Ψηφιακά Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές/ήτριες θα κατέχουν προηγμένες γνώσεις, δεξιότητες και ικανότητες στο αντικείμενο, ώστε να είναι σε θέση:

• Να γνωρίζουν, κατανοούν και περιγράφουν με διαγράμματα τις διαφορές των συστημάτων ελέγχου συνεχούς και διακριτού χρόνου.
• Να αναγνωρίζουν και να κατηγοριοποιούν τα συστήματα σε αναλογικά, ψηφιακά και υβριδικά και να χρησιμοποιούν μαθηματικά εργαλεία για να τα μοντελοποιήσουν.
•  Να εφαρμόζουν τις μεθόδους μετατροπής δεδομένου συστήματος από συνεχούς σε διακριτού χρόνου.
• Να αναλύουν κλειστά ΣΑΕ διακριτού χρόνου στο χώρο κατάστασης και να υπολογίζουν τη χρονική και συχνοτική τους απόκριση.
• Να ελέγχουν και να αποφαίνονται για την ευστάθεια ΣΑΕ διακριτού χρόνου.
• Να σχεδιάζουν και να συνθέτουν ελεγκτές και να τους προγραμματίζουν σε ψηφιακό υπολογιστή.
• Να συνεργάζονται με επιστήμονες και τεχνικούς συναφών πεδίων για τη μεταφορά της γνώσης και την αξιοποίηση των μεθόδων που διδάχθηκαν σε κλειστά συστήματα διαφόρων τύπων (ενεργειακά, υδραυλικά, μηχανικά, πνευματικά, κ.α.)

 

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
• Ομαδική εργασία
• Αυτόνομη εργασία
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Θεωρητικό μέρος

1. Εισαγωγή στον έλεγχο διακριτού χρόνου, ιστορική αναδρομή, σύγκριση με τα συστήματα ελέγχου συνεχούς χρόνου.
2. Σύντομη επανάληψη των βασικών εννοιών συστημάτων συνεχούς και διακριτού χρόνου. Εφαρμογή του Μετασχηματισμού Ζ και του αντιστρόφου του σε ρητές συναρτήσεις μεταφοράς. Συναρτήσεις μεταφοράς υβριδικών συστημάτων.
3. Διακριτοποίηση συστήματος: κυριότερες μέθοδοι (impulse invariance, zero-order hold (ZOH), διγραμμικός μετασχηματισμός (Bilinear transform), Pade approximation). Ιδιότητες – φαινόμενα αλλοίωσης.
4. Περιγραφή συστήματος διακριτού χρόνου μέσω διακριτών εξισώσεων κατάστασης. Ευθεία μορφή (Observer Canonical Form) & Κανονική μορφή (Controller Canonical Form), Σειράς, Παράλληλη. Κατάστρωση και επίλυση εξισώσεων κατάστασης. Χρονική και συχνοτική απόκριση.
5. Ανάλυση κλειστού ΣΑΕ διακριτού χρόνου στο χώρο κατάστασης. Ελεγξιμότητα (controllability) & παρατηρησιμότητα (observability) ΣΑΕ διακριτού χρόνου. Μελέτη ευστάθειας συστημάτων διακριτού χρόνου. Μέθοδοι και κριτήρια: κριτήριο μοναδιαίου κύκλου, κριτήριο Jury, γεωμετρικός τόπος ριζών, κριτήριο Nyquist, κριτήριο Bode.
6. Σχεδίαση ψηφιακών ελεγκτών (σχεδίαση από αναλογικά πρότυπα, σχεδίαση στο διακριτό πεδίο, Dead-beat control, Luenberger observers, έλεγχος με ανατροφοδότηση κατάστασης (state feedback), έλεγχος με ολοκληρωτή, παρατηρητές κατάστασης και εξόδου).
7. Σχεδίαση ψηφιακών ελεγκτών τριών όρων (PID) και υποπεριπτώσεις τους στο διακριτό χρόνο. Σχεδίαση και ρύθμιση παραμέτρων μέσω Η/Υ.

 

Πρακτικό μέρος

1. 1η Ομάδα ασκήσεων: Σχεδίαση ελεγκτών σε περιβάλλον προσομοίωσης (matlab/simulink)
2. 2η Ομάδα ασκήσεων: Υλοποίηση ελεγκτών σε προγραμματιζόμενους λογικούς ελεγκτές (PLCs)
3. 3η Ομάδα ασκήσεων: Υλοποίηση ελεγκτών σε μικροεπεξεργαστές / mini PCs τύπου Raspberry-pi.

 

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Θεωρητικό μέρος μαθήματος:
Πρόοδος 30% και Τελική Εξέταση 70%

Η εξέταση γίνεται στην ελληνική γλώσσα και περιλαμβάνει ερωτήσεις κατανόησης, ασκήσεις εφαρμογής, προβλήματα ανάλυσης συστημάτων, προβλήματα σχεδίασης / σύνθεσης συστημάτων και ερωτήσεις κρίσεως.

Πρακτικό μέρος μαθήματος:
Αξιολογείται η κάθε άσκηση/εργασία χωριστά και η τελική βαθμολογία προκύπτει ως ο μέσος όρος των επιμέρους βαθμολογιών.

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Π. Β. Μαλατέστας, Ψηφιακός Έλεγχος, Εκδόσεις Τζιόλα, 2016, ISBN: 960-418-571-3
2. Ν. Α. Πανταζής, Ψηφιακά Ηλεκτρικά Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου – I, Εκδόσεις Ίων, 1992, ISBN: 960-405- 308-8 Set.
3. Ν. Πανταζής, Δ. Κανδρής, Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου και Αυτοματισμών, Εκδόσεις Αθ. Σταμούλης Α.Ε., 1ε Έκδοση, Αθήνα 2006, ISBN-13 978-960-351- 661-3, σελ. 481.
4. Π. Ν. Παρασκευόπουλος, Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, Θεωρία και Εφαρμογές, Τόμος Β: ΣΑΕ Διακριτού Χρόνου, 2007.
5. Σύρκος Γεώργιος, Ψηφιακός Έλεγχος, Κλασσικός-Σύγχρονος-Εξελικτικός, με Matlab, 2004.
6. F. Petruzella, Προγραμματιζόμενοι Λογικοί Ελεγκτές, (μτφρ.), Εκδόζεις Τζιόλα, 1991.
7. K. A. Astrom, B. Wittenmark, Computer-Controlled Systems: Theory and Design, 3rd Edition, 2011.
8. K. Ogata, Discrete-Time Control Systems (2nd Edition), Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1995.
9. G. F. Franklin, J. D. Powell, Μ. Workman, Digital Control of Dynamic Systems, Prentice Hall, 2002.
10. M. Santina, A. Stubberud & G. Hostetter, Digital Control System Design, Saunders College Publishing, 1994, ISBN 0-03-076012-7.
11. P. Katz, Digital control using microprocessors. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 293p. 1981.
12. C. L. Phillips, H. T. Nagle, Digital control system analysis and design. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall International. 1995.
13. M. Sami Fadali, A. Visioli, Digital Control Engineering, Academic Press, 2009, ISBN 978-0-12- 374498-2.