Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Έχοντας ολοκληρώσει επιτυχώς το μάθημα οι φοιτητές/ήτριες θα είναι σε θέση να:

• Κατανοούν τη βασική εφαρμογή του Αυτομάτου Ελέγχου σε πραγματικά συστήματα διαφόρων τύπων.
• Κατανοούν τις βασικές αρχές των μεθόδων αντιστάθμισης στο πεδίο της συχνότητας.
• 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.
• Σχεδιάζουν και ρυθμίζουν τις παραμέτρους βαθμίδων αντιστάθμισης με στόχο τη βελτίωση της λειτουργίας των ελεγχόμενων συστημάτων.
• Κατανοούν βασικές αρχές του Βέλτιστου Ελέγχου.
• Εξοικειωθούν με έννοιες σχετιζόμενες με την ανάλυση μη γραμμικών συστημάτων.

 

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
• Αυτόνομη εργασία
• Ομαδική εργασία
• Σχεδίαση και διαχείριση έργων

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

1. Ενότητα 1: Εφαρμοσμένα συστήματα αυτομάτου ελέγχου (1η και 2η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή γίνεται επεξηγείται η αρχιτεκτονική και λειτουργία εφαρμοσμένων συστημάτων αυτομάτου ελέγχου (μέρος των οποίων χρησιμοποιούνται και κατά το εργαστηριακό μέρος του μαθήματος).
2. Ενότητα 2: Αντιστάθμιση με δίκτυα προήγησης / καθυστέρησης φάσης (3η και 4η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή αναλύεται η δομή αντισταθμιστών προήγησης / καθυστέρησης φάσης και η εφαρμογή τους μέσω γεωμετρικού τόπου ριζών είτε στο πεδίο της συχνότητας.
3. Ενότητα 3: Περιγραφή στο χώρο κατάστασης- Επίλυση των εξισώσεων κατάστασης (5η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή επεξηγούνται βασικές έννοιες της περιγραφής συστημάτων στο χώρο κατάστασης και αναλύεται η μεθοδολογία επίλυσης των εξισώσεων κατάστασης.
4. Ενότητα 4: Ισοδύναμες περιγραφές στο χώρο κατάστασης (6η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή ορίζονται και επεξηγούνται οι διάφορες ισοδύναμες περιγραφές των συστημάτων στο χώρο κατάστασης, όπως η κανονικά ελέγξιμη περιγραφή, η κανονικά διαγώνια περιγραφή και η κανονικά παρατηρήσιμη περιγραφή και αναλύονται οι μετασχηματισμοί μετάβασης μεταξύ των περιγραφών αυτών.
5. Ενότητα 5: Ελεγξιμότητα-παρατηρησιμότητα (7η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή ορίζονται και επεξηγούνται οι έννοιες της ελεγξιμότητας και της παρατηρησιμότητας συστημάτων, αναλύονται οι μέθοδοι εξέτασής τους.
6. Ενότητα 6: Ευστάθεια συστημάτων κατά Lyapunov (8η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή επεξηγείται η διαδικασία διερεύνησης της ευστάθειας συστημάτων κατά Lyapunov.
7. Ενότητα 7: Σχεδίαση στο χώρο κατάστασης (9η -10η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή επεξηγούνται μέθοδοι για έλεγχο με ανάδραση κατάστασης και ανάδραση εξόδου, μετατόπιση ιδιοτιμών και αποσύζευξη εισόδων – εξόδων. Επίσης, γίνεται η εισαγωγή στην εκτίμηση των μεταβλητών κατάστασης μέσω παρατηρητών πλήρους και μειωμένης τάξης.
8. Ενότητα 8: Εισαγωγή στο Βέλτιστο Έλεγχο (11η και 12η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή γίνεται η εισαγωγή σε βασικές έννοιες του Βέλτιστου Ελέγχου, όπως οι δείκτες απόδοσης, η μαθηματική θεώρηση του προβλήματος βέλτιστου ελέγχου, η εξίσωση των Hamilton- Jacobi-Bellman, η ελάχιστη αρχή του Potryagin, ο γραμμικός ρυθμιστής και ο γραμμικός τετραγωνικός ρυθμιστής.
9. Ενότητα 9: Εισαγωγή στην ανάλυση μη γραμμικών συστημάτων (13η Εβδομάδα)
   Στην ενότητα αυτή επισημαίνονται οι διαφορές που παρουσιάζουν τα μη γραμμικά συστήματα έναντι των γραμμικών συστημάτων και επεξηγούνται η έννοια της συνάρτησης περιγραφής, και η χρήση της για εξέταση της ευστάθειας μη γραμμικών συστημάτων.

