Tillämpad reglerdesign

SSY250 - Kurs-PM

 

Kursprogram ht 2019                                                   

 

Examinator

Ansvarig lärare och examinator: Bertil Thomas, tel 772 57 43, Jupiter rum 426 (våning 4)

e-mail: bertil.thomas@chalmers.se

 

 

Organisation

Kursen består av följande två delar:

• Obligatorisk grunddel. Grunddelen är den stora delen och det som främst behandlas på lektionerna. Den examineras med en vanlig tentamen med räknefrågor och faktafrågor. För att få slutbetyg måste även laborationen och inlämningsuppgiften vara godkända.
• Frivillig tilläggsdel. Tilläggsdelen är en mindre del för de som vill lära sig något mer om ämnet än det som ingår i grunddelen. Denna del är främst tänkt för de som siktar på betygen 4 och 5. Tilläggsdelen redovisas i form av extra rapport och presentation, som ger bonuspoäng till tentan. Mer information om detta nedan.
•  
• Kursmaterial
•  

• Kompendium: Modellering och identifiering – Kortfattad teori och övningsuppgifter. (finns till försäljning på Kokboken)
• Bok: Modern Reglerteknik (B. Thomas, Liber, upplaga 4 eller 5, samma som ni använde i grundkursen, faktabok + övningshäfte).

 

Följande material finns på kursens hemsida (på Canvas)

• Praktisk reglerteknik – Kompendium med blandat material om praktisk reglerteknik (totalt 109 sidor uppdelat på tre dokument, huvudsakligen bredvidläsningsmaterial)
• Häfte med kontrollfrågor i praktisk reglerteknik
• Formelsamling som får tas med på tentan

 

Frivilligt ”extramaterial” som finns på kursens hemsida (på Canvas)

• Kopior på de flesta av de OH-bilder som visas på föreläsningarna
• Häfte med lösningar till de flesta av uppgifterna i kompendiet.
• Gamla tentor. (3 stycken med lösnigar)
• Populärvetenskaplig bredvidläsningsbok ”Framtidens intelligens”

 

Laborations-PM och inlämningsuppgifter delas ut under kursens gång

 

Syfte/Lärandemål

Syftet med kursen är att vara en bred fortsättningskurs om reglerteknik. Efter genomgången kurs ska deltagaren ha djupare kunskaper om både praktisk och teoretisk reglerteknik. Kursen bygger vidare på kunskaperna från grundkursen ”Dynamiska system och reglerteknik”. Den är valbar på mekatronik- och elektroprogrammet. Kursen består i grova drag av följande tre delar:

1. Modellering och simulering

• Mer om modellering av fysikaliska och tekniska system (mekaniska system, termiska system, nivåprocesser, tryckprocesser, tillståndsmodeller mm)
• Modellering av olineära processer, linearisering.
• Simulering av tekniska system med Matlab/ Simulink.
• 2.   Praktisk reglerteknik

• Praktiska regulatorer (typer, funktioner, installation, konfigurering mm)
• Metoder för kommunikation mellan enheter och instrument i processindustrier, signalstandarder, något om fältbussar (Profibus mm).
• Komponenter i reglersystem (givare för återkopplade system, reglerventiler, ställdon, mätomvandlare mm)
• Instrumentsymboler, kalibrering, kvalitetssäkring, dokumentation mm.
• 3. Dimensionering av reglersystem

