Course syllabus

Jump to today

Kurs-PM

SSY051 Reglerteknik lp1 HT24 (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 och övningsledare

Carl-Johan Heiker, heikerc@chalmers.se

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
Kap. 1, 2

Tisd 3 sept
9-12, HC4

Introduktion. Signaler och system, dynamiska kontra statiska system, öppet och återkopplat system. Återkopplingens möjligheter. Matematisk beskrivning av dynamiska system. Överföringsfunktioner, viktfunktionen, poler och nollställen. 

F2
Kap. 2

Fred 6 sept
8-10, HB3

Blockschema för återkopplade system. Kretsöverföring. Polplacering med PI-regulator.

F3
Kap. 3

Tisd 10 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 13 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 17 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 20 sept
8-10, HB3

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

F7
Kap. 6, 7

 

Tisd 24 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 27 sept
8-10, HB3

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

F9
Kap. 8, 12

Tisd 1 okt
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 4 okt
8-10, HB3

Implementering av regulatorer. Tidsdiskret dimensionering av regulatorer.

F11
Kap. 9,10

Tisd 8 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 11 okt
8-10

Ingen föreläsning

F12
Kap. 11

Tisd 15 okt
9-12, HC4

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

F13
Kap. 11

Fred 18 okt
8-10, HB3

Dimensionering av regulatorer på tillståndsform. Tillståndsskattning.

F14
Kap. 11

Tisd 22 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

Övning

Eget arbete

Fred 6/9, 10-12
SB-H2, Kap. 1, 2

1.19, 1.20, 1.21c, 1.28, 1.30

1.21b, 1.23

Onsd 11/9, 8-10
HB3
Kap. 2

1.18, 4.17, 4.19, 4.15

1.24, 4.20

Fred 13/9, 10-12
HB3
Kap. 3

2.1d, 2.2c, 3.16, 2.16

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

Onsd 18/9, 8-10
HB3
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 20/9, 10-12
HB3
Kap. 5

5.2a,c, 5.3, 5.5

4.1, 5.2a,d, 5.6, 4.2c

Onsd 25/9, 8-10
HB3
Kap. 6

4.5, 4.8, 5.10, 5.17

4.3, 5.16, 5.19

Fred 27/9, 10-12
HC4
Kap. 6, 7

5.13c, 5.14, 6.5

4.10, 5.12, 5.13a,b

Onsd 2/10, 8-10
SB-H2
Kap. 7

5.24, 5.25, 4.9, 5.20

5.21, 5.22, 5.23, 4.12, 4.14

Fred 4/10, 10-12
HB3
Kap. 8

6.3, 6.10, 6.4, 6.8

6.2, 6.6, 6.11

Onsd 9/10, 8-10
HB1
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 11/10, 10-12

Ingen övning

 

Onsd 16/10, 8-10
HC4
Kap. 9, 10

6.14, 6.15, 7.6, 6.36b, 7.11

6.13, 6.16, 6.17, 7.5, 7.15

Fred 18/10, 10-12
HC4
Kap. 11

8.1, 8.2, 8.3, 8.6

8.4, 8.5, 8.9

Onsd 23/10, 8-10
HB3

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. 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 20 sept (lv 3) 27 sept (lv 4) 4 okt (lv 5)
2 lv 4 4 okt (lv 5) 11 okt (lv 6) 18 okt (lv 7)
3 lv 6 18 okt (lv 7) 25 okt (lv8) 1 nov (lv9)

 

Räknestugor

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

Salar:

17 sept: SB-L200, SB-L216

24 sept: SB-L316, SB3-L112

1 okt, 8 okt, 15 okt: SB3-L111, SB3-L112

22 okt: SB-L316, SB3-L110

25 okt: EL41, EL42

 

Förändringar i kursen under senare år

  • En kortare formelsamling får tas med på tentamen inkluderande egna anteckningar, men bara som ett formelblad, se ytterligare kommentarer nedan under examination.
  • Ett antal representativa tal från tidigare tentor tillhandahålls redan från kursens start tillsammans med en sammanfattning av de olika kapitlen i läroboken.
  • 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 fredagen den 1 november, förmiddag. Första omtentan går torsdagen den 9 januari, eftermiddag.  Tillåtna hjälpmedel: Valfri kalkylator med tömt minne, Bodediagram samt standardtabeller av typen Physics handbook, TEFYMA och Beta. Tentamen omfattar 25 poäng, där betyg tre fordrar 10 poäng, betyg fyra 15 poäng och betyg fem 20 poäng.

Den formelsamling som ingår i slutet på tentamenstesen får också tas med på tentamen som ett formelblad i A4-format med tryckta (ej förminskade) formler på fram och baksida, där även egna handskrivna anteckningar är tillåtna. Datorutskrifter förutom de ingående formlerna och figurerna på formelbladet är ej tillåtna. Ett blad med enbart egna anteckningar är ej heller tillåtet. 

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan

 

Kursrepresentanter

Följande personer är utsedda av utbildningsadministrationen att vara kursrepresentanter:

mhd.omar.fawal@gmail.com                             Mohamad Omar Fawal
johanssonanna59@gmail.com                           Anna Johansson
eliua@student.chalmers.se                                Elin Johansson
m.rieglert@hotmail.com                                     Malte Rieglert
jozef.daniel.zoltan@gmail.com                          Jozef Zoltan

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

Course summary:

Date Details Due