Course syllabus

Jump to today

Kurs-PM

SSY051 Reglerteknik lp1 HT23 (7,5 hp)

Kursen ges av institutionen för elektroteknik, avdelningen för system- och reglerteknik.

 

Kontaktuppgifter

Examinator och föreläsare

Bengt Lennartson, tel: 031-772 3722, bengt.lennartson@chalmers.se

Kursansvarig assistent

Carl-Johan Heiker, tel. 031-772 1703, heikerc@chalmers.se

Övningsledare och ansvariga för räknestugorna

Carl-Johan Heiker, heikerc@chalmers.se
Benedick Strugnell-Lees, benedick@chalmers.se 

Tentamensexpedition

Rum EDIT 3342, studadm.e2@chalmers.se

 

Kursens syfte och mål

Kursen syftar till att hjälpa studenter att förstå hur reglerteknik kan användas för att analysera, dimensionera och realisera styrfunktioner för tekniska system. Vidare syftar kursen till att vidga studentens perspektiv på tekniska system, genom att fördjupa förståelsen för hur mekanik, elektronik, datorteknik och reglerteknik samverkar. Dessa insikter ger ett systemperspektiv som kan utnyttjas till att förbättra och utveckla nya produkter och system som erbjuder ny funktionalitet, förbättrad prestanda och som är vänligare mot miljön.

Efter kursens genomförande ska du bland annat

  • förstå skillnaden mellan öppet och återkopplat system, och hur det öppna systemets utseende påverkar det återkopplade systemets dynamiska och statiska egenskaper.
  • kunna ta fram dynamiska modeller för tekniska system. Huvudvikt läggs på elektriska system men även enklare mekaniska, termiska och fluida system ska du klara av.
  • behärska tillståndsmetodik för att modellera och analysera komplexa dynamiska system.
  • förstå och analysera olika egenskaper för dynamiska system, såsom stabilitet, robusthet, statisk noggrannhet och snabbhet.
  • inse återkopplingens möjligheter och begränsningar, samt behärska grundläggande principer för dimensionering och analys av reglersystem, med betoning på design i frekvensplanet.
  • kunna dimensionera och använda typiska reglerkomponenter, såsom PID-regulatorer.

 

Kurslitteratur

Kursbok: Reglerteknikens grunder, B. Lennartson. Studentlitteratur, 2002. Säljs på Cremona.

Kurspaket: Övningsuppgifter inklusive lösningar samt inlämningsuppgifter, formelblad och gamla tentamina med lösningar levereras via Canvas.

Kompletterande litteratur:
T. Glad, L. Ljung. Reglerteknik : grundläggande teori. Studentlitteratur, 2006.
R.C. Dorf, R.H. Bishop. Modern Control Systems. Prentice Hall, 2010.

 

Föreläsningsprogram

Nr, avsnitt

Datum, sal

Föreläsning

F1, 2
Kap. 1, 2

Tisd 29 aug
9-12, Zoom

Introduktion. Signaler och system, dynamiska kontra statiska system, öppet och återkopplat system. Återkopplingens möjligheter. Matematisk beskrivning av dynamiska system. Överföringsfunktioner, viktfunktionen, poler och nollställen. Blockschema för återkopplade system. Kretsöverföring. Polplacering med PI-regulator.

 

Fred 1 sept
8-10

Ingen föreläsning

F3
Kap. 3

Tisd 5 sept
9-12, HC4

Tillståndsmodeller. Linjära och olinjära tillståndsmodeller. Samband mellan överföringsfunktioner och tillståndsmodeller, poler, stabilitet. Olinjära tillståndsmodeller, arbetspunkt, linjärisering. 

F4
Kap. 3, 4

Fred 8 sept
8-10, HB3

Tillståndsmodeller.  Lösning av linjära tillståndsekvationerna, övergångsmatris, stegsvar. Dynamiska modeller för tekniska system. Modellering av roterande kopplade mekaniska system samt elektro-mekaniska system.

