II stopień - Automatyka cybernetyka i robotyka

Wykład i ćwiczenia z przedmiotu Nowoczesne metody teorii sterowania

Kurs do wykładu i seminarium z przedmiotu "Automation of Technological Process", II stopień studiów, sem. letni 2021

Kurs do przedmiotu "Fuzzy Control" na sem letni 2021, drugi stopień

Platforma umożliwiająca realizację egzaminów dyplomowych w postaci zdalnej dla Katedry Systemów Automatyki WETI PG

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z budową i działaniem systemów operacyjnych oraz programów układowych i rozruchowych dla systemów wbudowanych, możliwościami ich modyfikacji dla poprawy wydajności oraz rozszerzenia funkcjonalności o nowe usługi i sterowniki.

materiały wspierające wykład na studiach II stopnia na kierunku ACR pod tytułem komputerowe systemy automatyki

1. Computer system – controlled plant interfacing technique; simple interfacing and with both side acknowledgement; ideas, algorithms, acknowledge passing.

2. Methods of acknowledgement passing: software checking and passing, using interrupt techniques, using readiness checking (ready – wait lines). The best solution optimization criteria.

3. Examples of typical solutions using standard programmable input/output ports.

4. Different ways of interrupt handling in computer control systems, pooling, vectorized
systems, centralized interrupt controllers and daisy-chain controllers.

5. Single level and multi level interrupt systems, arbitration of priority, mask modes and special mask modes, typical solu-tions.

6. Examples of implementing of interrupt system in computer control; interrupt latency estimation, system reaction time, density of interrupts and control computer efficiency.

7. Multi-processor and multi-computer systems architecture, requirements of increase in computing power over single processor systems possibilities.

8. Multi-processor and multi-computer systems buses, local and global resources, global resources administration.

9. Multi-processor bus standards: STE, MULTIBUS, VME PCI, COMPACT PCI.

10. Common resources access arbitration, examples of hardware and software arbiters, centralized and daisychain solu-tions, arbitration algorithms.

11. Arbitration methods examples.

12. Main processor – coprocessor cooperation ideas.

13. Software techniques in common resources access control – semaphores, access blockades.

14. Multi-computer systems, data exchange rules, hardware and software solutions, multi-computer systems architecture.

15. Interfacing techniques using DMA, hardware and software aspects of using DMA, interrupt driven contrary DMA data transfer.

16. Bus as a communication system between multi-users, communication protocols, hierarchy of communication proto-cols.

17. Hierarchy of communication protocols standards, 4 and 7 layer ISO models.

18. Communication protocol layers, bottom 4 layers specifications, protocol specification examples RS232, RS485, I2C and others.

19. Advantages and disadvantages of communication protocol standardization; decision criteria standard or dedicated solutions.

20. Hardware methods of communication interfaces reliability improvement; types and
characteristics of different data transmission media; signal processing methods used for signal matching to media characteristics; different kinds of line transmitters and receivers.

21. Software methods of communication interfaces reliability improvement; Error detection codes and error correction codes.

22. Examples of bit-parallel and bit-serial protocols.

23. Communication protocol organization: bit-oriented, character counting protocols, character-controlled protocols; ex-amples of standards.

24. Micro-controllers in control systems.

25. INTEL MCS-51 micro-controller family; basic model, resources and programming
language.

26. Architecture and resources of some advanced MCS-51 family members offered by PHILIPS, DALLAS, MAXIM, Analog Devices and ATMEL.

27. Build-in micro-controller interfaces, real-time ports; hardware support for context-switching methods.

28. User interface hardware and software techniques; contacts interfacing – keyboards; pointing and control input devices – mouse, touch pads, joysticks and others.

29. Process status displaying techniques, numeric and alpha-numeric displays interfacing; CRT and LCD monitors inter-facing, software problems in graphic displaying, graphic processors and accelerators.

30. Special memories used in control systems: FIFO and LIFO buffers, cyclic buffers, dual gated RAM memories.

31. Nonvolatile memories: battery supported RAM memories, FLASH memories with parallel and serial access, EEPROMS, software consequences of using nonvolatile memories.

