение оценивающих мероприятий после мягкого дедлайна дополнительно выделяется еще две недели, по окончании которых доступ к соответствующим мероприятиям закрывается.

Результаты обучения

• умения и навыки проведения обследования объекта для его математического описания, системного анализа робототехнических объектов (РО-1)
• умения и навыки проведения моделирования процессов и систем в области робототехники (РО-2)
• умения и навыки использования основных законов физики в профессиональной деятельности, применения методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования в области робототехники (РО-3)

Формируемые компетенции

15.03.06 Мехатроника и робототехника

• Способность проводить вычислительные эксперименты с использованием стандартных программных пакетов с целью исследования математических моделей мехатронных и робототехнических систем (ПК-6)
• Способность проводить эксперименты на действующих макетах, образцах мехатронных и робототехнических систем по заданным методикам и обрабатывать результаты с применением современных информационных технологий и технических средств (ПК-5)
• Способность составлять математические модели мехатронных и робототехнических систем, их подсистем и отдельных элементов и модулей, включая информационные, электромеханические (ПК-1)

27.03.04 Управление в технических системах

• Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10)
• Способность представить адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики (ПК-1)
• Способность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2)

Сертификат

Сертификат будет выдан слушателям, выполнившим следующие условия:

1. Достижение в срок до 23 октября 2016 года включительно не менее 60% от максимального количества баллов по следующим задачам:
   • Неделя 1 - "Упражнение 1. Решение ОДУ";
   • Неделя 2 - "Scilab-упражнение 1. Идентификация";
   • Неделя 3 - "Упражнение 2";
   • Неделя 4 - "Scilab-упражнение 2. Разомкнутая система".
2. Оплата в срок до 28 октября 2016 года включительно. К оплате допускаются только слушатели, выполнившие пункт 1.
3. Достижение до жесткого дедлайна не менее 60% от максимального количества баллов по следующим задачам (в скобках указано максимальное время, выделенное на решение каждой задачи):
   • Неделя 5 - "Scilab-упражнение 3. Широтно-импульсная модуляция" (15 минут);
   • Неделя 10 - "Интернет-экзамен" (60 минут).
   Во время решения указанных задач должны быть выполнены условия проведения промежуточной и итоговой аттестации с идентификацией личности, которые описаны здесь. Невыполнение этих условий влечет за собой потерю возможности получения сертификата.
4. Достижение в срок до 4 декабря 2016 года включительно не менее 60% от максимального количества баллов по курсу.