F5
Kap. 4, 5

Tisd 12 sept
9-12, HC4

Dynamiska modeller för tekniska system. Modellering av termiska och fluida system. Tids- och frekvensanalys. Specifikation i tidsplanet, extra poler och nollställen. Bodediagram. Icke-minimumfassystem, Padéapproximation för dödtid.

F6
Kap. 6

Fred 15 sept
8-10, HB3

Stabilitet och stabilitetsmarginaler. Routh-Hurwitz kriterium. Nyquist's förenklade stabilitetskriterium. Stabilitetsmarginaler i Nyquist- och Bodediagram

F7
Kap. 6, 7

 

Tisd 19 sept
9-12, HC4

Stabilitet och stabilitetsmarginaler. Nyquist's fullständiga stabilitetskriterium. Principer för dimensionering av regulatorer I: Prestanda. Återkopplade systems egenskaper i olika frekvensområden, asymptotiska egenskaper.

F8
Kap. 7

 

Fred 22 sept
8-10, HB3

Principer för dimensionering av regulatorer I: Prestanda. Känslighetsfunktioner, statisk noggrannhet, en generell analys- och syntesmetod.

F9
Kap. 8, 12

Tisd 26 sept
9-12, HC4

Dimensionering av PI- och PID-regulatorer. Dimensionering baserat på önskad överkorsningsfrekvens och fasmarginal. Optimala regulatorer baserat på en enkel sökmetod. Implementering av regulatorer. Tidsdiskreta modeller, diskretisering.

F10
Kap. 12

Fred 29 sept
8-10, HB3

Implementering av regulatorer. Tidsdiskret dimensionering av regulatorer.

F11
Kap. 9,10

Tisd 3 okt
9-12, HC4

Principer för dimensionering av regulatorer II: Robusthet, Känslighet för parametervariationer, robust stabilitet och prestanda.  Alternativa designprinciper och regulatorstrukturer. Inre återkoppling, kaskadreglering, framkoppling.

 

Fred 6 okt
8-10

Ingen föreläsning

F12
Kap. 11

Tisd 10 okt
9-12, HC4

Dimensionering av regulatorer på tillståndsform. Styrbarhet och observerbarhet. Tillståndsåterkoppling, polplacering.

F13
Kap. 11

Fred 13 okt
8-10, HB3

Dimensionering av regulatorer på tillståndsform. Tillståndsskattning.

F14
Kap. 11

Tisd 17 okt
9-12, HC4

Dimensionering av regulatorer på tillståndsform. Utsignalåterföring. Gästföreläsning: Återkoppling i medicintekniska tillämpningar. Sammanfattning och repetition.

På föreläsningarna kommer det mesta av kursens innehåll att tas upp. Ibland lämnas dock en del av det lättare materialet för självstudier. Kursens innehåll definieras av kursboken. Dock ingår ej avsnitt markerade med (*) samt följande avsnitt/sidor: 3.5, 4.7, 5.7, 5.10, 6.4, sid. 313-320, 8.6-8.9, 9.5, 9.6, 10.3-10.5, 10.8, sid. 412-418, 12.5 och 12.9. Avsnitten 2.1-2.6 samt 12.3 kan betraktas som repetition.

 