32. Service less systems, service less system reliability increasing techniques; methods used for decreasing of power consumption in autonomous systems.

33. Analog inputs and outputs to computer interfacing; A/D and D/A converters; methods of conversion, its base parame-ters and application criteria; sample and hold circuits, extrapolators, PWM outputs, U/F converters.

34. PC type computer in control systems, industrial standards in PC compatible computers, modular computers.

35. Floppy and hard disk memories, organization and software interfacing; disk memories as an example of techniques of controlling of electromechanical device,
methods used for reliability increasing; electromechanical clearance compensa-tion.

36. Multitask real-time operating systems for control systems; system organization; static and dynamic process description; process creating, killing and switching techniques; different ways of interrupt servicing.

37. Examples of standard systems used in computer aided control systems: DOS, WINDOWS, LINUX, QNX; advantages and disadvantages of systems.

38. Basics of dedicated systems software development.

39. Typical data structures used in control systems; data structure developing criteria; data structure optimization techniques.

40. Multi-threat software development; process concurrency; access to common resources rules; collision in access detec-tion and avoiding its methods; blockade and deadlock.

41. Correctness in concurrent process execution; examples of process scheduler algorithms; examples of scheduler testing methods.

42. Build-in microprocessor hardware support of multitask computations and tasks private resources protection mechanism.

43. Computer controlled systems – examples.

44. Control software for microcomputers – examples and some interesting details.

materiały wspierające wykład na studiach II stopnia na kierunku ACR pod tytułem komputerowe systemy automatyki

1. Sprzęganie magistrali systemu komputerowego z obiektem sterowania. Sprzężenie proste i z wzajemnym potwierdzeniem, idea, algorytmy, przekazywania potwierdzenia

2. Warianty realizacji przekazywania potwierdzenia: programowy, z wykorzystaniem systemu przerwań oraz wejścia wymuszającego wyczekiwanie. Kryteria doboru optymalnego rozwiązania

3. Przykłady realizacji sprzężenia z wykorzystaniem typowych portów wejścia-wyjścia

4. Warianty realizacji systemów przerwań w komputerowych systemach sterujących: przeglądanie, systemy wektoryzowane, kontrolery rozproszone i łańcuchowe

5. Systemy przerwań jednopoziomowe i wielopoziomowe, algorytmy arbitrażu przerwań, problemy maskowania, maskowanie specjalne, typowe rozwiązania

6. Przykłady wykorzystania systemu przerwań w układach sterowania, ocena czasu reakcji, opóźnień, czasu realizacji i intensywności przerwań na efektywność komputera sterującego

7. Systemy wieloprocesorowe i wielokomputerowe. Architektura,
warunki zwiększenia efektywności w stosunku do systemu jednoprocesorowego

8. Magistrale systemów wieloprocesorowych. Podział zasobów na lokalne i wspólne, konsekwencje istnienia zasobów wspólnych.

9. Typowe rozwiązana magistral wieloprocesorowych systemów sterowania: STE, MULTIBUS, VME, PCI, COMPACT PCI

10. Arbitraż dostępu do zasobów wspólnych, przykłady rozwiązań sprzętowych skupionych i łańcuchowych, algorytmy arbitrażu

11. Przykłady rozwiązań arbitrażu

12. Idea współpracy procesor główny - koprocesor

13. Wpływ istnienia zasobów wspólnych na oprogramowanie systemów sterowania,
semafory, blokady dostępu

14. Systemy wielokomputerowe, zasady wymiany informacji, stosowane
rozwiązania sprzętowe, architektura systemów wielokomputerowych

15. Sprzężenie systemu komputera sterującego z obiektem z wykorzystaniem DMA, rozwiązania sprzętowe, programowe aspekty wykorzystania idei DMA, przerwania a transmisja DMA

16. Magistrala jako system komunikacji między wieloma użytkownikami, protokół komunikacyjny, hierarchia warstwowa protokółów komunikacyjnych.

17. Model odniesienia protokółów komunikacyjnych ISO 4 i 7 warstwowy

18. Warstwy protokółu komunikacyjnego, zakres precyzowanych ustaleń, odniesienie do przykładów typowych magistral RS232, I2C i innych.

