Course syllabus

Jump to today

Kurs-PM

SSY052 Reglerteknik lp4 VT24 (6 hp)

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

Kontaktuppgifter

Examinator och föreläsare

Knut Åkesson, tel: 0701-749525, knut@chalmers.se (Använd epost - inte meddelande i Canvas)

Kursansvarig assistent, övningsledare och räknestugeledare

Erik Brorsson, erikbro@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 Store.

Kurspaket: Övningsuppgifter inklusive lösningar samt inlämningsuppgifter, formelsamling 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  

Datum, sal

Föreläsning

Lv 1
Kap. 1, 2 + matte- introhäfte

Må 24 mars
9-12, HB3

F1: Introduktion. Signaler och system, dynamiska kontra statiska system, öppet och återkopplat system. Återkopplingens möjligheter. Matematikrepetition. Introduktionshäfte. Matematisk beskrivning av dynamiska system. Överföringsfunktioner, poler och nollställen.  [Anteckningar]

Lv 1
Kap. 2, 3 

Ti 25 mars
8-10, HB3

F2: Matematisk beskrivning av dynamiska system. Blockschema för återkopplade system. Kretsöverföring. Polplacering med PI-regulator. Tillståndsmodeller. Linjära och olinjära tillståndsmodeller, tillståndsrum, tillståndsmodeller för tekniska system. [Anteckningar]

Lv 1
Kap. 3

On 26 mars
10-12, HB3

F3: Tillståndsmodeller. Samband mellan överföringsfunktioner och tillståndsmodeller, poler, stabilitet. Olinjära tillståndsmodeller, arbetspunkt, linjärisering. [Anteckningar]

Lv 2
Kap. 3, 4

Må 31 mars
10-12, HB3

F4: Tillståndsmodeller. Lösning av linjära tillståndsekvationer, övergångsmatris, stegsvar. Dynamiska modeller för tekniska system. Modellering av roterande kopplade mekaniska system samt elektro-mekaniska system. [Anteckningar]

Lv 2
Kap. 4

On 2 April
10-12, HB3

F5: Dynamiska modeller för tekniska system. Modellering av termiska och fluida system. [Anteckningar]

Lv 3
Kap. 5

Må 7 april
10-12, HB3

F6: Tids- och frekvensanalys. Specifikation i tidsplanet, extra poler och nollställen. Bodediagram. Icke-minimumfassystem [Anteckningar]

Lv 3
Kap. 6

On 9 April 
10-12, HB3

F7: Stabilitet och stabilitetsmarginaler. Routh-Hurwitz kriterium. Nyquist's förenklade stabilitetskriterium. Stabilitetsmarginaler i Nyquist- och Bodediagram [Anteckningar]

Lv 4
Kap. 6

On 23 april
10-12, HB3

F8: Stabilitet och stabilitetsmarginaler. Nyquist's fullständiga stabilitetskriterium. 

Lv 5
Kap. 7

Må 28 april
10-12, HB3

 F9: Principer för dimensionering av regulatorer I: Prestanda. Känslighetsfunktioner, statisk noggrannhet, en generell analys- och syntesmetod.

Lv 5
Kap. 8

On 30 april
10-12, HB3

F10: Dimensionering av PI- och PID-regulatorer. Dimensionering baserat på önskad överkorsningsfrekvens och fasmarginal. 

Lv 6
Kap. 12

Må 5 maj
10-12, HB3

F11: Implementering av regulatorer. Tidsdiskret dimensionering av regulatorer.

Lv 7
Kap. 9, 10

Må 12 maj
10-12, HB3

 F12: Principer för dimensionering av regulatorer II: Robusthet, Känslighet för parametervariationer, robust stabilitet och prestanda. Alternativa designprinciper och regulatorstrukturer. Kaskadreglering, framkoppling.

Lv 7
Kap. 11

On 14 maj
10-12, HB1

F13: Dimensionering av regulatorer på tillståndsform. Styrbarhet och observerbarhet. Tillståndsåterkoppling.

