Kursplan för Reglerteknik

Kursplan fastställd 2021-02-26 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnAutomatic control
  • KurskodERE033
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareTKMAS
  • UtbildningsnivåGrundnivå
  • HuvudområdeAutomation och mekatronik, Elektroteknik
  • InstitutionELEKTROTEKNIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Svenska
  • Anmälningskod 55123
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterNej
  • Endast studenter med kurstillfället i programplan.

Poängfördelning

0107 Konstruktionsövning + lab 2 hp
Betygsskala: UG
2 hp
    0207 Tentamen 5,5 hp
    Betygsskala: TH
    5,5 hp
    • 14 Jan 2022 fm J
    • 11 Apr 2022 fm J
    • 19 Aug 2022 fm J

    I program

    Examinator

    Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

    Behörighet

    Grundläggande behörighet för grundnivå
    Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

    Särskild behörighet

    Samma behörighet som det kursägande programmet.
    Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

    Kursspecifika förkunskaper

    Matematiska begrepp som måste behärskas före kursstart är: - Komplexa tal - Linjär algebra - Taylorutveckling - Ordinära differentialekvationer Det förutsätts även att man har kunskaper om de grundläggande fysikaliska samband som behövs för att ställa upp energi-, kraft- och materialbalanser.

    Syfte

    Kursen syftar till att hjälpa studenter inom ämnet maskinteknik att förstå hur reglerteknik kan användas för att utveckla och realisera styrfunktioner för maskintekniska system. Därutöver syftar kursen till att vidga studentens perspektiv på tekniska systems genom att fördjupa förståelsen för hur mekanik, elektronik, datorteknik och reglerteknik samverkar samt hur detta kan utnyttjas för integrerad reglerdesign och maskinkonstruktion. Dessa insikter kan utnyttjas till att förbättra och utveckla nya produkter som erbjuder ny funktionalitet och förbättrad prestanda. Kursen bygger vidare på de grundläggande kurserna i matematik, mekanik och programmeringsteknik samt ska förbereda för vidare studier inom ämnen där grundläggande kunskaper i dynamiska system och reglerteknik krävs.

    Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

    uppvisa grundläggande kunskaper i reglertekniska analys- och designmetoder för att på ett ingenjörsmässigt vis kunna lösare enklare reglerproblem. Mer specifikt skall studenten kunna:
    • Definiera reglerproblemet. Definiera begreppen återkoppling och framkoppling.
    • Beskriva och förklara de viktigaste egenskaperna hos linjära system. Förklara hur frekvensinnehållet i en signal kan analyseras.
    • Sätta upp en dynamisk modell för enklare mekaniska, elektriska och kemiska system.
    • Förklara  möjligheterna och begränsningarna med tillståndsmodeller samt överföringsfunktioner.
    • Transformera mellan dessa representationer i de fall det är möjligt. Beräkna linjära approximationer av olinjära modeller samt förklara begränsningarna hos den linjära approximationen.
    • Göra stabilitetsanalys av linjära dynamiska system samt förklara det återkopplade systemets stabilitetsegenskaper utifrån Nyquistkriteriet.
    • Förklara hur återkoppling och framkoppling kan utnyttjas för att minska inverkan av process- och mätstörningar samt parametervariationer i den styrda processen,  samt även förklara begränsningarna för återkoppling resp. framkoppling.
    • Designa enklare regulatorer som uppfyller givna specifikationer givna som 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.

    Innehåll

    Introduktion: Exempel på reglerproblem, dynamiska syste, återkoppling och framkoppling, kompensering av störningar, hantering av parametervariationer, inverkan av mätstörningar och styrsignalbegränsningar.

    Grundläggande signalteori: Frekvensanalys av signaler. Dynamiska modeller: Differentialekvationer, Laplace transformen, överföringsfunktioner, blockschema, viktfunktion, frekvensfunktion, transient- och frekvensanalys, Bodediagrammet. Principer för framtagning av dynamiska modeller för tekniska system. Tillståndsmodeller, olinjäriteter, linjärisering. Analys av återkopplade system: Stabilitet, Nyquistkriteriet, stabilitetsmarginaler, känslighet. Prestanda, transienta och stationära egenskaper, specifikation i tids- och frekvensplanet.

    Dimensionering av reglersystem: Grundläggande principer för regulatordesign, möjligheter och begränsningar beroende på motsättningar mellan olika frekvensområden. Design av PI- och PID-regulatorer, kaskadreglering och framkoppling. Tillståndsåterkoppling.

    Implementering: Implementering av regulator i dator. Sampling och dess konsekevenser. Översättning av tidskontinuerlig regulator till motsvarande tidsdiskret.

    Laborationer/Inlämningsuppgifter: Modellering, simulering, reglerdesign och implementering av en balanserande robot. Studenterna har fri tillgång till en fysisk roboten under hela kursens gång. Redovisingen sker i form av tre inlämningsuppgifter som redovisas både skriftligen och muntligen. Modellering/simulering och reglerdesignen görs med hjälp av Matlab/Simulink. Implementeringsdelen görs i Arduino utvecklingsmiljö.

    Organisation

    Undervisningen ges i form av föreläsningar, gruppövningar och tre inlämningsuppgifter (modelling, simulering, reglering och implementering av en balanserande robot).

    Litteratur

    B Lennartson: Reglerteknikens grunder, Studentlitteratur och Reglerteknik M (Föreläsningsanteckningar av Bo Egardt och Knut Åkesson). Reglerteknikens grunder - övningstal, kompendium. Reglerteknik M3 och D3 - formelsamling, kompendium. Övrigt material - se kurshemsidan.

    Examination inklusive obligatoriska moment

    Skriftlig tentamen and godkända inlämningsuppgifter.

    Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.