 

Β. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ

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 1ης τάξης
   Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η προσομοίωση μέσω ηλεκτρονικών στοιχείων συστήματος κινητήρα για την ανάλυση της επίδρασης που έχουν η ροπή στρέψης, η στιγμιαία αδράνεια και ο συντελεστής μηχανικών τριβών και φορτίου στη δυναμική συμπεριφορά του.
3. 3η 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.
4. 4η Ενότητα: Αυτόματος έλεγχος γωνιακής ταχύτητας ηλεκτρομηχανικού κινητήρα
   Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η εφαρμογή 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.
5. 5η 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.
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 γωνιακής ταχύτητας ηλεκτροϋδραυλικού κινητήρα
   Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η εφαρμογή ελέγχου κλειστού βρόχου για τη διατήρηση της γωνιακής ταχύτητας ενός ηλεκτροϋδραυλικού κινητήρα ρεύματος σε μια προκαθορισμένη τιμή παρά τις μεταβολές του φορτίου που εφαρμόζεται σε αυτόν.
8. 8η 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.
9. 9η Ενότητα: Αυτόματος έλεγχος συζευγμένων κινητήρων
   Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η διερεύνηση και ο έλεγχος της δυναμικής συμπεριφοράς που εκδηλώνουν κινητήρια συστήματα τα οποία λειτουργούν υπό συνθήκες μεταξύ τους σύζευξης.
10. 10η 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 της αντίστοιχης χάραξης διαγράμματος Bode.
11. 11η Ενότητα: Αυτόματος έλεγχος θερμοκρασίας αέρα
    Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η διερεύνηση της επίδρασης που έχουν η αναλογική ζώνη καθώς και διάφοροι τύποι καθυστερήσεων και διεγέρσεων στη δυναμική συμπεριφορά συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας αέρα.
12. 12η Ενότητα: Αυτόματος έλεγχος ταλαντούμενων ρευστών
    Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η διερεύνηση και ο έλεγχος της δυναμικής συμπεριφοράς που εκδηλώνουν ρευστά τα οποία ταλαντώνονται εξαιτίας της κίνησης των δοχείων που τα εμπεριέχουν.
13. 13η Ενότητα: Απόκριση συχνότητας συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας
    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 της αντίστοιχης χάραξης διαγράμματος Bode.

 

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Ι. Γραπτή τελική εξέταση
ΙΙ. Εργασίες στο σπίτι (προαιρετικά)

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Ελληνική:

1. Α. Βελώνη, Δ. Κανδρής, “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Τζιόλα, 2017.
2. Π. Μαλατέστας “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, 2η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2017.
3. Π. Μαλατέστας, “Ασκήσεις Συστημάτων Αυτόματου Ελέγχου, 2η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2014.
4. Ν. Πανταζής, Δ. Κανδρής, “Εργαστηριακή Εφαρμογή Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Σταμούλη, 2006.
5. K. Ogata, “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Φούντας, 2011.
6. R. Dorf, R. Bishop, “Σύγχρονα συστήματα αυτόματου ελέγχου”, 13η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2017
7. B. Kuo, F. Golnaraghi, “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Ίων, 2010.
8. J. DiStefano, Α. Stubberud, Ι. Williams, “Θεωρία και προβλήματα στα συστήματα αυτομάτου ελέγχου αναλογικών και ψηφιακών συστημάτων”, 2η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2004.
9. R. Stefani, B. Shahian, C. Savant, G. Hostetter, “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Επίκεντρο, 2012.
10. Π. Παρασκευόπουλος, Εισαγωγή στον Αυτόματο Έλεγχο, Τόμοι Α και Β, αυτοέκδοση, 2007.

 

Ξενόγλωσση:

1. K. Ogata, “Modern Control Engineering”, 5th Prentice Hall.
2. R. Dorf, R. Bishop, “Modern Control Systems”, 13th Edition, Prentice Hall.
3. B. Kuo, F. Golnaraghi, “Automatic Control Systems”, 9th Edition, Wiley.
4. N. Nis., “Control Systems Engineering”, 7th Edition, Wiley.
5. J. D’Azzo, C. Houpis, “Linear Control System Analysis And Design: Conventional and Modern”, 4th Edition, McGraw-Hill.
6. J. Distefano, Α. Stubberud, Ι. Williams, “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