Lv 8
Kap. 11

Må 19 maj
10-12, HB3

F14: Dimensionering av regulatorer på tillståndsform. Tillståndsåterkoppling, polplacering.
Lv 8 On 21 maj 10-12 F15: Reserv

Lv 9

Må 26 maj
HB3, 10-12, 

F16: Sammanfattning, repetition och frågor inför tentan.

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

Vid varje övningstillfälle räknas de uppgifter som anges under rubriken Övning. Uppgifterna under rubriken Eget arbete rekommenderas att lösas på egen hand. Till övningarna tillhandahålls lösningar. De uppgifter som eventuellt inte hinns med på övningarna övergår till eget arbete.

Övningstillfälle

Övning

Eget arbete

Ö1: On 26 mars 13-15, HB2
Kap. 1, 2

1.19, 1.20, 1.21c, 1.28, 1.30

1.21b, 1.23

Ö2: Ti 1 april 10-12, HB2
Kap. 2

1.18, 4.17, 4.19, 4.15

1.24, 4.20

Ö3: On 2 april 13-15, HC4
Kap. 3

2.1d, 2.2c, 3.16, 2.16

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

Ö4: Ti 8 april 10-12, HB2
Kap. 4

3.2, 3.4, 3.12, 3.18

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

Ö5: On 23 april 13-15, HB2
Kap. 5

5.2a,c, 5.3, 5.5

4.1, 5.2a,d, 5.6, 4.2c

Ö6: Ti 29 april 10-12, HB2
Kap. 6

4.5, 4.8, 5.10, 5.17

4.3, 5.16, 5.19

Ö7: Ti 6 maj 10-12, HB2
Kap. 6, 7

5.13c, 5.14, 6.5

4.10, 5.12, 5.13a,b

Ö8: On 7 maj 13-15, HB2
Kap. 7

5.24, 5.25, 4.9, 5.20

5.21, 5.22, 5.23, 4.12, 4.14

Ö9: Ti 13 maj 10-12, HB2
Kap. 8

6.3, 6.10, 6.4, 6.8

6.2, 6.6, 6.11

Ö10: On 14 maj 13-15, 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

Ö11: Ti 20 maj 10-12, HB2
Kap. 9, 10

6.14, 6.15, 7.6, 6.36b, 7.11

6.13, 6.16, 6.17, 7.5, 7.15

Ö12: On 21 maj 13-15, HB2
Kap. 11

8.1a-c, 8.2, 8.3

8.7, 8.8

Ö13: Ti 27 maj 10-12, HB2

Rep tenta

Allt du inte redan gjort...

Notera också för eget arbete de representativa tentamenstal som anges för respektive kapitel.

 

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 Återlämnas Eventuell retur lämnas in senast
1 Måndag 31 mars Fredag 11 april Onsdagen 24 april Onsdagen 30 april
2 Fredagen 11 april Onsdagen 30 april Onsdagen 7 maj Onsdagen 15 maj
3 Onsdagen 30 april Fredag 16 maj Fredag 23 maj Onsdagen 28 maj

 

Räknestugor

Räknestugor finns anslagna i Timeedit.

Lärandemål

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 tillståndsåterkoppling.
  • 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 6 hp, varav inlämningsuppgifterna ger 1.5 hp och tentamen ger 4.5 hp.

Tillåtna hjälpmedel: Valfri kalkylator med tömt minne, Bodediagram samt standardtabeller av typen Physics handbook, TEFYMA och Beta, Formelsamling Reglerteknik 2025. Inga anteckningar är 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:

TKAUT   fatmaguler_g@hotmail.com        Fatma Güler
TKAUT   toren2003@gmail.com     Tor Karlsson
TKAUT   augustljungqvist@gmail.com      August Ljungqvist
TKAUT   adam.sunnar@gmail.com   Adam Sunnar
TKAUT   trogenkarl@gmail.com    Karl Trogen

Se ytterligare info https://www.chalmers.se/utbildning/dina-studier/planera-och-genomfora-studier/kursvarderingLinks to an external site. 

Course summary:

Date Details Due