Kursplan för Reglerteknik

• 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.

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.

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

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.

Skriftlig tentamen and godkända inlämningsuppgifter.