Syllabus

OSAAMISTAVOITTEET

Laajuus: 5

Aikataulu: 12.01.2021 - 15.04.2021

Vastuuopettaja (voimassa 01.08.2020-31.07.2022): Arto Visala, Kai Zenger, Kai Zenger

Vastuuopettaja (koskee tätä kurssikertaa): Arto Visala, Kai Zenger, Kai Zenger

Kurssin yhteystiedot (voimassa 21.12.2020-21.12.2112):

Luennoitsija: Kai Zenger, etunimi.sukunimi@aalto.fi.  Maarintie 8 (TuAs) huone 3574.

Assistentit:  Amin Modabberian (pääassistentti), Victor Mesterton, Eetu Suominen, Benjamin Åkerlund, etunimi.sukunimi@aalto.fi, (mutta victorin tilalla carl ja åkerlundin tilalla akerlund). 

Tavattavissa sähköpostitse ja kurssiin perustetussa Slack-ryhmässä.  Luentojen ja harjoitusten ulkopuolella vastataan myös, mutta viivettä voi olla.

Kurssin CEFR-taso (koskee tätä kurssikertaa):

Opetuskieli ja suorituskielet (voimassa 01.08.2020-31.07.2022):

Opetuskieli: suomi

Suorituskielet: suomi

SISÄLTÖ, ARVIOINTI JA KUORMITTAVUUS

Sisältö

• Voimassa 01.08.2020-31.07.2022:

  Säätö- ja systeemiteorian perusteet. Dynaamiset järjestelmät ja niiden käyttäytyminen. Siirtofunktiot ja taajuustason mallit. Tilamallit. PID-säädin. Säätäjien suunnittelu ja analyysi.   Dynaamisen takaisinkytketyn järjestelmän simulointi. Digitaalisäädön alkeet.  Harjoitustehtävissä käytetään Matlab/Control System Toolboxia sekä Simulinkiä. 

• Koskee tätä kurssikertaa:

  Kurssi alkaa ja mahdollisesti viedään loppuun asti etäopetuksena.  My Coursesiin muodostetaan Zoom-linkki erikseen sekä luentojen että harjoituksen seuraamista varten. Kurssin opiskelijat kutsutaan Slack-ryhmään, jonka sisällä voi esittää kysymyksiä sekä seurata laskuharjoituksia ja laskutupaa.
  

  Sisältö
  -Analoginen (jatkuva-aikainen) säätö,
  dynaamiset järjestelmät, PID-, taajuus- ja tilasäätimet.
  
  
  -Digitaalinen
  (tietokone) säätö, digitaaliset järjestelmät, lyhyt johdatus
  diskreettiaikaisiin  säätömenetelmiin ja säätimiin.
  
  
  -Säätäjien suunnittelu,
  viritys ja analyysi.  Simulointi suunnittelun apuna.
  
  

Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet

• Voimassa 01.08.2020-31.07.2022:

  Kaksi välikoetta tai tentti.  Arvosteltavia kotitehtäviä sekä luentotehtävät.

• Koskee tätä kurssikertaa:

  Suoritus kahdella välikokeella (VK) tai tentillä
  (T), tuntitehtävillä (Quiz) ja
  kotitehtävillä (KT). 
  1. välikoe torstaina 25.2.2021 klo 13:30-16:30, etäkoe, jos siirrytty lähiopetukseen niin salit AS2 /TU2,  2. välikoe ja kurssitentti  torstaina 15.4.2021 klo 13:30-16:30, etäkoe, jos siirrytty lähiopetukseen niin salit AS2 /TU2.
  2. välikokeen yhteydessä voi tehtävät nähtyään valita tekeekö tentin vai välikokeen.    Välikokeita ei voi uusia.
  
  
  
  Rästitenttejä järjestetään myöhemmin ilmoitettavina aikoina.  Rästitentteihin on ilmoittauduttava.  Välikokeisiin (tai 2. välikokeen yhteydessä pidettävään tenttiin) ei tarvitse ilmoittautua.  Ensimmäinen rästitentti ma 10.5.2021 klo 16:30-19:30.
  Tuntitehtävistä (Quiz) voi saada max 1p.
  / luento.  Max. 12 p.
  
