Προηγμένα Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Σκοπός του μαθήματος είναι η εισαγωγή των φοιτητών στις βασικές έννοιες, μεθόδους και τεχνικές που αφορούν στη μοντελοποίηση, στη δυναμική ανάλυση, στον έλεγχο και στη βελτίωση της λειτουργίαςτων διαφόρων τύπων φυσικών συστημάτων συνεχούς χρόνου, στον χώρο κατάστασης. Έχοντας ολοκληρώσει επιτυχώς το μάθημα οι φοιτητές/ήτριες θα είναι σε θέση να:

• Κατανοήσουν τις βασικές αρχές που διέπουν τη δυναμική συμπεριφορά και τον αυτόματο έλεγχο συστημάτων συνεχούς χρόνου στο χώρο κατάστασης.
• Εφαρμόζουν μαθηματικά εργαλεία και τεχνικές ελέγχου που χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίηση, τη δυναμική ανάλυση, την ευστάθεια και τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας γραμμικών συστημάτων αυτομάτου ελέγχου συνεχούς χρόνου στο χώρο κατάστασης.
• Κατανοήσουν τις βασικές αρχές των μεθόδων αντιστάθμισης στο πεδίο της συχνότητας
• Σχεδιάζουν και ρυθμίζουν τις παραμέτρους βαθμίδων αντιστάθμισης συνεχούς χρόνου με στόχο τη βελτίωση της λειτουργίας των ελεγχόμενων συστημάτων.
• Μοντελοποιούν, μελετούν και σχεδιάζουν διάφορες εφαρμογές των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου στο πεδίο του ηλεκτρολόγου μηχανικού

 

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
• Λήψη Αποφάσεων
• Αυτόνομη Εργασία
• Ομαδική Εργασία
• Σχεδιασμός και διαχείριση έργων

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

1. Ενότητα 1: Εισαγωγή στoχώρο κατάστασης-Παράσταση συστημάτων συνεχούς χρόνου στο χώρο
   κατάστασης(1η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή γίνεται μια εισαγωγή στις βασικές έννοιες της περιγραφής των φυσικών συστημάτων στο χώρο κατάστασης, καθώς και της επιλογής των μεταβλητών κατάστασης.
2. Ενότητα 2: Επίλυση των εξισώσεων κατάστασης (2η και 3η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή γίνεται επίλυση των εξισώσεων κατάστασης, διαφόρων τύπων φυσικών συστημάτων στο πεδίο του χρόνου και της συχνότητας και αναλύονται και εξηγούνται οι διάφοροι τύποι αποκρίσεων περιγραφές και υπολογίζεται ο μεταβατικός πίνακας κατάστασης.
3. Ενότητα 3: Ισοδύναμες περιγραφές στο χώρο κατάστασης(4η και 5ηΕβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή ορίζονται και αναλύονται οι διάφορες ισοδύναμες περιγραφές των φυσικών συστημάτων στο χώρο κατάστασης, όπως η κανονικά ελέγξιμη περιγραφή, η κανονικά διαγώνια περιγραφή, η κανονικά παρατηρήσιμη περιγραφή κ.λ.π., καθώς και οι μετασχηματισμοί από μια περιγραφή σε άλλη.
4. Ενότητα 4: Ελεγξιμότητα-παρατηρησιμοτητα (6η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή ορίζονται και αναλύονται οι θεμελιώδεις έννοιες της ελεγγξιμότητας και της παρατηρησιμότητας των φυσικών συστημάτων, οι μέθοδοι διερεύνησης τους, καθώς και η αρχή της δυϊκότητας
5. Ενότητα 5: Σχεδίαση στο χώρο κατάστασης (7η-8ηΕβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται οι μέθοδοι αντιστάθμισης των φυσικών συστημάτων στο χώρο κατάστασης, σε συστήματα μιας εισόδου-μιας εξόδου και σε πολυμεταβλητά συστήματα. Παρουσιάζονται και αναλύονται επίσης οι διάφορες μέθοδοι εκτίμησης της κατάστασης του συστήματος.
6. Ενότητα 6: Ευστάθεια γραμμικών και μη γραμμικών συστημάτων κατά Lyapunov(9η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή παρουσιάζεται και αναλύεται η διερεύνηση της ευστάθειας γραμμικών και μη γραμμικών συστημάτων κατά Lyapunov.
7. Ενότητα 7: Ανάλυση μη γραμμικών συστημάτων (10η-11ηΕβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή αναλύονται τα διάφορα φαινόμενα των μη γραμμικών συστημάτων, καθώς και οι διαφορές μεταξύ γραμμικών και μη γραμμικών συστημάτων. Παρουσιάζεται και αναλύεται η έννοια της συνάρτησης περιγραφής, οι διάφορες τεχνικές ανάλυσης, καθώς και η διερεύνηση της ευστάθειας μη γραμμικών συστημάτων με βάση τις συναρτήσεις περιγραφής. Παρουσιάζεται επίσης η ανάλυση μη γραμμικών συστημάτων στο επίπεδο φάσης.
8. Ενότητα 10: Βέλτιστος έλεγχος(12η και 13η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται οι διάφοροι δείκτες απόδοσης. Παρουσιάζεται και αναλύεται το πρόβλημα της μαθηματικής θεώρησης του βέλτιστου ελέγχου, η ελάχιστη αρχή του Potryagin, η εξίσωση των Hamilton-Jacobi-Bellman, καθώς και ο γραμμικός τετραγωνικός ρυθμιστής.

