Kurs-PM

ERE091 Reglerteknik lp2 HT23 (4,5 hp)

Kursen ges av institutionen för Elektroteknik

 

Kontaktuppgifter

Examinator och föreläsare: Bo Egardt (bo.egardt@chalmers.se), rum EDIT 5345

Kursansvarig assistent: Erik Börve (borerik@chalmers.se), rum EDIT 5346

Tentamensexpedition: Rum EDIT 3342, studadm.e2@chalmers.se.

Studentrepresentanter: Adam Molnar (adammoln@student.chalmers.se), Emil Sitell (emilsit@student.chalmers.se)

Vad är reglerteknik?

Reglering i tekniska system utförs genom att kombinera mätning av en eller flera storheter (t ex hastighet, temperatur) med en styrning, som är baserad på mätningen – en grundläggande princip som går under namnet återkoppling. En regulator, i allmänhet realiserad som programkod i en dator eller mikrokontroller, utnyttjar informationen i mätvärdena om systemets tillstånd för att påverka systemet enligt fastställda krav. Reglersystem finns inom nästan alla tekniska tillämpningsområden, exempelvis fordon, robotar, tillverkningsprocesser, kraftsystem, flyg och rymd, samt i många olika typer av data- och informationssystem.

Läs vad det står om reglerteknik på Wikipedia.Links to an external site.

Kursens syfte

Kursens syfte är att introducera begreppet dynamiskt system, och påvisa användbarheten av detta inom flera olika teknikområden. Ytterligare ett nyckelbegrepp är återkoppling och bestämning av ett återkopplat systems stabilitet. Kursen skall även lära ut teori och metoder för design av regulatorer av PID-typ liksom regulatorer som är baserade på tillståndsåterkoppling.

Schema

TimeEdit

OBS! Eventuella ändringar annonseras i Canvas.

Kurslitteratur

Läroböcker - det finns två alternativa, utmärkta svenska böcker med lite olika karaktär:

• B. Lennartson, Reglerteknikens grunder, Studentlitteratur (Cremona/ The Store). Detta är den rekommenderade kursboken, en fyllig bok med många exempel, inte minst när det gäller modellering av olika tekniska system. Hänvisningar till denna bok görs i det kompendium med föreläsningsanteckningar, som kommer att läggas upp på hemsidan (se nedan).
• T. Glad, L. Ljung, Reglerteknik – grundläggande teori, Studentlitteratur  (Cremona/ The Store). För den som  föredrar en mer kompakt framställning med betydligt färre exempel.

Övrig litteratur:

• Kompendium: Bo Egardt, Reglerteknik F - Föreläsningar. En koncis sammanfattning av föreläsningarna under kursen. Innehåller exempel, som är tillgängliga som Jupyter Notebooks i Canvas, samt lästips till Reglerteknikens grunder.  ERE091 Föreläsningar v1.pdf 
• Övningar: Övningsuppgifter ERE091 
• Formelblad ERE091: Formelblad ERE091.pdf 

Externa länkar (mer att läsa, tips om programdokumentation mm).

Kursens upplägg

Kursen organiseras kring följande schemalagda moment: föreläsningar, räkneövningar och räknestugor. Därutöver krävs naturligtvis eget arbete med träning i problemlösning, lösning av hemuppgifter, samt körning av exemplen i Jupyter Notebook (se nedan).

Föreläsningar:  Föreläsningarna, 4 timmar per vecka, syftar till att motivera och introducera begrepp och metoder, som förklaras mer ingående i läroboken. Tonvikten kommer att läggas på de viktigaste delarna av materialet; vissa avsnitt i boken lämnas alltså för självstudier. Föreläsningarna använder en blandning av ”svarta tavlan” och dataprojektor med bilder och simuleringar. En kondenserad presentation av föreläsningarna finns i form av ett kompendium, som innehåller hänvisningar till kursboken. Kompendiet innehåller också exempel, som finns implementerade som Jupyter Notebooks - det rekommenderas att ägna tid åt att köra igenom dessa!   Föreläsningsplan.  Video-länkar.