  Kotitehtävistä (KT) voi saada max 6
  p./kotitehtävä.  Max. 36 p.
  
  Kummassakin välikokeessa (VK) on neljä
  tehtävää a 6 p. max.  Yhteensä Max. 24+24 p.=48 p.
  
  Tentissä (T) on viisi tehtävää a 6 p. max.  Yhteensä Max. 30 p.
  
  
  
  Arvosanan määräytymisen painot:  Tentti/välikokeet = 50 %, kotitehtävät = 40
  %, tuntitehtävät (Quiz) =
  10%.
  Huomaa, että kurssin läpäiseminen pelkästään välikokeilla tai tentillä on erittäin vaikeaa (käytännössä mahdotonta) ja joka tapauksessa arvosana jää heikoksi.
  
  
  
  Välikoe-, tunti- ja kotitehtäväpisteet
  ovat voimassa vuoden ajan, kunnes kurssin luennot alkavat seuraavan kerran.
  
  

  Luentoja
  ja niihin liittyviä Quiz-tehtäviä on 12 kpl.

  Tavallisia laskuharjoituksia, joihin ei sisälly palautuksia ja joita ei arvostella, on samoin 12 kpl.

  Erikseen
  julkaistavia kotitehtäviä on 6 kpl., ja kustakin voi saada maksimissaan 6
  p.  Kotitehtäviä voi ratkaista yksin tai
  ryhmässä, ihan miten haluaa.  Jokainen
  kirjoittaa kuitenkin oman ratkaisudokumentin ja palauttaa sen MyCoursesiin. 
  Tarkat ohjeet löytyvät kotitehtävän tehtäväpaperista.  Kotitehtävän julkaiseminen ilmoitetaan aina
  kurssin tiedotuksessa (MyCourses).

  Kahden
  välikokeen summa tai tentti huomioidaan yllä olevan kaavan mukaan siten, että
  parempi suoritus aina otetaan huomioon. 
  Jos on esimerkiksi suorittanut vain yhden välikokeen ja ei tenttiä, niin
  yllä oleva kaava antaa silti arvostelun. 
  Minimisuoritusvaadetta ei siis missään kohdassa ole.

  Kaikkien kokeiden arvosteluun voi tutustua ottamalla yhteyttä assistentteihin tai luennoitsijaan.

  
  

  
  

Työmäärä toteutustavoittain

• Voimassa 01.08.2020-31.07.2022:

  Luennot, itseopiskelu, laskuharjoitukset, kotitehtävät.

  Kontaktiopetus: 60h
  Itsenäinen opiskelu: 73h

PERUSTIETOJA

Oppimateriaali

• Voimassa 01.08.2020-31.07.2022:

  Richard C. Dorf, Robert H. Bishop: Modern Control Systems, 13. edition, Prentice Hall, 2017. Luentokalvot ja tehtävien ratkaisut.  Verkkokurssin materiaali

• Koskee tätä kurssikertaa:

  -Opintomateriaalia oman tarpeen ja
  kiinnostuksen mukaan
  Kirja:
  R.C.Dorf,
  R.H. Bishop: Modern
  Control Systems, Pearson Education
  International, mieluiten 10. – 13. painos. 
  (Ainakin painos 12 löytyy vapaasti netissä).
  
  
  Luentokalvot ja laskuharjoitukset ratkaisuineen löytyvät kurssin kotisivulta
  -Säätötekniikan
  matemaattisten apuneuvojen (AS-74.1102) verkkokurssi
  -Analogisen
  säädön (AS-74.2111 verkkokurssi)
  -Digitaalisen
  säädön (AS-74.2112 verkkokurssi)
  
  
  Huom.  Luentokalvot ovat suhteellisen laajat ja
  omatoimiseen opiskeluun soveltuvat. 
  Luennoilla niitä ei käydä kaikkia läpi, vaan keskitytään tärkeimpiin
  asioihin (”punainen lanka”).  Dorf,
  Bishop on erinomainen oppikirja, mutta laaja ja sisältää paljon
  sellaista, mitä kurssilla ei käydä läpi. 
  Kirjan lukeminen luku luvulta vaatii paljon aikaa.  Kirjaa suositellaan käytettäväksi apuna oman
  kiinnostuksen mukaan.
  
