Control Engineering and Servo System Design (4 cr)

Objectives (course unit)

The student understands the significance of sustainable development when designing servo systems for machine automation applications.
The student understands the importance of cost-effectiveness, quality and safety when designing motion control applications.
The student is able to dimension and select the components for typical machine automation servo systems.
The student masters the basics of control engineering.
The student is able to exploit a modeling and simulation software for designing and analyzing a servo system.
The student is capable of designing a basic control structure for a servo system.

Content (course unit)

In the course, the structure and different implementation approaches of servo systems for motion control systems are studied.

The mathematical modeling of dynamic systems based on differential equations are studied as well as the modeling in the frequency domain obtained by Laplace transformation.

The basic of control engineering, analysis methods of dynamic systems and basic controller structures of servo systems are considered.

The course includes a project task which involves dimensioning, modeling, simulation and control design of a servo system with a CAD-software.

Exam schedules

Sovitaan kurssin aikana.

Evaluation methods and criteria

Välikokeet 2kpl tai tentti määräävät 50% kurssiarvosanasta
Harjoitustyö 50% kurssiarvosanasta.

Teaching methods

Teoriaopetus, laskuharjoitukset, Matlab/Simulink-harjoitukset, pienryhmätyöskentely, oppimispäiväkirja

Learning materials

Säätötekniikan perusteita. Savolainen & Vaittinen
Servotekniikka. Fonselius et al.
Muu jaettava materiaali

Student workload

Lähiopetus 42h. Itsenäinen työskentely 64h. Yhteensä 106 h

Further information

Literature:
Jari Savolainen, Reijo Vaittinen: Säätötekniikan perusteita

Assessment criteria - fail (0) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

Hylätty välikoe-/tenttisuoritus, hylätty harjoitustyö.

Assessment criteria - satisfactory (1-2) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

Tyydyttävä taso (1-2): Opiskelija tunnistaa servojärjestelmien komponentit/toimilaitteet ja ymmärtää servojärjestelmien toimintaperiaatteen sekä säätötekniikan hyödyt servojärjestelmissä. Osaa avustettuna mitoittaa ja valita komponentit tyypilliseen servojärjestelmään. Osaa avustettuna määritellä mekatronisen järjestelmän differentiaaliyhtälömallin ja määritellä differentiaaliyhtälömallista siirtofunktiomallin. Osaa analysoida järjestelmän dynaamiset ominaisuudet (mm. Bode-diagrammi), mallintaa ja simuloida järjestelmä Matlab/Simulink -ympäristössä sekä suunnitella tyypilliselle servojärjestelmälle perussäätimen.

Assessment criteria - good (3-4) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

Hyvä taso (3-4): Opiskelija tunnistaa servojärjestelmien komponentit/toimilaitteet ja ymmärtää servojärjestelmien toimintaperiaatteen sekä säätötekniikan hyödyt servojärjestelmissä. Osaa itsenäisesti mitoittaa ja valita komponentit tyypilliseen servojärjestelmään ja osaa perustella valintansa. Osaa määritellä mekatronisen järjestelmän differentiaaliyhtälömallin ja määritellä differentiaaliyhtälömallista siirtofunktiomallin. Hallitsee siirtofunktioalgebran. Osaa analysoida järjestelmän dynaamiset ominaisuudet (mm. Bode-diagrammi), mallintaa ja simuloida järjestelmä Matlab/Simulink -ympäristössä sekä suunnitella tyypilliselle servojärjestelmälle perussäätimen. Osaa perustella säätöparametrien valinnan. Hallitsee servojärjestelmien säätösuunnittelun kokonaisvaltaisesti

Assessment criteria - excellent (5) (Not in use, Look at the Assessment criteria above)

Kiitettävä taso (5): Opiskelija tunnistaa servojärjestelmien komponentit/toimilaitteet ja ymmärtää servojärjestelmien toimintaperiaatteen sekä säätötekniikan hyödyt servojärjestelmissä. Osaa itsenäisesti mitoittaa ja valita komponentit monimutkaisempaankin servojärjestelmään ja osaa perustella valintansa. Hallitsee hyvin mekatronisen järjestelmän differentiaaliyhtälö- ja siirtofunktiomallinnuksen sekä siirtofunktioalgebran. Osaa kattavasti analysoida järjestelmän dynaamiset ominaisuudet (mm. Bode-diagrammi), mallintaa ja simuloida järjestelmä Matlab/Simulink -ympäristössä sekä suunnitella tyypilliselle servojärjestelmälle perussäätimen lisäksi myös kehittyneempää ratkaisua. Osaa perustella säätimen ja säätöparametrien valinnan. Hallitsee servojärjestelmien säätösuunnittelun kokonaisvaltaisesti.