Управление мехатронными и робототехническими системами

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.

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.

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.
5. Поляков К.Ю. Основы теории автоматического управления: учеб. пособие. - СПб.: Из-во СПБМТГУ, 2016. - 234 с. [Электронный ресурс]
6. The open online robotics education resource

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/

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.

• 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)

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)