  
  Verkkokurssit
  ovat suppeampi kokonaisuus ja sopivat samoin itseopiskelijoille.  Digitaalisen säädön verkkokurssi sisältää
  kuitenkin enemmän materiaalia kuin Säätötekniikka-kurssin suhteellisen suppea
  Digitaalista säätöä käsittelevä osuus. 
  Säätötekniikan matemaattiset apuneuvot soveltuu hyvin säätömatematiikan
  opiskelun tueksi.
  
  

Korvaavuudet

• Voimassa 01.08.2020-31.07.2022:

  AS-74.111/AS-74.2111

Esitiedot

• Voimassa 01.08.2020-31.07.2022:

  Jokin automaatio- ja säätö/systeemitekniikan peruskurssi.  Matemaattisen taustan vankentamiseen suositellaan verkkomateriaalia  Säätötekniikan matemaattiset apuneuvot.  Oheislukemistoksi löytyy lisäksi Analogisen säädön verkkokurssi.

   

Ilmoittautuminen

• Voimassa 01.08.2020-31.07.2022:

  Kurssille on ilmoittauduttava WebOodissa.

• Koskee tätä kurssikertaa:

  Luennot: Keskiviikkoisin klo 10:15-12 etäopetus, (sali AS2 jos lähiopetus).  Ensimmäinen luento ke 13.1.

  Luentokalvot löytyvät kurssisivulta.  Etäopetuksessa yksi luentokerta koostuu tietoiskuista, jotka nauhoitetaan ja laitetaan kurssisivuille MyCoursesiin.  Tietoiskut ovat noin 15 minuutin pituisia, ja niitä voi luentokerralla olla useita.  Normaalina luentoaikana Zoom-yhteydellä niistä osa pidetään suorana.  Kaikki tietoiskut löytyvät nauhoitettuna kurssisivujen kohdasta Luennot.

  Laskuharjoitukset:

  Torstaisin klo 14:15-16:00, etäopetus (sali AS2 jos lähiopetus).  Ensimmäinen harjoitus to 14.1.  Nämä ovat tavallisia laskuharjoituksia, joita ei arvostella. Toinen harjoitus  ti: 12:15-14:00 etäopetus (Sali D, kanditalo jos lähiopetus),  Tämän harjoituksen osalta ensimmäinen kerta on ti 19.1.  Luentoon liittyy siis sekä torstain että seuraavan tiistain harjoitus.  Ensimmäisessä annetaan ohjeita (Slack) ja seuraavassa käydään laskuja läpi Zoom-yhteyden, Chatin ja Slackin avulla.  Zoom-sessio nauhoitetaan ja laitetaan kurssisivuille MyCoursesiin.

  Laskutupa pidetään pääsääntöisesti torstaisin 16:15-19 (etäopetus, TU3 jos lähiopetus).  Niissä keskitytään antamaan apua kotitehtäviin.

  Harjoituspaperit ja malliratkaisut tulevat kurssisivulle samaan kansioon, jossa kyseisen luennon luentokalvot sijaitsevat

LISÄTIETOJA

Lisätietoja

• Voimassa 01.08.2020-31.07.2022:

  Vain toinen kursseista ELEC-C1230 Säätötekniikka ja ELEC-C8201 Control and Automation voidaan hyväksyä tutkintoon. Jos kurssi ELEC-C1230 Säätötekniikka kuuluu opiskelijan pää- tai sivuaineen opintoihin, sitä ei voi pää- tai sivuaineessa korvata kurssilla ELEC-C8201 Control and Automation.

