Väg- och vattenbyggnad, Teknisk fysik och elektroteknik
Institution
Institutionen för system- och rymdteknik (SRT)
Lärandemål
Syftet med kursen är att studenten skall tillägna sig grundläggande kunskaper om återkopplande system, deras design och hur de används i reglertekniska tillämpningar.
Studenten skall kunna:
visa kunskap om grundläggande metoder och terminologi inom mätteknik.
visa grundläggande kunskap om beprövade metoder för design av mätsystem.
visa kunskap om grundläggande reglertekniska metoder och terminologi.
visa ett grundläggande kunnande om beprövade metoder för design av regulatorer.
demonstrera förmåga att modellera och simulera dynamiska system.
med hjälp av matematiska metoder analysera statiska-, dynamiska- och frekvensegenskaper hos dyamiska system.
använda vanliga metoder för att dimensionera och analysera regulatorer.
visa förmåga att i grupp designa och implementera regulatorer, samt utvärdera deras prestanda för en verklig process.
visa förmåga att muntligt och skriftligt redogöra för det praktiska arbetet med modellering, design och implementering av reglering för en verklig process.
identifiera enkla regulatorers användbarhet och begränsningar samt identifiera behovet av mer avancerade metoder.
Kursinnehåll
Reglerteknik är läran om styrning av processer. Ett typiskt exempel är farthållaren i en bil (bilen är i detta fall "processen" ) som genom att variera gaspådraget ("insignalen" till processen) ser till att hålla hastigheten ("utsignalen" av processen) konstant trots uppförsbackar och motvind (så kallade "störningar"). Andra vanliga exempel finns bland annat inom processindustri, där det kan gälla att styra tryck och temperaturer, och inom kommunikationsteknik där man vill styra dataöverföringshastigheter och sändareffekter. Reglerteknisk teori är dock inte begränsad till tekniska processer utan kan även tillämpas inom t.ex. ekonomi och medicin. Ett exempel är människokroppens eget, mycket sofistikerade, reglersystem, som förmår hålla kroppstemperaturen konstant på 37 grader Celsius trots variationer i omgivningens temperatur och håller kroppsvikten konstant trots idoga försök till bättre kosthållning och träning. Denna kurs är vår grundkurs i reglerteknik och täcker de vanligaste klassiska metoderna för analys och syntes av återkopplade reglersystem för ett brett spektrum av tekniska processer. Kursen ger ingående kunskaper i ämnet, tillräckliga för icke-specialister i reglerteknik för kunna utveckla enkla reglersystem. Kursen är en nödvändig bas för fortsatta studier i ämnet. Under kursens gång kommer följande metoder och begrepp att diskuteras: Inledning: Introduktion av vanliga reglertekniska begrepp, t ex statiska system, dynamiska system, process, referenssignal (börvärde), styrsignal, utsignal (ärvärde), störning, öppna system, mätsignal, åter-koppling, regulator. Dynamiska modeller: Matematisk modellering av fysikaliska system. Differentialekvationer. Differentialekvationer på tillståndsform. Linjärisering. Simulering: Introduktion till simulering av dynamiska system med hjälp av Matlab/Simulink. Matematiska hjälpmedel: Laplacetransformen och dess egenskaper. Överförings-funktion. Statisk förstärkning. Super-positions-principen. Blockscheman. Specifikationer. Stigtid. Insvängningstid (lösningstid). Översläng. Poler. Nollställen. Experimentiellt modellbygge. Återkopplade system: PID-regulatorn. Processtörningar. Kvarstående reglerfel. Ziegler-Nichols metoder. Stabilitetsbegrepp. Frekvensbeskrivning: Frekvensfunktionen. Frekvensanalys. Bodediagram. Asymptotiska Bodediagram. Stabilitet. Stabilitetsmarginaler. Kompensering. Känslighet. Tidsfördröjningar. Digital Reglering: Översättning av kontinuerliga regulatorer. Sampling.
Förutsättningar
Grundläggande behörighet samt Grundläggande kunskaper om Laplacetransformen, exempelvis från kursen M0018M Linjär analys, 7,5 hp eller M0053M Linjära system och transformmetoder, 7,5 hp. Kunskaper om fysik motsvarande kursen F0004T Fysik 1, 7,5 hp