• Multivariabel reglering, särkopplingsfilter mm.
• Reglering av processer på tillståndsform med tillståndsåterkoppling.
• Fuzzy Control (en datorbaserad dimensioneringsmetod för reglersystem).
• Polplaceringsmetoden (tidsdiskret metod för dimensionering av reglersystem)
• Obligatoriska moment
• Praktisk laboration (4 tim). Konfigurering, drifttagning och testning av en kommersiell datorbaserad självinställande enloopsregulator (JUMO dTron 08). Labben inkluderar även konfigurering av larmfunktioner, säkerhetsfunktioner, rampfunktioner, kalibrering mm.
• Inlämningsuppgifter (beräknad tid ca 8 tim)Lösningarna på uppgifterna ska inlämnas i pappersform, antingen direkt till läraren eller i lärarens fack bredvid hissarna på våning 4 i Jupiter. Sista inlämningsdatum är fredagen den 11 oktober kl 15.00. Rättade uppgifter återlämnas till Er på föreläsning eller ovanpå lärarnas hyllor bredvid hissarna på våning 4, Jupiter. Sista inlämningsdag för de som fått retur är torsdagen den 24 oktober kl 15.00.
• Redovisningar, tilläggsdelen. Obligatorisk närvaro på minst två av redovisningstidernna för tilläggsdelen.
• Gästföreläsning(ar). Det kommer att bli en (eller möjligen två) obligatoriska gästföreläsningar i kursen, där den ena hålls av Veronica Olesen som är doktor i reglerteknik och som berättar om reglertekniskt arbete inom konsultbranschen och processindustrin. Preliminärt datum för denna är den 7/10.
• Labbtider
•  Grupp B,                            Tisdag 24/9 kl 13.15-17.00                     Efternamn E-K
• Grupp C,                             Tisdag 1/10 kl 13.15-17.00                      Efternamn L-Ö
• Grupp A,                             Tisdag 17/9 kl 13.15-17.00                     Efternamn A-D
• När du ska labba beror på första bokstaven i ditt efternamn enligt ovan:
•  
• Inlämningsuppgifterna handlar om dimensionering och simulering i Matlab och Simulink.
•  
•  
•  

Föreläsningar-övningar

 

Fö/Övn Nr	Översiktligt (preliminärt) innehåll	Tal som räknas på tavlan OBS. Preliminärt !!
1     R	Introduktion till kursen + Kort repetition av saker från grundkursen i reglerteknik	Extratal som delas ut på papper (1.1 4.8 6.5   6.10 8.5)
2	Vad menas med modellering? Modellering av mekaniska system.	1.1a-c   1.2
3	Mekaniska system, forts. Roterande mekaniska system.	1.3a-b   1.7     2.1a-b
4	Termiska system, energiförlust genom väggar mm.	2.2     2.3    4.3    4.8
5	Praktiska regulatorer, funktioner, olika typer, adaptiv reglering mm.	4.7     1.9
6	Mer om praktiska regulatorer. Instrumentsymboler. Räknestuga.	Uppgifter ur häftet med kontrollfrågor
7	Nivåprocesser + Räknestuga	5.2
8	Multivariabel reglering, inledning	Extra uppgifter
9	Multivariabel reglering, stabilitet, blockschematransformering mm.
10	Fuzzy Control, inledning	Extra uppgifter
11	Fuzzy Control, fördjupning
12	Multivariabel reglering, särkopplings-filter, Matlab-kommandon mm.	MR 13.4
13   R	Tillståndsmodeller, repetition från grundkursen	MR 13.6 c   Extra uppgifter
14	Tillståndsmodeller, fördjupning. Matlab-kommandon för tillståndsmodeller.	MR 14.1a,e och 14.10
15	Olineära system och linearisering	7.1   7.4
16	Linearisering på tillståndsform	MR 14.18   7.7
17	Mer om praktisk reglerteknik. Kort om givarteknik, speciellt temperaturgivare
18	Tillståndsåterkoppling, polplacering vid tillståndsåterkoppling	MR 14.16
19	Gästföreläsning - Obligatorisk
20   R	Repetition av tidsdiskret reglerteknik	Tal som delas ut på papper
21	Polplaceringsmetoden	MR 19.5
22	Polplaceringsmetoden, forts	MR 19.9
23	Redovisningstillfälle 1 – Tilläggsdelen
24	Redovosningstillfälle 2 – Tilläggsdelen
25	Redovisningstillfälle 3 - Tilläggsdelen
26	Repetition inför tentamen	Några av dessa: 3.1a 6.1     4.9   9.6   9.7     6.2 8.5 + tentatal

Uppgifter med fet stil hänvisar till häftet Modellering & Identifiering (övningshäfte)

Beteckningen MR avser Modern Reglerteknik, övningshäftet,

R = Föreläsningar med stor del repetition från grundkursen,

 

OBSERVERA

• Antalet föreläsningar i kursen skall vara 26 st enligt ovan. På schemat (time-edit) finns dock något fler inlagda. Några av dessa är alltså reservtillfällen som inte kommer att utnyttjas. Mer information om vilka tillfällen som inte utnyttjas kommer senare.
• En del av kursens innehåll gås inte genom på föreläsningar, utan lämnas till självstudium. Det gäller bl a vissa lättlästa avsnitt om praktiska reglersystem, givare, styrdon mm.
• Inga förändringar i kursinehåll eller kurslitteratur sedan 2018.