• Koskee tätä kurssikertaa:

  Luennot: Keskiviikkoisin klo 10:15-12 etäopetus, (sali AS2 jos lähiopetus).  Ensimmäinen luento ke 13.1.

  Luentokalvot löytyvät kurssisivulta.  Etäopetuksessa yksi luentokerta koostuu tietoiskuista, jotka nauhoitetaan ja laitetaan kurssisivuille MyCoursesiin.  Tietoiskut ovat noin 15 minuutin pituisia, ja niitä voi luentokerralla olla useita.  Normaalina luentoaikana Zoom-yhteydellä niistä osa pidetään suorana.  Kaikki tietoiskut löytyvät nauhoitettuna kurssisivujen kohdasta Luennot.

  Laskuharjoitukset:

  Torstaisin klo 14:15-16:00, etäopetus (sali AS2 jos lähiopetus).  Ensimmäinen harjoitus to 14.1.  Nämä ovat tavallisia laskuharjoituksia, joita ei arvostella. Toinen harjoitus  ti: 12:15-14:00 etäopetus (Sali D, kanditalo jos lähiopetus),  Tämän harjoituksen osalta ensimmäinen kerta on ti 19.1.  Luentoon liittyy siis sekä torstain että seuraavan tiistain harjoitus.  Ensimmäisessä annetaan ohjeita (Slack) ja seuraavassa käydään laskuja läpi Zoom-yhteyden, Chatin ja Slackin avulla.  Zoom-sessio nauhoitetaan ja laitetaan kurssisivuille MyCoursesiin.

  Laskutupa pidetään pääsääntöisesti torstaisin 16:15-19 (etäopetus, TU3 jos lähiopetus).  Niissä keskitytään antamaan apua kotitehtäviin.

  Harjoituspaperit ja malliratkaisut tulevat kurssisivulle samaan kansioon, jossa kyseisen luennon luentokalvot sijaitsevat

Kurssin aikataulu

• Koskee tätä kurssikertaa:

  Viikot ja luennot:

  -Viikko 2 & Luento1 : Esittely johdanto, dynaamiset mallit ja rakenteet, lohkokaaviot, säädön periaatteet.

  -3 & 2 : Dynaamiset prosessit ja niiden mallit, lineaariset ja epälineaariset mallit, linearisointi, tilaesitys ja sen muodostaminen. 

  -4 & 3 : Laplace-muunnos ja siirtofunktio, dynaamisen vasteen määrittäminen, staattinen vahvistus, impulssi- ja askelvasteet, loppuarvoteoreema, tila- ja siirtofunktiomallien väliset muunnokset.

  -5 & 4 : Lohkokaaviomuunnokset, PID-säädin ja kompensointi.

  -6 & 5 : Navat ja nollat, systeemin nopeus, stabiilisuus ja värähtelyt, Routh-Hurwitz-kriteeri. 

  -7 & 6 : Tilasäätö, tilaestimointi, saavutettavuus ja tarkkailtavuus.

  -8 Arviointiviikko

  -9 & 7 : Tilamenetelmät säätäjän suunnittelussa, tilan estimointi, tilatarkkailija, tilasäätäjän ja -tarkkailijan yhdistäminen, reguloiva säätö ja servosäätö, integraattorin yhdistäminen tilasäätimeen (ylikurssia; ei vaadita, mutta hyödyllinen).

  -10 & 8 : Taajuusanalyysi

   -11 & 9 : Taajuusanalyysi jatkuu, säätöpiirin suorituskyvyn mittarit aika- ja taajuustasossa, säätimien viritys.

   -12 & 10 : Säätöpiirin hyvyyskriteerit aika- ja taajuustasossa (jatkoa), virhekertoimet (error constants), kompensaattorien suunnittelu taajuustasossa.

   -13 & 11 : Digitaalisäädön perusteet ja z-muunnos.

    -14 & 12 : Näytteenottoteoreema ja sen merkitys säätötekniikassa, jatkuva-aikaisen säätimen diskretointi.

  - 15: Arviointiviikko

Description

Registration and further information