Övningsprogram

Övningar ges i två grupper en för E3/TM3 och en för MT3

Övningstillfälle

Övning

Eget arbete

Fred 1/9, 10-12
E3/TM3 SB-H3, MT3 SB-H5
Kap. 1, 2

1.19, 1.20, 1.21c, 1.28, 1.30

1.21b, 1.23

Onsd 6/9, 8-10
E3/TM3 EB, MT3 EC
Kap. 2

1.18, 4.17, 4.19, 4.15

1.24, 4.20

Fred 8/9, 10-12
E3/TM3 SB-H3, MT3 SB-H5
Kap. 3

2.1d, 2.2c, 3.16, 2.16

2.1a,e, 2.2d, 2.3, 2.5, 2.12, 2.15

Onsd 13/9, 8-10
E3/TM3 EB, MT3 EC
Kap. 4

3.2, 3.4, 3.12, 3.18

3.1, 3.3c, 3.11b, 3.9, 3.26a, 3.16, 3.19

Fred 15/9, 10-12
E3/TM3 SB-H3, MT3 SB-H5
Kap. 5

5.2a,c, 5.3, 5.5

4.1, 5.2a,d, 5.6, 4.2c

Onsd 20/9, 8-10
E3/TM3 EB, MT3 EC
Kap. 6

4.5, 4.8, 5.10, 5.17

4.3, 5.16, 5.19

Fred 22/9, 10-12
E3/TM3 SB-H3, MT3 SB-H5
Kap. 6, 7

5.13c, 5.14, 6.5

4.10, 5.12, 5.13a,b

Onsd 27/9, 8-10
E3/TM3 EB, MT3 EC
Kap. 7

5.24, 5.25, 4.9, 5.20

5.21, 5.22, 5.23, 4.12, 4.14

Fred 29/9, 10-12
E3/TM3 SB-H3, MT3 SB-H5
Kap. 8

6.3, 6.10, 6.4, 6.8

6.2, 6.6, 6.11

Onsd 4/10, 8-10
E3/TM3 EB, MT3 EC
Kap. 12

Nya uppg. 12.3, 12.5, 12.6, 12.7

Nya uppg. 12.1, 12.2, 12.8, 12.9, 12.11

Fred 6/10, 10-12

Ingen övning

 

Onsd 11/10, 8-10
E3/TM3 EB, MT3 EC
Kap. 9, 10

6.14, 6.15, 7.6, 6.36b, 7.11

6.13, 6.16, 6.17, 7.5, 7.15

Fred 13/10, 10-12
E3/TM3 SB-H3, MT3 SB-H5
Kap. 11

8.1, 8.2, 8.3, 8.6

8.4, 8.5, 8.9

Onsd 18/10, 8-10
E3/TM3 EB, MT3 EC

Rep tenta

Allt du inte redan gjort...

 

Inlämningsuppgifter

Tre inlämningsuppgifter genomförs under kursens gång. Syftet med dessa uppgifter är att få igång en räknefärdighet inom ämnet, men också att med hjälp av datorverktyg få träning i att lösa reglerproblem som kräver datorberäkningar. Beräkningarna genomförs med hjälp av Matlab och Control Systems Toolbox.

Inlämningsuppgifterna genomförs i form av självständigt arbete i tvåmannagrupper och resultatet redovisas i en rapport som lämnas in i ett exemplar av varje sådan grupp. Dessutom redovisas sista inlämningsuppgiften muntligt. Vi ser helst att ni skriver rapporterna på engelska men det är inget absolut krav. Starta arbetet individuellt om så önskas och jämka sedan samman lösningarna två och två. Anmälan till grupper sker via Canvas under "People". Rapporterna lämnas in under "Assignments".

Inlämningsuppgift Påbörjas Lämnas in senast fredagen den Återlämnas fredagen den Eventuell retur lämnas in senast fredagen den
1 lv 2 15 sept (lv 3) 22 sept (lv 4) 29 sept (lv 5)
2 lv 4 29 sept (lv 5) 6 okt (lv 6) 13 okt (lv 7)
3 lv 6 13 okt (lv 7) * *

* Uppgiften redovisas muntligt på Chalmers. Boka en tid genom att skriva in ert guppnummer i ett dokument som annonseras senare.

De muntliga redovisningarna kommer att gå till på följande sätt: vi går igenom frågorna en och en och så får ni förklara vad ni har kommit fram till och vi ställer eventuellt följdfrågor för att vara säkra på att ni har förstått vad ni har gjort. Om ni har skrivit en ordentlig rapport behöver ni inte göra någon separat power-point presentation, utan då går det bra att visa upp rapporten och prata utifrån den.

 

Räknestugor

Räknestugor erbjuds lv 3 - lv 8 tisdagar 15-17 samt lv8 fredag 10-12.

