Σκοπός μαθήματος

Σκοπός του μαθήματος είναι να γνωρίσουν οι φοιτητές τις βασικές έννοιες που συγκροτούν τη θεωρία των συστημάτων ελέγχου, τη λειτουργική δομή και τις μεθόδους της, και να αποκτήσουν μελετητικές και πρακτικές δεξιότητες σχετικά με την εφαρμογή της στα ενεργειακά και παραγωγικά συστήματα.

Στόχοι μαθήματος

Στόχοι του θεωρητικού μαθήματος

Κατανόηση της διαδικασίας μαθηματικής περιγραφής και μελέτης των συστημάτων (ηλεκτρικών, μηχανικών, υδραυλικών, πνευματικών, ενεργειακών) με τις συναρτήσεις μεταφοράς και τις εξισώσεις κατάστασης. Υπολογισμός της απόκρισης των συστημάτων στο πεδίο του χρόνου και της συχνότητας. Μέθοδοι διερεύνησης της ευστάθειας των συστημάτων και των περιθωρίων πλάτους και φάσης. Υπολογισμός του σφάλματος και των άλλων χαρακτηριστικών της εξόδου. Χρήση των βασικών κλασικών μεθόδων ελέγχου των συστημάτων (δίκτυα, PID έλεγχος) και σχεδίασης ελεγκτών με σύγχρονες μεθόδους (μετατόπιση πόλων κλπ.).

Στόχοι του εργαστηριακού μαθήματος

Απόκτηση εμπειρίας και δεξιοτήτων πάνω στη χρήση κατάλληλου λογισμικού για την προσομοίωση των συστημάτων, τη μελέτη και τον έλεγχο της συμπεριφοράς τους και το σχεδιασμό ελεγκτών. Απόκτηση βασικών γνώσεων και εμπειριών στη χρήση Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών (PLCs) και τον έλεγχο των συστημάτων με Η/Υ. Εξοικείωση με τα όργανα και τις συσκευές που χρησιμοποιούνται στον έλεγχο των συστημάτων.

Περιγραφή του μαθήματος

Θεωρητικό Μέρος Μαθήματος

Εισαγωγικές έννοιες. Συνάρτηση Μεταφοράς. Διαγράμματα Βαθμίδων: Aνοιχτό και κλειστό ΣΑΕ, μετασχηματισμός διαγραμμάτων βαθμίδων. Περιγραφή εξαρτημάτων και διατάξεων ΣΑΕ. Κινητήρας Σ.Ρ ελεγχόμενος από το στάτορα και τον ρότορα. Χρονική απόκριση συστημάτων, μόνιμη και μεταβατική απόκριση, έννοια της ευστάθειας. Σφάλματα συστημάτων, υπολογισμός σφαλμάτων θέσης, ταχύτητας, επιτάχυνσης Εύρεση μόνιμης απόκρισης για ημιτονοειδή είσοδο. Απόκριση συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας. Γεωμετρικός τόπος των ριζών, επίδραση της πρόσθεσης πόλων και μηδενικών. Συσχέτιση αρμονικής και χρονικής απόκρισης. Διαγράμματα Bode. Νyquist, Nichols. Ευστάθεια, ορισμός περιθωρίου ενίσχυσης και περιθωρίου φάσης. Κριτήριο ευστάθειας Routh. Κλασικές μέθοδοι σχεδίασης συστημάτων, προδιαγραφές κλειστών συστημάτων. Σχεδίαση με δίκτυα προήγησης φάσης, καθυστέρησης φάσης, με ενισχυτές, με αντισταθμιστές PID. Αναλογικός υπολογιστής, τελεστικός ενισχυτής. Περιγραφή συστημάτων με εξισώσεις κατάστασης. Επίλυση εξισώσεων κατάστασης, εκθετικός πίνακας, μετασχηματισμός Laplace, Ευστάθεια συστημάτων ΠΕΠΕ συναρτήσει των ιδιοτιμών του χαρακτηριστικού πολυωνύμου. Εργαστηριακές εφαρμογές στα προαναφερθέντα.

Εργαστηριακό Μέρος Μαθήματος

Εξοικείωση με το λογισμικό του εργαστηρίου. "ιεξαγωγή ασκήσεων πάνω στη χρήση του λογισμικού, την ανάπτυξη ικανοτήτων για εφαρμογή της θεωρίας και την αντιμετώπιση συναφών υπολογιστικών και μελετητικών προβλημάτων. Χρήση του Simulink. Εισαγωγικές ασκήσεις στον έλεγχο με προγραμματιζόμενους λογικούς ελεγκτές (PLC), στον έλεγχο με Η/Υ και στα συστήματα SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Εξοικείωση με το συναφές ηλεκτρονικό υλικό: μικροεπεξεργαστές, μορφοτροπείς (transducers), αισθητήρες (sensors), ενεργοποιητές, αντιστροφείς (inverters), μετατροπείς (converters), διαμορφωτές (modem), τηλεπικοινωνιακή ζεύξη.