 

Α. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

1. 1η Ενότητα: Ενημέρωση
   Ενημέρωση για τον κανονισμό του εργαστηρίου και εξοικείωση με τον εργαστηριακό χώρο και τον εξοπλισμό του.
2. 2η Ενότητα: Προσομοίωση δυναμικής συμπεριφοράς συστήματος 2ης τάξης
   Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η προσομοίωση μέσω ηλεκτρονικών στοιχείων συστήματος 2ης τάξης για την ανάλυση της επίδρασης του συντελεστή απόσβεσης και της φυσικής ιδιοσυχνότητας στην ευστάθεια και τη δυναμική συμπεριφορά του.
3. 3η Ενότητα: Αυτόματος Έλεγχος γωνιακής ταχύτητας ηλεκτρομηχανικού κινητήρα
   Σκοπός αυτής της άσκησης είναι ηεφαρμογή ελέγχου κλειστού βρόχου για τη διατήρηση της γωνιακής ταχύτητας ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος, ο οποίος διεγείρεται είτε από το κύκλωμα του δρομέα του είτε από το κύκλωμα του στάτη του, σε μια προκαθορισμένη τιμή παρά τις μεταβολές του φορτίου που εφαρμόζεται σε αυτόν.
4. 4η Ενότητα: Αυτόματος Έλεγχος γωνιακής θέσης ηλεκτρομηχανικού κινητήρα
   Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η εφαρμογή ελέγχου κλειστού βρόχου για τη διατήρηση της γωνιακής θέσης ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος, ο οποίος διεγείρεται είτε από το κύκλωμα του δρομέα του είτε από το κύκλωμα του στάτη του, σε μια προκαθορισμένη τιμή με και χωρίς ανάδραση της γωνιακής ταχύτητας και η εύρεση των βέλτιστων κερδών ενίσχυσης.
5. 5η Ενότητα: Απόκριση συχνότητας ηλεκτροϋδραυλικού κινητήρα
   Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η διερεύνηση της σχετικής ευστάθειας ενός ηλεκτροϋδραυλικού κινητήρα μέσω της καταγραφής και ανάλυσης της απόκρισής του σε ημιτονοειδή διέγερση του σταθερού πλάτους και μεταβαλλόμενης συχνότητας και τηςαντίστοιχης χάραξης διαγράμματος Bode.
6. 6η Ενότητα: Αυτόματος Έλεγχος στάθμης υγρού
   Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η διερεύνηση της δυναμικής συμπεριφοράς ενός συστήματος αυτομάτου ελέγχου στάθμης υγρού μέσω ελεγκτή δύο θέσεων και μεταβαλλόμενη υστέρηση υπό συνθήκες μεταβαλλόμενης εκροής.
7. 7η Ενότητα: Αυτόματος έλεγχος δυναμικής συμπεριφοράς κινητήρα με χρήση ελεγκτών 3 όρων
   Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η μοντελοποίηση ενός κινητήρα και προσομοίωση μέσω υπολογιστή της δυναμικής συμπεριφοράς του με την εφαρμογή της χρήσης ελεγκτών P, PI, PD, και PID.

 

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Ι. Γραπτή τελική εξέταση (100%):
ΙΙ. Εργασίες στο σπίτι (προαιρετικά)
Ο τελικός βαθμός του μαθήματος προκύπτει ως εξής: 0.7xβαθμός τελικής γραπτής εξέτασης+0.3xμ.ο. των βαθμών των τεχνικών εκθέσεων.

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Ελληνική:

1. Μαλατέστας Π.Β., “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, 2η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2017.
2. Μαλατέστας Π.Β., “Ασκήσεις Συστημάτων Αυτόματου Ελέγχου, 2η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2014.
3. Βελώνη Α., Κανδρής Ξ.Δ., “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Τζιόλα, 2017.
4. K. Ogata, “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Φούντας, 2011.
5. Dorf R.C., Bishop R.H., “Σύγχρονα συστήματα αυτόματου ελέγχου”, 13η Έκδοση, Εκδόσεις Τζίολα, 2017
6. Kuo B., Golnaraghi F., “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Ιων, 2010.
7. DiStefano J.J.,Stubberud Α.R.,Williams Ι.J., “Θεωρία και προβλήματα στα συστήματα αυτομάτου ελέγχου αναλογικών και ψηφιακών συστημάτων”, 2η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2000.
8. Παρασκευόπουλος Π., Εισαγωγή στον Αυτόματο Έλεγχο, Τόμοι Α και Β, Αυτοέκδοση, 2001.

 

Ξενόγλωσση:

1. Dorf R.C., Bishop R.H., “Modern Control Systems”, 13th Edition, Prentice Hall
2. Golnaraghi F., Kuo B.C., “Automatic Control Systems”, 9th Edition, Wiley
3. Nise N.S., “Control Systems Engineering”, 7th Edition, Wiley
4. D’Azzo J.J, Houpis C.H., “Linear Control System Analysis And Design: Conventional and Modern”, 4th Edition, McGraw-Hill
5. Stubberud A., Williams I., DiStefano J., “Schaum’s Outline of Feedback and Control Systems”, 2nd Edition, McGraw-Hill

 

Συναφή επιστημονικά περιοδικά:

1. IEEE Transactions on Automatic Control
2. IEEE Transactions on Control Systems Technology
3. Automatica
4. Control Engineering Practice
5. Journal of Process Control
6. Systems and Control Letters