 

Förslag på hemarbete

Här nedan visas ett förslag på lämpligt hemarbete att göra vecka för vecka i kursen (för studenter som vill lära sig det mesta i kursen och ha en jämn fördelning av arbetet).

Uppgifter märkta med en asterisk (stjärna) är något svårare, motsvarande betyg 4-5. Till detta tillkommer repetitionsuppgifter nedan och faktafrågor ur häftet med frågor om praktisk reglerteknik.

 

Vecka	Rekommenderat hemarbete
1	Att läsa:         Kompendiet sid 1-8 Att räkna:       Kompendiet tal   1.4a   1.4b* 1.5     1.6   1.8*   1.10     4.1   4.2* Övrigt:           Repetera grundkursen enligt nedan
2	Att läsa:         Boken kap 19.6, 22 och   23.6 Kompendiet sid 9-13 Praktisk Reglerteknik kap 3 (bredvidläsning) Att räkna:       Kompendiet tal 4.4     4.5   4.6   4.9     5.1   5.3*   5.4     5.5* Övrigt:         Fortsätt repetera grundkursen enligt nedan                        Förbered laborationen.
3	Att läsa:         Boken kap 13 och kap 20 Att räkna:       Övningsboken tal   13.1     13.2   13.5   13.6     13.7   20.1   20.2     20.3
4	Att läsa:         Boken kap 14.1 - 14.9 (delvis repetition från grundkursen)                       Kompendiet sid 13-20 Att räkna:       Övningsboken tal   14.1a-b     14.3b   14.5   14.9     14.11   14.12                      14.13  14.14                       Kompendiet tal 7.2   7.3*   7.6
5	Att läsa:         Boken kap 21 och avsnitt 14.10                       Praktisk Reglerteknik kap 1 (bredvidläsning) Att räkna:       Kompendiet tal 8.1     8.3*   8.4   9.2     9.3   9.8
6	Att läsa:         Boken kap 19.1 - 19.5 Att räkna:       Övningsboken tal 19.6     19.7   19.8 Övrigt:           Arbeta med inlämningsuppgiften
7	Att läsa:         Boken kap 23 Att räkna:       Övningsboken   3.3     19.13 Övrigt:           Gör klar inlämningsuppgiften
8	Att läsa:         Plugga in alla begrepp och annat i faktaavsnitten i kursen. Att räkna:     Repetera tidigare räknade uppgifter så att du vet säkert hur man                      löser dem.                        Räkna gamla tentauppgifter.

 

Repetition

Eftersom detta är en fortsättningskurs är det viktigt att repetera innehållet i grundkursen (Dynamiska System och Reglerteknik). De viktigaste delarna för repetitionen framgår av listan nedan. Kapitelhänvisningen gäller boken Modern Reglerteknik. Repetitionen ska främst göras på egen hand och helst under de två-tre första veckorna i kursen, då det finns tid inlagd för detta i kursplaneringen.

 

Kapitel 1-3                         Introduktion mm                                Läs som repetition

Kapiel 4                             Reglerprinciper                                Jätteviktigt

Kapitel 6                            Laplacetransformering mm                Läs som repetition

Kapitel 7                            Modellering och identifiering          Jätteviktigt

Kapitel 8                            Blockschemareduktion                       Jätteviktigt

Kap 9-10                            Frekvensegenskaper mm                    Inte viktigt i denna kurs

Kap 11.1-11.2                     Dimensionering, tumregelmetoder  Läs som repetition

Kap 14                               Tillståndsmodeller                         Jätteviktigt

Kap 15-16                          Tidsdiskret reglering                       Jätteviktigt

 

Bra repetitionsuppgifter:

2.2   3.8   4.1   4.7   4.9   4.10   4.11   6.5   6.7   6.8 7.4   8.1   8.3   8.4   8.7   11.1   12.5   16.4   16.5  

  

Något om tentan

Tentan består mest av räknefrågor men även några faktafrågor (begrepp som ska förklaras mm). Vanligen omfattar tentamen 25 poäng. För betyg tre, fyra och fem krävs 40, 60 resp 80% rätt. För att få slutbetyg måste även alla laborationer och inlämningsuppgifter vara godkända.

 

OBS. Några av de räkneuppgifter som kommer på tentan tas direkt från de uppgifter som vi räknar på föreläsningarna, dock ibland med något ändrade siffervärden och möjligen något annorlunda formuleringar.

