Kurs-PM för LEU237 - Styr- och reglerteknik lp 2, 2023

Kursen ges av institutionen för Elektroteknik, avdelningen för System- och reglerteknik. Totalt är kursen på 7,5hp.

Kontaktuppgifter

Veronica Olesen (Examinator, föreläsare)
031-772 1728
veronica@chalmers.se
Rum 425A, Jupiter plan 4

Malin Ramne (Handledare)
ramalin@chalmers.se 

Syfte

Kursen syftar till att ge tillräckliga baskunskaper om styr- och reglerteknik för programmering av enklare system för styrning och reglering. Kursen ska även ge kunskaper som underlättar samarbetet mellan dataingenjör och övriga ingenjörer vid lösandet av gemensamma styr- och reglertekniska problem.

Kursen bygger vidare på de grundläggande kurserna i matematik, datorteknik, elektriska kretsar samt programmering.

Innehåll

Industriella automationssystem: Komponenter i industriella automationssystem, uppbyggnad hos modernt processtyrsystem, seriell kommunikation i automationssystem med fältbussar, uppbyggnad och funktion.

Programmering av styrsystem: Systematisk programuppbyggnad av PLC-program, utveckling av styr- och reglerlösningar för PLC i språken FBD, SFC, LD och ST utifrån problembeskrivning, PLC-programmering enligt IEC 61131-3 i editor Codesys, logisk beskrivning av förreglingar och sekvensstyrningar, formella metoder för styrsystem.

Tillämpningsområden för styrteknik respektive reglerteknik.

Dynamiska system: återkopplade system, blockschemarepresentationer, stabilitet, frekvensanalys, Nyquists förenklade stabilitetskriterium.

Modellering: tillståndsmodeller, fysikaliska modeller av elektriska system och tanksystem.

PID-regulator: PID-regulatorns uppbyggnad och användningsområde, tumregelmetoder för trimning av PID-regulatorer, anti-windup och gain scheduling, implementation av PID-regulator i PLC-miljö i Codesys.

Laborationer och inlämningsuppgifter: Två laborationer på vardera fyra timmar. En laboration i styrteknik och en i reglerteknik. Inlämningsuppgifter med koppling till laborationerna i styrteknik respektive reglerteknik.

Förkunskaper

Begrepp som måste behärskas före kursstart är:

• Komplexa tal
• Linjär algebra
• Ordinära differentialekvationer
• Boolesk algebra
• Villkorssatser som if och while i något högnivåspråk, exempelvis C.
• Kapacitans och induktans
• Fasförskjutning av ström respektive spänning i elektriska komponenter

Schema

TimeEdit

Kursmaterial

Kursen definieras av föreläsningarna och samtliga föreläsningsanteckningar tillsammans med relevant instuderingsmaterial läggs ut på kurshemsidan i samband med respektive föreläsning.

Övningsuppgifter som används vid övningar och för hemuppgifter samlas på kurshemsidan i samband med respektive avsnitt.

Laborationshandledningar och inlämningsuppgifter anslås på kurshemsidan.

Kurslitteratur finns tillgänglig från kurshemsidan:
Morgan Osbeck och Göran Hult, Styrteknik PLC, Chalmers 2020
Veronica Olesen, Reglerteknik för dataingenjörer, Chalmers 2020

Kursens upplägg

Kursen består av två närliggande ämnen: styrteknik och reglerteknik, som undervisas efter varandra och examineras vid en gemensam tentamen.

Kursen består av 14 föreläsningar och 9 räkneövningar, som tillsammans ger nödvändiga kunskaper för tentamen. Efter halva kursen ges en frivillig dugga i styrteknik som kan ge poäng till tentamens styrteknikdel. I slutet av läsperioden ges en frivillig dugga i reglerteknik som kan ge poäng till tentamens reglerteknikdel.

En obligatorisk gästföreläsning ges efter ungefär halva kursen.

För att ytterligare befästa och applicera kunskaperna innehåller kursen en obligatorisk laborationsdel, som rapporteras som ett separat moment. Laborationsdelen består av 6 inlämningsuppgifter och en laboration med obligatorisk inlämning och närvaro. De tre första inlämningsuppgifterna måste vara inlämnade och godkända innan laborationen. Inlämningsuppgifter och laboration genomförs i grupper om två personer, som bokas på kurshemsidan. Laborationen avslutas med en obligatorisk labbrapport.  Som stöd vid lösning av inlämningsuppgifterna finns datorövningar vid sammanlagt 8 tillfällen. Dessa tillfällen är frivilliga.