19. Sens i korzyści wynikające ze standaryzacji protokółów, kryteria wyboru standard czy
rozwiązanie dedykowane

20. Sprzętowe metody zwiększania niezawodności łączy komunikacyjnych,
rodzaje i kryteria doboru medium transmisji danych, operacje wykonywane na sygnale związane z dostosowaniem do medium transmisyjnego, stosowany sprzęt – nadajniki i odbiorniki linii

21. Programowe metody zwiększania niezawodności protokółów komunikacyjnych, metody detekcji i korekcji błędów

22. Przykłady rozwiązań protokółów bitowo-równoległych i bitowo-szeregowych

23. Organizacja protokółów zorientowanych bitowo, liczących znaki i sterowanych znakowo, przy-kłady standardowych rozwiązań

24. Wykorzystanie mikrokontrolerów w układach sterowania

25. Rodzina mikrokontrolerów INTEL MCS-51. Model podstawowy, zasoby i język programowania

26. Architektura i zasoby rozbudowanych wersji mikrokontrolerów rodziny MCS-51 oferowane przez firmy PHILIPS, DALLAS i ATMEL

27. Realizacje sprzężenia mikrokontrolera z obiektem sterowania, konstrukcje bramy czasu rzeczywistego, sprzętowe wspomaganie zmiany kontekstu

28. Systemy sprzęgu wspomagające współpracę z operatorem, konsola operatorska, współpraca systemu komputerowego z elementami zestykowymi (klawiatury), z elementami wskazującymi (myszki, manipulatory)

29. Zobrazowanie stanu procesu, współpraca z układami wyświetlaczy cyfrowych i alfanumerycznych, zasada działania monitorów CRT i LCD, programowa współpraca z monitorami, akceleratory graficzne

30. Rodzaje pamięci stosowanych w komputerowych systemach sterowania: pamięci buforowe FIFO, bufor cykliczny, pamięci dwubramowe

31. Pamięci nieulotne rodzaje podtrzymywane bateryjnie, pamięci typu FLASH, programowe konsekwencje stosowania pamięci nieulotnych

32. Systemy bezobsługowe, techniki zwiększania niezawodności systemów bezobsługowych, techniki zapewniające energooszczędność systemów autonomicznych

33. Techniki sprzęgania systemów komputerowych z układami o działaniu ciągłym. Przetworniki A/C i C/A, kryteria doboru rodzaju przetwornika do rozwiązywanych problemów, układy próbkująco-pamiętające i ekstrapolatory, układy z wyjściem PWM, przetworniki napięcie-częstotliwość

34. Komputery klasy PC w układach sterowania, przemysłowe standardy komputerów PC, rozwiązania modułowe

35. Pamięć dyskowa, organizacja i jej programowa obsługa jako przykład sterowania układu elektromechanicznego oraz programowe mechanizmy kompensacji  iedoskonałości tego układu

36. Budowa wielozadaniowego systemu operacyjnego czasu rzeczywistego, statyczny i dynamiczny opis zadania, mechanizmy tworzenia, usuwania i przełączania zadań, system przerwań a system przełączania zadań

37. Przykłady typowych systemów operacyjnych stosowanych w komputerowych systemach sterowania: DOS, WINDOWS, LINUX, QNX – ich wady i zalety

38. Podstawy tworzenia oprogramowania dla systemów dedykowanych

39. Struktury danych wykorzystywane w systemach sterowania komputerowego, kryteria i sposobu optymalizacji struktur danych

40. Problemy tworzenia oprogramowania wielowątkowego, współbieżność procesów, reguły dostępu do zasobów wspólnych, systemy blokad i zarządzanie nimi,  rozwiązywanie problemów typu blokada lub impas

41. Problem poprawności wykonania współbieżnego zadań, kryteria szeregowalności zadań, przykładowe algorytmy sprawdzania szeregowalności zadań

42. Mechanizmy sprzętowe mikroprocesorów wspierające wielozadaniowość i ochronę dostępu do zasobów prywatnych zadań

43. Przykłady rozwiązań sprzętowych komputerowych systemów sterowania

44. Przykłady istotnych fragmentów rozwiązań programowych komputerowych systemów sterowania