Course syllabus

Kurs-PM

SSY051 Reglerteknik lp1 HT19 (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
Skriv gärna ***SSY051*** som ämne när du epostar, och ännu hellre ställ din fråga i samband med föreläsningarna.

Kursansvariga assistenter

Fredrik Bengtsson, tel. 031-772 5739, fredben@chalmers.se  
Johan Karlsson, tel: 031-772 2163, jokarls@chalmers.se

Övningsledare och ansvariga för räknestugorna

Fredrik Bengtsson, tel. 031-772 5739, fredben@chalmers.se 
Johan Karlsson, tel: 031-772 2163, jokarls@chalmers.se
Daniel Gleeson, tel: 031-772 4243, daniel.gleeson@fcc.chalmers.se
Mattias Hovgard, tel. 031-772 5740, hovgard@chalmers.se

Kursexpedition

Rum EDIT 3342: tel: 031-772 3720, madelein@chalmers.se

 

Kursens syfte

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.

 

Schema

TimeEdit

 

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

Vecka, avsnitt	Datum, sal	Föreläsning
Lv 1 Kap. 1	On 4 sept 8-10, HC4	Introduktion. Signaler och system, dynamiska kontra statiska system, öppet och återkopplat system. Återkopplingens möjligheter.
Lv 1 Kap. 2 + matte- introhäfte	To 5 sept 13-15, SB-H8	Matematik-repetition. Introduktionshäfte. Matematisk beskrivning av dynamiska system. Överföringsfunktioner, viktfunktionen, poler och nollställen.
Lv 1 Kap. 2	Fred 6 sept 8-10, SB-H2	Matematisk beskrivning av dynamiska system. Blockschema för återkopplade system. Kretsöverföring. Polplacering med PI-regulator.
Lv 2 Kap. 3	Tisd 10 sept 9-12, HC4	Tillståndsmodeller. Linjära och olinjära tillståndsmodeller, tillståndsrum, tillståndsmodeller för tekniska system. Samband mellan överföringsfunktioner och tillståndsmodeller, poler, stabilitet. Olinjära tillståndsmodeller, arbetspunkt, linjärisering. Lösning av linjära tillståndsekvationerna, övergångsmatris, stegsvar.
Lv 2 Kap. 4	Fred 13 sept 8-10, SB-H2	Dynamiska modeller för tekniska system. Modellering av roterande kopplade mekaniska system samt elektro-mekaniska system.
Lv 3 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.
Lv 3 Kap. 6	Fred 20 sept 8-10, SB-H2	Stabilitet och stabilitetsmarginaler. Routh-Hurwitz kriterium. Nyquist's förenklade stabilitetskriterium. Stabilitetsmarginaler i Nyquist- och Bodediagram
Lv 4 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.
Lv 4 Kap. 7	Fred 27 sept 8-10, SB-H2	Principer för dimensionering av regulatorer I: Prestanda. Känslighetsfunktioner, statisk noggrannhet, en generell analys- och syntesmetod.
Lv 5 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.
Lv 5 Kap. 12	Fred 4 okt 8-10, SB-H2	Implementering av regulatorer. Tidsdiskret dimensionering av regulatorer.
Lv 6 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.
Lv 6	Fred 11 okt 8-10	Ingen föreläsning
Lv 7 Kap. 11	Tisd 15 okt 9-12, HC4	Dimensionering av regulatorer på tillståndsform. Styrbarhet och observerbarhet. Tillståndsåterkoppling, polplacering.
Lv 7 Kap. 11	Fred 18 okt 8-10, SB-H2	Dimensionering av regulatorer på tillståndsform. Tillståndsskattning.
Lv 8 Kap. 11	Tisd 22 okt 9-12, HC4	Dimensionering av regulatorer på tillståndsform. Utsignalåterföring,   PI-regulator i serie med optimalt filter. 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

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.

Salar:  Onsd EL41, EL42, EL43,  Fred SB-L208, SB-L216, SB-L516   

Övningstillfälle	Övning	Eget arbete
Fred 6/9 10-12, Kap. 1, 2	1.19, 1.20, 1.21c, 1.28, 1.30	1.21b, 1.23
Onsd 11/9 8-10,  Kap. 2	1.18, 4.17, 4.19, 4.15	1.24, 4.20
Fred 13/9 10-12,  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,  Kap. 4	3.4, 3.12, 3.21, 3.18	3.1, 3.3c, 3.11b, 3.9, 3.26a, 3.16, 3.19
Fred 20/9 10-12,  Kap. 5	5.2a,c, 5.3, 5.5	4.1, 5.2a,d, 5.6, 4.2c
Onsd 25/9, 8-10,  Kap. 6	4.5, 4.8, 5.10, 5.17	4.3, 5.16, 5.19
Fred 27/9, 10-12,  Kap. 6, 7	5.13c, 5.14, 6.5	4.10, 5.12, 5.13a,b
Onsd 2/10, 8-10,  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,  Kap. 8	6.3, 6.10, 6.4, 6.8	6.2, 6.6, 6.11
Onsd 9/10, 8-10,  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  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,  Kap. 11	8.1, 8.2, 8.3, 8.6	8.4, 8.5, 8.9
Onsd 23/10, 8-10	Rep tenta	Allt du inte redan gjort...

 

 

Förändringar sedan förra kurstillfället

• En kortare formelsamling som tidigare inkluderats i tentamenstesen får fr o m 2019 tas med på tentamen inklusive egna anteckningar på de fyra formelsidorna.
• Ett introduktionshäfte med aktuell matematik presenteras i början av kursen. 

 

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 29 oktober, eftermiddag. Första omtentan går den 9 januari, eftermiddag.  Tillåtna hjälpmedel: Valfri kalkylator med tömt minne, Bodediagram samt standardtabeller av typen Physics handbook, TEFYMA och Beta samt formelblad 4 sidor där egna 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