Räkneövningar:  Räkneövningarna, 4 timmar per vecka, sker i storgrupp. Syftet är att använda begrepp och metoder från föreläsningarna på utvalda problem, att demonstrera lösningstekniker och att diskutera och tolka resultaten. Kom förberedd om du vill få ut mesta möjliga av dessa övningar! Övningsplan 

Räknestugor:   Som komplement till demonstrationsräkning i storgrupp erbjuds räknestugor, där du arbetar självständigt i närvaro av en assistent. Du kan här få hjälp med uppgifter du kört fast på, eller diskutera detaljer som du är osäker på. OBS! Erfarenheten säger att det är helt nödvändigt att arbeta med problemlösning på egen hand under kursens gång för att få rutin och för att få en bra förståelse av materialet. Alltså – arbeta själv med övningar och använd sedan räknestugorna för att reda ut oklarheterna! 

Hemuppgifter: 2-3 hemuppgifter kommer att publiceras under kursen. Dessa är avsedda för eget arbete och diskuteras lämpligen vid räknestugorna. Ingen rapportinlämning el. dyl., men tentan kan innehålla ett par små uppgifter, inspirerade av hemuppgifterna.  

Digitala verktyg:   

• Canvas: Vi kommer fortlöpande att informera om ändringar i schemat, fel i kursmaterial mm, och det kan bli aktuellt att publicera nya versioner av föreläsningskompendiet. Material från föreläsningar och övningar kommer också att läggas upp. Alltså: kolla hemsidan regelbundet!
• Canvas diskussionsforum: Vi uppmuntrar er att använda detta för att få en diskussion kring övningsuppgifter, frågor som dyker upp kring moment på föreläsningarna och/eller i kursboken. Vi kommer att bevaka och bidra till diskussionen.
• Jupyter Notebook: Exempel från föreläsningarna/kompendiet med förklarande text och kod kommer att publiceras på Canvas.   

Förändringar sedan förra kurstillfället

• Ett kompendium med föreläsningsanteckningar har tagits fram och läggs upp på Canvas.
• Matlab har ersatts av Python och Jupyter Notebooks. Ett antal exempel från föreläsningar/kompendium finns som Notebooks på Canvas.
• Inlämningsuppgifter har ersatts av hemuppgifter utan rapportinlämning.

Lärandemål

• Förklara och förstå den principiella funktionen hos ett reglersystem, samt kunna definiera grundläggande reglertekniska begrepp.
• Beskriva och förklara de viktigaste egenskaperna hos linjära dynamiska system.
• Uppställa modeller för inom tekniken vanligen förekommande dynamiska system, såväl i form av tillståndsekvationer som överföringsfunktioner.
• Transformera i båda riktningarna mellan linjära tillståndsekvationer och överförings-funktioner, speciellt för system av SISO-typ. Kunna linjärisera en uppställd olinjär tillståndsmodell i en jämviktspunkt. Formulera lösningar till linjära tillståndsekvationer med användning av övergångsmatriser.
• Analysera återkopplade dynamiska system, med betoning på stabilitetsbestämning baserad på Nyquistkriteriet.
• Beskriva och förklara principen för P-, I, PI-, PD- och PID-regulatorer i en reglerloop, samt kunna utföra design av sådana regulatorer, framförallt med Bodediagramsteknik.
• Analysera reglersystem med hjälp av känslighetsfunktioner, speciellt att uppskatta hur stora modellfel ett reglersystem klarar utan risk för instabilitet.
• Beskriva och förklara principen för framkoppling, kaskadreglering och kompensering av dödtid.
• Förklara och tillämpa begreppen styrbarhet och observerbarhet, samt utföra design av tillståndsåterkopplingar och observatörer med hjälp av polplaceringsmetoden.
• Diskretisera analoga regulatorer, förklara ett datoriserat reglersystems funktion, samt kunna förklara samplingsprincipen.

Examination

För slutbetyg (och 4,5 hp) krävs godkänd tentamen.

Tentamen:  Det kursinnehåll, som examineras vid tentamen, utgörs av material från föreläsningarna (alternativt materialet i kursboken enligt läsanvisningar); därutöver inslag från utdelade hemuppgifter. Troliga datum för tentamen (OBS vid eventuell ändring av tentamensdatum så finns alltid korrekt uppgift i Ladok): Ordinarie tentamen den 8/1-2024. Omtentamina 5/4 och 23/8 2024. Tentamen betygsätts enligt betygsskala TH (3, 4, 5) med preliminära betygsgränser 12, 18 och 24 p av totalt 30.   
Tillåtna hjälpmedel vid tentamen är Chalmersgodkänd miniräknare, Mathematics Handbook (Beta), Physics handbook samt Formelblad ERE091.

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan