Μαθήματα

Συστήματα Aυτομάτου Eλέγχου ΙΙΙ

Γενικά

Περιεχόμενα μαθήματος

1 – Εισαγωγή στην σχεδίαση ελεγκτών
1.1 Βασικές προδιαγραφές στο πεδίο του χρόνου
1.2 Τύποι ελεγκτών-αντισταθμιστών
1.3 Κατηγορίες προβλημάτων ελέγχου
1.4 Διαγράμματα βαθμίδων κλειστού βρόχου με διάφορες εισόδους
1.5 Επίδραση διαταραχών, θορύβου και συναρτήσεις ευαισθησίας
2 – Βασικά εργαλεία σχεδίασης
2.1 Γεωμετρικός τόπος ριζών
2.2. Διαγράμματα Bode
3 – Σχεδίαση με τόπο ριζών
3.1 Eλεγκτές-αντισταθμιστές προπορείας/καθυστέρησης φάσης
3.2 Eλεγκτές-αντισταθμιστές δύο όρων (PI,PD)
3.3 Eλεγκτές-αντισταθμιστές τριών όρων (PID)
4 – Σχεδίαση στο πεδίο της συχνότητας
4.1 Βασικές προδιαγραφές στο πεδίο της συχνότητας
4.2 Eλεγκτές-αντισταθμιστές προπορείας/καθυστέρησης φάσης
4.3 Eλεγκτές-αντισταθμιστές δύο όρων (PI,PD)
4.4 Eλεγκτές-αντισταθμιστές τριών όρων (PID)
5– Εμπειρική και ημιεμπειρική σχεδίαση
5.1 Σχεδίαση ελεγκτών τριών όρων (PID) με κανόνες
Ziegler Nichols, Cohen-Coon, CHR
5.2 Αυτορύθμιση με ηλεκτρονόμο (relay feedback tuning)
6–Ειδικά θέματα σχεδίασης
6.1 Φίλτρο εγκοπής (Notch filter)
6.2 Συνδυασμός Notch με PI/PID (ολοκληρωτική δράση)
6.3 Εναλλακτικές μορφές υλοποίησης αλγορίθμου τριών όρων
(παράλληλη, σειριακή, πρακτική)
6.4 Πρακτικοί περιορισμοί και τεχνικές επίλυσης
(integrator windup, derivative filter, bumpless transfer)
7– Ελεγκτές με πρόσθετους βαθμούς ελευθερίας
7.1 Σχεδίαση ελεγκτών δύο βαθμών ελευθερίας (prefilter,cascade)
7.2 Σχεδίαση τροποποιημένων ελεγκτών με πρόσθετα χαρακτηριστικά
8 – Προσομοίωση και υλοποίηση συστημάτων ελέγχου
8.1 Υλοποίηση με ενεργά και παθητικά στοιχεία
8.2 Εφαρμογές σε περιβάλλον MATLAB/SIMULINK με έμφαση σε
σερβοκινητήρια συστήματα

Μαθησιακοί Στόχοι

Σκοπός του μαθήματος είναι η εισαγωγή στην σχεδίαση αντισταθμιστών συστημάτων συνεχούς χρόνου έτσι ώστε να ικανοποιούνται δεδομένες προδιαγραφές. Αναλύονται διάφορες τεχνικές σχεδίασης, αναλυτικές και γραφικές και με χρήση και των δύο μαθηματικών μοντέλων, συνάρτησης μεταφοράς και χώρου κατάστασης. Μελετώνται διάφοροι τύποι ελεγκτών (σειράς, ανάδρασης και εισόδου) και συνδυασμοί αυτών. Παρουσιάζονται επίσης και εμπειρικές τεχνικές, στην περίπτωση που δεν είναι διαθέσιμο το μαθηματικό μοντέλο του συστήματος. Η συνεπής κι επιτυχής παρακολούθηση του μαθήματος έχει ως προσδοκώμενο αποτέλεσμα να καταστήσει το φοιτητή/τη φοιτήτρια
ικανό/ικανή:
α) να σχεδιάζει αντισταθμιστές διαφόρων τύπων (σειράς, εισόδου, ανάδρασης ή και συνδυασμό αυτών) για την ικανοποίηση δεδομένων σχεδιαστικών προδιαγραφών/στόχων με διάφορες τεχνικές, με οποιοδήποτε μαθηματικό μοντέλο, ή ακόμη και όταν το μαθηματικό μοντέλο δεν είναι διαθέσιμο,
β) να επιβεβαιώνει την σχεδίαση με προσομοίωση σε περιβάλλον ΜΑTLAB/SIMULINK,
γ) να υλοποιεί αντισταθμιστές με ενεργά ή παθητικά στοιχεία και να αντιμετωπίζει τις πρακτικές δυσκολίες και τους περιορισμούς που παρουσιάζονται.

Γενικές Ικανότητες

Εφαρμογή της γνώσης στην πράξη, αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών, λήψη αποφάσεων, αυτόνομη εργασία, ομαδική εργασίες, εργασία σε διεθνές περιβάλλον, εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.

Μέθοδοι Διδασκαλίας

Θεωρητική από έδρας διδασκαλία με συζήτηση και ενεργή συμμετοχή των φοιτητών. Οι διαλέξεις του μαθήματος υποστηρίζονται από διαφάνειες παρουσίασης του συνόλου της εκπαιδευτικής ύλης, ενώ ο λευκός πίνακας χρησιμοποιείται: α) για την εμβάθυνση επιλεγμένων θεματικών ενοτήτων, β) για την προαγωγή της ενεργούς συμμετοχής των φοιτητών στη βήμα-προς-βήμα επίλυση προβλημάτων, γ) τη διεξοδική επίλυση Ασκήσεων Πράξης.

Αξιολόγηση Φοιτητών

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος διαμορφώνεται κατά 80% από τον βαθμό του θεωρητικού μέρους και κατά 20% από τον βαθμό της υποχρεωτικής ατομικής εργασίας. Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα στους φοιτητές από την ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος. Η γραπτή τελική εξέταση του θεωρητικού μέρους δύναται να περιλαμβάνει:, α) Επίλυση προβλημάτων εφαρμογής των γνώσεων που αποκτήθηκαν β) Ερωτήσεις σύντομης απάντησης, γ) Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος ΕΥΔΟΞΟΣ
1. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, 2017, Μαλατέστας Παντελής, Εκδ.Α. Τζιόλα & Υιοι Α.Ε.
2. Σύγχρονα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, 2017, Dorf & Bishop, Εκδ. Α. Τζιόλα & Υιοι Α.Ε.
3. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, 2016, Nise, Eκδ. Γρηγόριος Χρυσοστόμου Φούντας
4. Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, 2012, Shahian & Hostetter & Stefani, Eκδ. Επίκεντρο Α.Ε.
Συγγράμματα αποθετηρίου Κάλλιπος
1. Σύγχρονη θεωρία ελέγχου , Πουλιέζος Αναστάσιος
2. Αυτόματος έλεγχος υδραυλικών και πνευματικών συστημάτων, Σκαρπέτης Μιχάλης, Κουμπουλής Φώτης
3. Γραμμικά και μη γραμμικά συστήματα αυτόματης ρύθμισης διεργασιών και συστημάτων, Μπάφας Γεώργιος, Σιέττος Κωνσταντίνος
Ξενόγλωσσα συγγράμματα
1. Modern Control Engineering, Ogata
2. Design of Feedback Control Systems, Stefani, Bahram Shahian, Clement J. Savant
3.Control System Engineering, Norman Nise