Systemy wbudowane

Forma zajęć

Wykład (30 godz.) + laboratorium (30 godz.)

Opis

Intensywny rozwój metod i narzędzi informatycznych powoduje poszukiwanie nowych środowisk aplikacyjnych. Równolegle z rozwojem informatyki powstają nowe zastosowania związane ze sterowaniem i regulacją z wykorzystaniem komputerów jako urządzeń sterujących. Początkowe próby zastąpienia klasycznych regulatorów komputerem pokazały pewną nadmiarowość funkcjonalną komputerów systemów sterujących. Poszukiwania prostszych, a co za tym idzie tańszych rozwiązań zaowocowały mikroprocesorowymi konstrukcjami regulatorów o dużej swobodzie wyboru algorytmów sterowania zwanych swobodnie programowalnymi sterownikami logicznymi (Programmable Logic Controllers – PLC). Rozwój takich rozwiązań był niezwykle szybki i ciągle znajdują one szerokie zastosowania. Drugi nurt wiąże się z konstrukcją specjalizowanych mikroprocesorów dedykowanych do funkcji sterowania. Układy te określa się zwykle mianem mikrokontrolerów (Microcontrollers) i wyposażone są one w niezbędne sprzętowe elementy umieszczone w jednym układzie wysokiej skali integracji (w jednym chipie). Kolejny etap rozwoju wiąże się z tendencją do ścisłego wiązania układu sterującego z obiektem (procesem) sterowanym i taką konstrukcją, która jest dedykowana do danego obiektu zarówno pod względem sprzętowym jak i programowym. Realne możliwości realizacji takich rozwiązań pojawiły się z chwilą wydatnego obniżenia kosztów produkcji mikroprocesorów i szerokich możliwości różnorodnych sprzętowo rozwiązań bez zwiększania kosztów produkcji (układy typu ASIC). Ten nurt rozwiązań nazwano wbudowanymi systemami sterowania (Embedded Systems). Systemy wbudowany spotykane są obecnie we wszystkich dziedzinach począwszy od skomplikowanych urządzeń badawczych, aparaturze pomiarowej aż do popularnego sprzętu gospodarstwa domowego.

Sylabus

Autor sylabusa

• dr hab. inż. Andrzej Urbaniak, prof. nadzw. Politechniki Poznańskiej
• e-mail: Andrzej.Urbaniak@cs.put.poznan.pl

Autorzy kursu

• Kurs został przygotowany przez zespół pracowników Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej pod kierunkiem dr hab. inż. Andrzeja Urbaniaka, prof. nadzw. PP, w składzie: dr inż. Zygmunt Kubiak, dr inż. Mikołaj Sobczak, dr inż. Przemysław Zakrzewski oraz mgr inż. Mariusz Nowak

Wymagania wstępne

• Podstawowe wiadomości z zakresu: elektroniki i miernictwa, podstaw sterowania, architektury komputerów, przetwarzania sygnałów, systemów operacyjnych oraz inżynierii oprogramowania.

Zawartość

• Wykłady:

• Pierwszą część kursu stanowią dwa moduły (6 godz. - moduły 1, 2) poświęcone problematyce sterowania i regulacji. Przedstawiono genezę systemów wbudowanych jako przedmiotu opartego na dwóch równoległych nurtach: informatyce i automatyce. Uwzględniając przyjęty program studiów (w którym pominięto problematykę sterowania i regulacji), w tej części kursu zostaną omówione następujące zagadnienia: podstawowe pojęcia związane ze sterowaniem i regulacją, identyfikacja charakterystyk dynamicznych obiektów, problematyka opisu dynamiki obiektów (w dziedzinie zmiennej czasu, operatorowej i częstotliwościowej), transmitancja operatorowa, charakterystyki czasowe i częstotliwościowe, klasyfikacja układów sterowania, stabilność i jakość układów sterowania, podstawowe charakterystyki dynamiczne obiektów, charakterystyki regulatorów i ich dobór, zasady regulacji dyskretnej, dyskretne algorytmy sterowania w wersji pozycyjnej i prędkościowej.
• Kolejne trzy moduły kursu (7 godz. – moduły 3, 4, 5) są poświęcone omówieniu komputerowych systemów sterowania (KSS). W ramach tej części kursu zostaną omówione następujące zagadnienia: sprzętowa i funkcjonalna struktura komputerowych systemów sterujących, klasyfikacja i charakterystyka podstawowych struktur, wymagania sprzętowe KSS w zakresie przerwań, pamięci i kanału wejść/wyjść; moduł 4 i 5 obejmuje omówienie klasycznej struktury kanału automatyki jako urządzenia pośredniczącego między obiektem a komputerem sterującym zawiera następujące zagadnienia: układy wyjść analogowych i cyfrowych oraz układy wejść analogowych i cyfrowych i ich elementy.

Literatura

• Marwedel P., Embedded System Design, Kluwer Academic Publishers, Boston, 2003. ISBN 1-4020-7690-8
• Mikulczycki T., Samsonowicz J., Automatyzacja dyskretnych procesów produkcyjnych: układy modelowania procesów dyskretnych i programowania PLC, WNT Warszawa 1997
• Niederliński A., Systemy komputerowe automatyki przemysłowej, WNT Warszawa (I wyd. 1985), II, III...
• Orłowski H., Komputerowe układy automatyki, WNT Warszawa 1987
• Olsson G., Piani G., Computer systems in automation, Prentice-Hall, Londyn – New York 1992
• Dorf R.C., Bishop R.H. Modern control systems, Addison Wesley, 1995
• A. Urbaniak, Podstawy automatyki, Wyd. PP, Poznań 2004 (wyd.II)