Systeemit ja säätö (5op)

Osaamistavoitteet

Opintojakso tutustuttaa systeemien hallinnan kokonaisuuteen ja käsitteistöön sekä esittelee deterministisen lineaarisen aikainvariantin diskreettiaikaisen järjestelmän analysoinnin ja säädön menetelmiä.Osaa (arvosana 3/5):1. tunnistaa systeemien hallinnan peruskäsitteet ja elementit, ja määritellä opintojaksolla esitellyt menetelmät suhteessa näihin;2. mallintaa mallikonversioiden avulla;3. analysoida lineaarisen systeemin stabiiliuden, ohjattavuuden ja tarkkailtavuuden;4. suunnitella takaisinkytketyn tilasäädön;5. suunnitella Smith-prediktorin; 6. suunnitella tilaestimaattoreita7. soveltaa z-muunnosta, z-siirtofunktiota ja tilaesitystä analyyseissa ja synteeseissä8. hahmottaa jatku-aikaisen systeemiteorian ja diskreettiaikaisen systeemiteorian samanlaisuudet ja erilaisuudet niiden syyt tiedostaen. Arvosana (1/5): vähintään kolme oppimistavoitteista täyttyy.

Sisältö

YdinsisältöSysteemin käsite ja systeemin hallinnan elementit. LTI-systeemi (Linear Time-Invariant) eli lineaarinen aikainvariantti systeemi. Diskreettiaikaisen ilmiön ei-kokeellinen mallintaminen. Näytteenottoteoreema. Alkeislohkokaavio. z-muunnos, z-käänteismuunnos, z-siirtofunktio, operaattorisiirtofunktiot. Tilaesitys.Stabiilius, ohjattavuus, tarkkailtavuus, taajuusvaste, juuriura. Diskreetin ajan ja jatkuvan ajan mallien välinen yhteys ja diskreetin ajan malleihin liittyvät rajoitukset. Takaisinkytketyn säädön suunnittelu, mukaanlukien integroiva säätö ja Repetitive ControlTilatakaisinkytkentöjen, tilaestimaattorien ja estimaattoripohjaisten säätimien suunnittelu.LTI-mallien ZOH-diskretoinnin menetelmätHerkkyysanalyysiOperaattorisiirtofunktiotSiirtofunktion tilaesityksiäTäydentävä tietämysPerus-Matlabin tarjoamia simulointimahdollisuuksiaMatlab-funktion luominenTehokkaat stabiiliustestitOminaisarvon, DC-vahvistuksen ja vasteen herkkyysAikainvarianttisuus & Aikavarianttien systeemien tarkastelujaTilaesityksen ja siirtofunktiomatriisin muodostaminen alisysteemien vastaavasta mallistaLaskennan luotettavuuden parantaminen

Esitietovaatimukset

Perustiedot analogisesta säätötekniikasta sis. differentiaaliyhtälöt, viivemallit, siirtofunktio, taajuusvaste, PID-säädin sekä kompleksilukujen, polynomien ja matriisien peruskäsitteet ja alkeiskäyttö. Ennen opintojaksolle ilmoittautumista tulee olla osallistunut opintojakson AUT.110 Automaatio oppimistapahtumiin. Opintojakson Automaatio sijasta kelpaavat myös opintojaksot Introduction to Control ja Järjestelmien ohjaus.

Lisätiedot

Vastaava kv-opintojakso on kevätlukukauden AUT.210. Sitä suositellaan vaihtoon lähteville.Osat A, B ja C  (Aiheet 01-12 ja pakolliset PC-työt) tentitään testeillä (osatenteillä) A, B ja C. Testit pyritään järjestämään EXAM-luokissa Open Book -kokeina, joissa opiskelijalla on käytössään luentojen kalvot ja prujut, matematiikkaprujuja, Tenttikaavasto ja Matlabin dokumentaatio mutta ei harjoitusten eikä PC-töiden materiaaleja. Jotkut tehtävät edellyttävät Matlab-taitoja (peruskomennot, funktioiden käyttö, skriptin luominen, Simulink, Control System Toolbox). Manuaalista laskemista saa korvata SMT-työllä (Symbolix Math Toolbox).Aiheiden 01-12 luennot ja laskuharjoitukset ovat vapaaehtoiset. Vapaaehtoiset PC-harjoitukset 01-12 antavat mahdollisuuden hankkia takuupisteitä. Vapaaehtoiset PC-harjoitukset 13-14 ovat lisäpisteitä tuottavia bonustöitä.Videoita jaetaan Panopto-palvelussa, muita tiedostoja Moodlessa. Osasuoritusten pitää liittyä samaan toteutuskertaan.