Moduł 17 · praktyka

Zadania laboratoryjne

Interaktywne wyzwania studenckie z auto-gradingiem (PID, SMC, LQR, MPC, identyfikacja).

Zadania laboratoryjne z auto-gradingiem

Interaktywne wyzwania dla studentów. Każde zadanie ma:

Konkretny plant + scenariusz
Cel optymalizacji (np. minimum IAE)
Ograniczenia bezpieczeństwa (np. M_p < 10%)
Automatyczny scoring (0–100) z wskaźnikiem zaliczenia
Wizualizacja trajektorii w czasie rzeczywistym

Cel pedagogiczny: studenci tunują regulatory do skutku, otrzymują natychmiastową informację zwrotną i konkurują z optymalnym rozwiązaniem referencyjnym. Lepsze niż papierowe zadania domowe, bo widać konsekwencje decyzji.

Zadanie laboratoryjne #1

Dostroić PID dla mass-spring-damper

Plant: $m = 1, c = 2, k = 4$ z modułu 1. Cel: skok $r = 1$ w $t = 0$ . Dobierz Kp, Ki, Kd tak by minimalizować IAE jednocześnie spełniając:

Przeregulowanie $M_p < 10\%$
Czas ustalania (±2%) $t_s < 2$ s
Próg zaliczeniowy: $\mathrm{IAE} < 0.3$

Twoje parametry PID

K_p1.0

K_i0.00

K_d0.00

ocena

IAE0.8093 ✗M_p20.8% ✗t_s3.73s ✗peak |u|5.00 N

✗ JESZCZE NIE

Wskazówki: zacznij od Kp = 8, Ki = 4, Kd = 2 (to nominalny tuning z modułu 2). Dostrajaj iteracyjnie. Jeśli M_p za duże → zwiększ Kd lub zmniejsz Kp. Jeśli t_s za duży → zwiększ Kp lub Ki. Jeśli IAE wysokie ale ograniczenia spełnione → poszukaj ostrzejszego Kp z większym Kd jako kompensata.

Następne zadania w planach

Lab #2 — dostrojenie SMC dla cart-pole (λ, η, K_smc) z penalty na chattering
Lab #3 — projekt LQR z wyborem Q, R dla osiągnięcia zadanej szybkości i przeregulowania
Lab #4 — strojenie filtra Kalmana (Q, R) dla planta z szumem o znanym σ
Lab #5 — projekt MPC z constraints: horyzont, wagi, u_max
Lab #6 — projekt pętli Bode dla planta o zadanej transmitancji: PM ≥ 45°, ω_c ≥ 5 rad/s
Lab #7 — identyfikacja MSD z zaszumionej odpowiedzi skokowej; sprawdzenie błędu estymacji parametrów

Każde zadanie z presetami trzech poziomów trudności: łatwy (luźne ograniczenia), standardowy (zaliczenie), trudny (ranking optymalny). Auto-grading przez funkcję scoringową specyficzną dla zadania.