Αναμενόμενα Μαθησιακά Αποτελέσματα

Μετά το τέλος του μαθήματος οι φοιτητές θα είναι σε θέση :

• Να αποφαίνεται περί της ευστάθειας ή μη των γραμμικών συστημάτων
• Να διακρίνει μεταξύ συστημάτων ΜΕΜΕ και ΠΕΠΕ
• Να υπολογίζει την έξοδο ενός συστήματος στο πεδίο του χρόνου
• Να διακρίνει τη μεταβατική κατάσταση ενός συστήματος από τη μόνιμη κατάσταση
• Να υπολογίζει το σφάλμα και την έξοδο στην μόνιμη κατάσταση
• Να απλοποιεί ένα σύνθετο διάγραμμα βαθμίδων
• Να διαβάζει τα διαγράμματα Bode, Nyquist, Nichols και να αποφαίνεται περί των περιθωρίων πλάτους και φάσης
• Να υπολογίζει τη μέγιστη υπερύψωση και το χρόνο ανύψωσης και αποκατάστασης
• Να υπολογίζει το εύρος ζώνης συχνοτήτων
• Να χρησιμοποιεί τα δίκτυα προήγησης και καθυστέρησης φάσης για βελτίωση των συστημάτων
• Να γνωρίζει να εφαρμόζει τον PID έλεγχο
• Να βρίσκει τη χαρακτηριστική εξίσωση του πίνακα κατάστασης και τις ιδιοτιμές
• Να διακρίνει ανάμεσα στον έλεγχο που επιτυγχάνεται με την ανατροφοδότηση του διανύσματος κατάστασης και την ανατροφοδότηση εξόδου
• Να υπολογίζει το σύστημα που προκύπτει από τη μετατόπιση πόλων
• Να διερευνά τα ανωτέρω θέματα χρησιμοποιώντας το λογισμικό του εργαστηρίου
• Να δημιουργεί λειτουργικά διαγράμματα βαθμίδων στο Simulink και να λαμβάνει τις σχετικές εξόδους
• Να κατανοεί την αρχή λειτουργίας των PLC και να διακρίνει ανάμεσα στις μεθόδους προγραμματισμού τους
• Να κατανοεί τον έλεγχο με Η/Υ και τις λειτουργικές του συνιστώσες
• Να κατανοεί τα συστήματα SCADA και τις λειτουργικές τους συνιστώσες
• Να αναγνωρίζει τα βασικά ηλεκτρονικά μέρη που υπεισέρχονται στον έλεγχο των συστημάτων

Βιβλιογραφία

Ελληνική:

1. Βαφειάδης, Π. Μαθήματα Συστημάτων Ελέγχου, 3η έκδοση, Αθήνα: 2009. Τόμοι Α’,Β’.
2. Καρύμπαγκας - Σερβετάς, Συστήματα αυτομάτου ελέγχου, τόμοι Α’,Β’,Γ’. Αθήνα 1985.
3. Μαλατέστας, Π. Β., Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, Εκδ. Τζόλια, Τόμοι Α’,Β’, 2004.
4. Πανταζής Ν., Αυτοματισμοί με PLC. Αθήνα: Σταμούλης, 1998.
5. Παρασκευόπουλος Π., Εισαγωγή στον αυτόματο έλεγχο, Τόμος Α’ - Θεωρία, Αθήνα 2001.
6. Παρασκευόπουλος Π., Εισαγωγή στον αυτόματο έλεγχο, Τόμος Β' - Εφαρμογές, Αθήνα 2001.
7. Πετρίδης Β., Συστήματα αυτομάτου ελέγχου, Τόμοι 1 και 2, Θεσσαλονίκη 1987.
8. Σύρκος – Κούκος, Εισαγωγή στη Σχεδίαση Συστημάτων Ελέγχου με το MATLAB (Βελτιωμένη Έκδοση), Παπασωτηρίου, Αθήνα 2005.
9. Τζαφέστας Σ., Συστήματα αυτομάτου ελέγχου. Τόμοι 1, 2 και 3, Πάτρα-Αθήνα: 1975.

Ξενόγλωσση:

1. Brogan, William L, Modern Control Theory, 3rd Edition, 1991. ISBN 0135897637.
2. Chen, Chi-Tsong, Linear System Theory and Design, 3rd Edition, 1999. ISBN 0195117778.
3. Dorf and Bishop, Modern Control Systems, 10th Edition, Prentice Hall, 2005. ISBN 0131277650.
4. Franklin, Powell & Enami, Feedback Control of Dynamic Systems, 5th Edition, Addison-Wesley, 2005.
5. Hamming, Richard, Numerical Methods for Scientists and Engineers, 2nd edition, Dover, 1987. ISBN 0486652416.
6. Kalman, R. E., On the General Theory of Control Systems, IRE Transactions on Automatic Control, Volume 4, Issue 3, p110, 1959. ISSN 0096199X.
7. Kuo & Golnaraghi, Automatic Control Systems, 8th Edition, Wiley, 2002.
8. Ogata, Katsuhiko, Solving Control Engineering Problems with MATLAB, Prentice Hall, New Jersey, 1994. ISBN 013045.