FITech Automaatio, Verkko-opetus

Opintojakson suoritettuaan opiskelija ymmärtää automaation merkityksen yhteiskunnassa ja tekniikassa. Hän tutustuu automaation tyypillisiin teollisiin sovelluskohteisiin ja ymmärtää automaation roolit niissä. Opintojakson aikana opiskelijalle syntyy käsitys siitä, mihin automaatio perustuu ja hän ymmärtää takaisinkytkennän merkityksen automaatiossa. Lisäksi opiskelija ymmärtää, että takaisinkytkentä on luontaisesti läsnä luonnonilmiössä ja tekniikan sovelluksissa ja että takaisinkytkennän suunnitelmallinen hyödyntäminen on mahdollistanut monia ihmiskunnan hyväksi kehitettyjä teknistaloudellisia innovaatioita. Opiskelija kykenee löytämään omasta arkielämästään takaisinkytkentään ja automaatioon perustuvia sovelluksia ja parhaimmillaan hän hahmottaa niiden dynamiikkaa. Opiskelija ymmärtää automaatioalan peruskäsitteistön ja terminologian, ja osaa viestiä niillä.

Opiskelija tietää automaatiotekniikan keskeisimmät ohjaustavat ja säätökytkennät sekä ymmärtää niiden vahvuudet ja heikkoudet. Hän tietää automaatio- ja säätötekniikassa käytetyt tyypillisimmät suunnitteluspesifikaatiot, vaatimusmäärittelyt ja niihin liittyvät tunnusluvut. Opiskelija osaa johtaa fysiikan laeilla käytännön järjestelmiä kuvaavia yksinkertaisia matemaattisia malleja, ja hän osaa laatia niitä vastaavia lohkokaavioita.

Opiskelija osaa analysoida yksinkertaisia lineaarisia aikainvariantteja dynaamisia systeemejä, ja tietää, miten tällaisten systeemien stabiiliutta, vaimennusta, nopeutta ja tarkkuutta voidaan tutkia. Opiskelija ymmärtää myös systeemin ja sen vasteiden välisiä yhteyksiä. Kurssin aikana opiskelija tutustuu Matlab- ja Simulink-ohjelmistoihin, ja osaa hyödyntää niitä oman oppimisen tukivälineenä, esimerkiksi tarkastamaan laskuharjoitustehtäviä, simuloimaan dynaamisia ilmiöitä ja tutkimaan systeemin vasteita annetuilla herätteillä.

Kurssi suoritetaan viikoittaisilla palautustehtävillä ja kahdella välikokeella.

Rakennekaavio ja lohkokaavio

Ohjaustavat ja säätökytkennät

• etukompensointi
• open-loop-ohjaus
• negatiivisesti takaisinkytketty säätö
• myötäkytkentä
• säätöpiirin osajärjestelmät ja niiden roolit

Säätöjärjestelmän perusvaatimukset ja tehtävät

• stabiiliusvaatimus
• regulointitehtävä
• servotehtävä

Alkeislohkokaavio, alkeismallit ja matemaattiset perusoperaatiot

• vahvistus
• summa
• erotus
• viive
• integrointi
• derivointi

Matemaattinen mallinnus

 

• mallien käyttötarkoitus
• mallien simulointi
• kausaalisuus
• staattinen malli
• dynaaminen malli
• integraattorimallit
• LTI (Linear Time Invariant) -mallit
• epälineaariset mallit

Linearisointi

• epälineaarisen funktion approksimointi 1. asteen Taylorin polynomilla
• epälineaarisen dynaamisen systeemin linearisointi Taylorin menetelmällä

Laplace-muunnos

• Laplace-muunnoksen määritelmä
• yksinkertaisten funktioiden Laplace-muunnosten johto L-muunnoksen määritelmästä
• Laplace-muunnoksen suppenemisabskissa

LTI-systeemin perusominaisuudet

• stabiilius
• stabiiliuden tutkimustapoja
• BIBO (Bounded Input Bounded Output) -stabiilius
• I/O (Input-Output) -stabiilius
• sisäinen stabiilius
• luonnollinen vaste
• pakkovaste
• stabiilius
  testivasteista
• Routh-testi
• epästabiilius
• marginaalinen stabiilius

Siirtofunktio

• siirtofunktiomallinnus
• siirtofunktiomallien
  yhdistäminen
• • sarjaankytkentä, rinnankytkentä, negatiivinen
    takaisinkytkentä, positiivinen takaisinkytkentä

• DC-vahvistus
• aikavakio
• viive
• navat
• nollat

Taajuusvaste

• siirtofunktiosta taajuusvasteeseen
• taajuusvaste sinivasteena
• kytkentätransientti
• stationaarivaste
• amplitudivaste
• • amplitudivahvistus
• vaihevaste
• • vaihesiirto
• Nyquist-diagrammi
• Boden-diagrammi

Taajuusvasteanalyysi

• avoimen järjestelmän käsite
• stabiiliuden pelivarat avoimesta järjestelmästä
• • vahvistusvara
  • vaihevara
  • viivevara
  • stabiiliusvara

• kriittinen stabiilius
• Hinf-normi

Herkkyys

• dynaamisen systeemin herkkyys
• dynamiikan pysyvyys

2. kertaluokan nollaton systeemi

• vaimennussuhde
• luonnollinen kulmataajuus
• askelvasteen ominaispiirteet ja tunnusluvut
• kaistanleveys
• systeemin parametrien ja tunnuslukujen väliset yhteydet
• suunnittelukäyrästöt

Yliopistofysiikan ja -matematiikan perusosaaminen.

Modern Control Systems, 13th Edition (2017), Dorf & Bishop

Yleinen asteikko, 0-5