Salar:

12 sept: E3/TM3 SB-L200, MT3 SB-L216

19 sept, 26 sept, 3 okt, 10 okt: E3/TM3 SB3-L111, MT3 SB3-L112

17 okt: E3/TM3 SB3-L110, MT3 SB3-L113

20 okt: E3/TM3 EL41, MT3 EL42

 

Förändringar i kursen under senare år

  • Ett antal representativa tal från tidigare tentor tillhandahålls redan från kursens start tillsammans med en sammanfattning av de olika kapitlen i läroboken.
  • En kortare formelsamling som tidigare inkluderats i tentamenstesen får nu tas med på tentamen, inklusive egna handskrivna anteckningar på fram och baksida på de fyra formelbladen.
  • Ett introduktionshäfte med aktuell matematik presenteras i början av kursen. 
  • Samtliga föreläsningsanteckningar delas ut under kursens gång.

 

Lärandemål

Att kunna tillämpa reglertekniska analys- och designmetoder för att på ett ingenjörsmässigt sätt kunna lösa enklare reglerproblem. Mer specifikt gäller att studenten efter avklarad kurs ska kunna:

  • Definiera reglerproblemet.
  • Definiera begreppen återkoppling och framkoppling.
  • Beskriva och förklara de viktigaste egenskaperna hos linjära system.
  • Förstå hur frekvensinnehållet i en signal kan analyseras.
  • Sätta upp en dynamisk modell för enklare mekaniska och elektriska system.
  • Förstå hur Laplacetransformen kan användas för att underlätta analysen av linjära dynamiska system.
  • Förstå möjligheterna och begränsningarna med tillståndsmodeller samt överföringsfunktioner.
  • Kunna transformera mellan dessa representationer i de fall det är möjligt.
  • Beräkna linjära approximationer av olinjära modeller samt kunna förklara begränsningarna hos den linjära approximationen.
  • Göra stabilitetsanalys för linjära dynamiska system samt förklara det återkopplade systemets stabilitetsegenskaper utifrån Nyquistkriteriet.
  • Förstå hur återkoppling och framkoppling kan utnyttjas för att minska inverkan av process- och mätstörningar samt parametervariationer i den styrda processen, samt även förstå begräsningarna för återkoppling resp. framkoppling.
  • Designa enklare regulatorer som uppfyller givna specifikationer i form av prestanda-, robusthets- och stabilitetsmarginalskrav på det återkopplade systemet.
  • Analysera och göra avvägningar mellan olika regulatorstrukturer, i huvudsak, P, PI, PD, PID samt kaskadreglering, framkoppling och tillståndsåterkoppling med observatör.
  • Implementera den designade regulatorn i en dator samt förstå sampling och dess konsekvenser.
  • Använda moderna datorhjälpmedel för att underlätta analys, design och utvärdering av återkopplade dynamiska system.

 

Examination

För slutbetyg krävs godkända inlämningsuppgifter samt godkänd tentamen. Kursens omfattning är 7.5 hp, varav inlämningsuppgifterna ger 2 hp och tentamen ger 5.5 hp.

Ordinarie tentamenstillfälle är den 24 oktober, eftermiddag. Första omtentan går den 5 januari, eftermiddag.  Tillåtna hjälpmedel: Valfri kalkylator med tömt minne, Bodediagram samt standardtabeller av typen Physics handbook, TEFYMA och Beta, samt 4 sidor formelblad där egna handskrivna anteckningar på fram och baksida på de fyra formelbladen är tillåtna, dvs sammanlagt åtta A4-sidor. Datorutskrifter förutom de ingående formlerna och figurerna på de fyra formelbladen är ej tillåtna. Tentamen omfattar 25 poäng, där betyg tre fordrar 10 poäng, betyg fyra 15 poäng och betyg fem 20 poäng.

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan

 

Kursrepresentanter

Följande personer är utsedda av utbildningsadministrationen att vara kursrepresentanter:

TKTEM  albin.blomster@hotmail.com    Albin Blomster
TKMED anna.heeed@gmail.com             Anna Heed
TKELT    elias.lennevi@gmail.com            Elias Lennevi
TKELT    signe.meyer@telia.com               Signe Meyer
TKMED abudi570@outlook.com              Abdul Rahman Zoubi

Se ytterligare info https://www.chalmers.se/utbildning/dina-studier/planera-och-genomfora-studier/kursvardering/ 

Course summary:

Date Details Due