 

Tilläggsdelen

Tilläggsdelen är avsedd för de som vill göra ett extra fördjupningsarbete inom ämnet. Tilläggsdelen ger extra bonuspoäng beroende på dess kvalitet. Tilläggsarbetet kan ha olika karaktär, se nedan. Uppgiftens innehåll diskuteras med läraren som också kan ge förslag på lämplig extra litteratur mm. Det är tillåtet att arbeta två och två under detta arbete. De studenter som vill göra ett tilläggsarbete anmäler sig till läraren under lv 1-2 av kursen.

1. Extra studiearbete                                                     (1- 4 bonuspoäng)

Arbetet är att man fördjupar sig i ett visst område som inte ingår i grunddelen. Det betyder att man läser in sig på ett område, skriver en rapport och håller en presentation på ca 15-20 minuter för övriga klassen. Några exempel på områden som man kan fördjupa sig i:

• Artificiella neurala nätverk.
• Reglerteknik inom fastighetsautomation.
• State of the art inom humanoid-forskningen.
• Avancerade reglersystem i bilar.

2. Simulering och dimensionering      (1- 4 bonuspoäng)

Ett arbete för den som vill göra en extrauppgift i Matlab / simulink. Arbetet ska redovisas i form av rapport och presentation på ca 15-20 minuter. Exempel på tänkbara uppgifter inom detta område:

• Jämförelse och simulering av olika metoder för inställning av PID-regulatorer. Fördelar och nackdelar med metoderna.
• Simulering av några reglersystem dimensionerade med polplaceringsmetoden; t ex processer av högt ordningstal, instabila system, inverterade pendlar mm.
• Dimensionering och simulering av speciella tekniska system med Simulink; t ex kösystem för bilar, olineära processer, system med parameterstyrning mm.

 

Hur många bonuspoäng får jag?

Antalet bonuspoäng beror på storleken och kvaliteten på ditt arbete.

Tilläggsdelen kan hjälpa dig att få ett högre betyg på kursen.

För att få bonuspoäng måste du ha minst nio poäng på tentan, annars delas inget bonuspoäng ut. (Tentapoängen är på detta sätt viktigare än bonuspoängen)

Några exempel:

Om du har 13 poäng på tentan och 3 bonuspoäng så får du totalt 16 poäng (betyg 4)

Om du har 16 poäng på tentan och 4 bonuspoäng så får du totalt 20 poäng (betyg 5)

Om du har 8 poäng på tentan och 4 bonuspoäng får du totalt 8 poäng (underkänd)

Om du har 9 poäng på tentan och 1 bonuspoäng får du totalt 10 poäng (betyg 3)

 

Bonuspoängen kan sparas till kommande omtentor under det närmaste läsåret, men ej längre.

 

Bredvidläsning för intresserade

Några exempel på fördjupningsböcker framgår av nedanstående lista. Vissa kapitel ur dessa böcker kan även ingå som material till tilläggsdelen.

• Ljung, Lennart och Glad, Torsten, Modellbygge och simulering, bra, teoretisk bok för den som vill fördjupa sig i modellering och identifiering av fysikaliska processer. Används som kurslitteratur på civilingenjörsutbildningen. Har tidigare även använts som kurslitteratur på datorstödd automation på Lindholmen.
• Hägglund Tore, Praktisk processreglering, Studentlitteratur, Bra bok för den som ska arbeta med reglering i processindustrin. Har tidigare använts som kurslitteratur.
• Forsman, Krister, Reglerteknik för processindustrin, Studentlitteratur. Är en annan bra bok för den som ska arbeta med reglering i processindustrin.
• Eva Pärt-Enander, Anders Sjöberg: Användarhandledning för Matlab, Uppsala universitet, Uppsala, allmän bok om Matlab på svenska. Kan också vara värdefull vid framtida yrkesverksamhet.
• Thomas, Bertil, Framtidens intelligens, Studentlitteratur. Populärvetenskaplig bredvidläsningsbok från 2003 om framtidens intelligenta teknik. Mycket om återkoppling, neurala nätverk, robotar mm. Finns i pdf-format på hemsidan.
• Persson, Per-Göran, Reglerhandbok – VVS-system, Liber Utbildning. Bok om reglerteknik inom fastighetsautomation, klimatreglering i byggnader mm.
• Schmidtbauer, Bengt, Modellbaserade reglersystem, Studentlitteratur. Fördjupningsbok i reglerteknik.