Kursen ges i sin helhet på plats. För extra repetition kommer viktigt material från kursens föreläsningar att publiceras som filmer i efterhand. Alla föreläsningar publiceras som pdf. 

Förändringar sedan förra kurstillfället

• Dugga på reglerteknikdelen
• Laborationen i reglerteknik är ersatt med en inlämningsuppgift
• Ny gästföreläsning
• Extra föreläsning och övning i reglerteknik

Lärandemål

• beskriva sekventiella förlopp med funktionsdiagram och tillståndsmaskiner.
• använda grundläggande pneumatiska komponenter för styrning i ett pneumatiskt system
• programmera förreglingar och sekvenser i ett industriellt styrsystem (PLC) i fyra standardspråk, ladder (LD), funktionsblock (FBD), funktionsdiagram (SFC) samt strukturerad text (ST).
• tillämpa viktiga funktioner för personsäkerhet och processäkerhet i industriell styrning.
• redogöra för uppbyggnaden av återkopplade system och problematiken i dynamiken kring dessa.
• redogöra för och korrekt använda begreppen stabilitet, snabbhet, dynamisk och statisk noggrannhet
• redogöra för PID-regulatorns funktion och uppbyggnad.
• programmera en PID-regulatorfunktion med utsignalsbegränsningar, anti windup och stötfri övergång.
• formulera tillståndsmodeller för enklare dynamiska kontinuerliga system.
• tillämpa några förekommande tumregelmetoder för PID regulatorinställning.
• implementera framkoppling och kaskadreglering

Examination

För slutbetyg krävs två godkända laborationer - en i styrteknik och en i reglerteknik, godkända inlämningsuppgifter och godkänd tentamen. Kursens omfång är på 7,5 hp, varav laborationsdelen ger 1,5 hp.

Laborationsdel (1,5 hp)
För godkänd laborationsdel krävs godkända inlämningsuppgifter, aktiv närvaro under laborationspasset, godkända laborationsuppgifter samt godkänd laborationsrapport. För ej godkända inlämningsuppgifter, laboration eller laborationsrapport ges möjlighet för retur och vid behov ny laborationstid. Den som är sjuk vid sitt bokade laborationstillfälle och anmäler detta innan start av bokat tillfälle, ges möjlighet att boka en ny laborationstid.

För godkänt på kursens laborationsdel krävs även närvaro på obligatorisk gästföreläsning.

Duggor
Efter halva kursen, den 16 november klockan 13:15-15:00, ges en frivillig dugga på kursens styrteknikdel. I slutet av läsperioden, den 15 december klockan 13.15-15.00, ges en frivillig dugga på kursens reglerteknikdel.

Var och en av duggorna ger maximalt 8 poäng som kan användas på respektive del vid läsårets tre tentamenstillfällen. Uppgifterna på duggorna motsvarar direkt uppgifter på tentamen med samma poängfördelning. Om en uppgift är löst både på duggan och vid tentamenstillfället används det högsta poängantalet som resultat på tentamen.
Duggorna ges i bokad sal enligt schema och ska genomföras på egen dator eller på dator i datorsal. Samtliga hjälpmedel är tillåtna, dock inte kommunikation med någon annan person.

Tentamen (6 hp)
Ordinarie tentamen ges under eftermiddagen den 12 januari 2023 klockan 14:00-18:00. Samtliga tentamenstillfällen anslås på Chalmers hemsida.
Tentamen ges i pappersform och i två delar som kan lösas i valfri ordning. Poäng från uppgifter på duggorna kan användas som poäng på motsvarande fråga på tentamen. Det högsta poängantalet räknas om uppgiften är löst både på duggan och på tentamen.  För godkänd tentamen krävs minst 16 poäng på tentamen, varav minst 6 poäng på vardera del (styrteknik respektive reglerteknik). För alla betygssteg ses poänggränserna nedan.

För betyg tre krävs 16-23 poäng på tentamen, varav minst 6 poäng på vardera del.
För betyg fyra krävs 24-31 poäng på tentamen, varav minst 9 poäng på vardera del.
För betyg fem krävs 32-40 poäng på tentamen, varav minst 12 poäng på vardera del.

Tillåtna hjälpmedel är:

• Valfri miniräknare (ej telefon, laptop, surfplatta eller annan enhet med möjlighet för internatanslutning).
• En A4 med egna anteckningar, båda sidorna.
• Formelsamling bifogas tentamenstesen.

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan