Reguleringsteknik, matematik og kredsløbsteknik / Control, mathematics and circuitry

Mærsk Mc-Kinney Møller Instituttet, Odense
Undervisningsaktivitetsnr.: E-RMK-U1.
Undervisningssprog: Dansk.ECTS / belastning: 10 ECTS / 0.167 årsværk.
Periode: Efterårssemestret 2016.Godkendt: 13-04-16.
Udbydes i: Odense.

Fagansvarlig:
Lektor Ole Albrektsen, Mærsk Mc-Kinney Møller Instituttet.

Forudsætninger:
Det anbefales, at kurserne E-EMSA og E-EMSB er bestået.

Indhold:
De enkelte fagligheders indhold:

Regulering (REG):
  • Modeller.
  • Blokdannelse.
  • Blokdiagram
  • Regulatortyper.
  • Indstilling af regulatorer.
  • Stabilitet.

Matematik (MAT):
  • Koordinatsystemer.
  • Vektor differentialregning.
  • Laplace´s og Poisson´s ligninger.
  • Maxwell´s ligninger.
  • Bølgeligningen.

Kredsløbsteknik (KRE):
  • Overføringsfunktioner.
  • Resonanskredsløb.
  • Passive og aktive filtre.
  • Laplacetransformation.

Målbeskrivelse:
De tre fagligheder har følgende læringsmål:

Reguleringsteknik – REG
Viden:
  • Indenfor lineære, tids-invariante og kontinuerte reguleringssystemer, skal den studerende kunne:
  • redegøre for de grundlæggende elementer i et blokdiagram for et reguleringssystem
  • redegøre for tids- og frekvensdomænespecifikationer for et reguleringssystem
  • redegøre for linearisering af et ulineært system
  • redegøre for åbent og lukket sløjfe reguleringssystemer
  • redegøre for lukket sløjfe stabilitetskravene i et reguleringssystem
  • redegøre for stabilitetsmarginer
  • redegøre for virkemåde af forskellige regulatortyper, herunder P-, PI-, LAG-, LEAD- og PID regulatorer
  • redegøre for fordele og ulemper ved en given regulatortype
  • redegøre for praktisk realiseringen af en regulator

Færdigheder:
Indenfor lineære, tids-invariante og kontinuerte reguleringssystemer, skal den studerende kunne:
  • opstille en matematisk model af et fysik system
  • opstille et blokdiagram for et reguleringssystem
  • opstille et simuleringsdiagram i Simulink ud fra en matematisk model
  • anvende Matlab/Simulink til at analysere og simulere et reguleringssystem
  • beregne frekvensresponset af et åbent/lukket sløjfe-system
  • anvende Nyquist forenklede stabilitetskriterium på et reguleringssystem
  • beregne stationær fejl for et reguleringssystem
  • bestemme regulatorparametre for en regulator

Kompetencer:
Indenfor lineære, tids-invariante og kontinuerte reguleringssystemer, skal den studerende kunne:
  • opstille tids- og frekvensdomænespecifikationer for et reguleringssystem
  • udvælge en bestemt regulator ud fra krav til reguleringssløjfens egenskaber
  • analyserer og designe en regulatortype til givet reguleringssystem

Matematik – MAT
Viden:
Den studerende kan:
  • redegøre for skalar- og vektorfelter.
  • redegøre for partiel differentiering og kæderegel.
  • redegøre for gradient af et skalarfelt og retningsafledede.
  • redegøre for divergens og rotor af et vektorfelt
  • redegøre for linjeintegraler og beskrive sammenhængen mellem konservative felter og potentialeteori.
  • redegøre for dobbelt og tripple integraler.
  • redegøre for variabelskift i dobbeltintegraler.
  • redegøre for Greens sætning, Gauss' sætning, Stoke's sætning og forklare udledningen af Maxwell's ligninger.
  • redegøre for kontinuitetsligningen, Laplace's og Poissons differentialligninger.
  • forstå transformation af Laplaceoperator fra retvinklede til sphæriske koordinater.

Færdigheder:
Den studerende kan:
  • anvende  og udføre beregninger på skalar- og vektorfelter.
  • anvende partiel differentiering og kæderegel.
  • anvende begreberne gradient, divergens og rotation.
  • udføre beregninger på konservative felter og potentialeteori.
  • foretage variabelskift i dobbeltintegraler.
  • anvende Greens sætning, Gauss' sætning, Stoke's sætning og udlede Maxwell's ligninger.
  • anvende kontinuitetsligningen, Laplace's og Poissons differentialligninger.
  • udføre transformation af Laplaceoperator fra retvinklede til sphæriske koordinater.

Kompetencer:
Den studerende kan:
  • anvende de matematiske metoder til analyse af vektor- og skalarfelter.
  • formidle resultater fra vektor differential- og vektor integral regning til et bredere publikum i korrekt matematisk terminologi.

Kredsløbsteknik – KRE
Viden:
Den studerende kan:
  • forstå og udregne overføringsfunktioner for simple kredsløb.
  • redegøre for Bodeplot i forbindelse med frekvenskarakteristikker.
  • redegøre for simple serie og parallel resonanskredsløb.
  • redegøre for passive og aktive filtre.
  • redegøre for det matematiske værktøj Laplacetransformation til beskrivelse af simple kredsløb, herunder redegøre for impuls- og steprespons samt stabilitet.

Færdigheder:
Den studerende kan:
  • beregne overføringsfunktioner for simple kredsløb.
  • beregne Bodeplot i forbindelse med frekvenskarakteristikker.
  • beregne overføringsfunktioner for simple serie og parallel resonanskredsløb.
  • beregne overføringsfunktioner for passive og aktive filtre.
  • beregne og udføre Laplacetransformation til beskrivelse af simple kredsløb, herunder beregne impuls- og steprespons samt identificere stabilitet.

Kompetencer:
Den studerende kan:
  • udvælge, designe, analysere og vurdere et simpelt elektrisk kredsløb.
  • formidle resultater fra en test af kredsløbet til et bredere publikum.



Undervisningstidspunkt:
Efterår

Undervisningstimer:
Undervisningen udgøres af 21 lektioner á 4 timer. Lektionerne er fordelt med 8 lektioner i reguleringsteknik, 7 lektioner i matematik og 6 lektioner i kredsløbsteknik.


Undervisningsform:
Semestret bestående af kurserne E-EEP og E-RMK, tilrettelægges og gennemføres som et sammenhængende tematiseret forløb, hvor semesterets tema: "Måling og generering af elektromagnetiske felter kombineret med analog signalbehandling” danner rammen for undervisningen, aktiviteterne og projektet.

Samlet set for kurserne E-EEP og E-RMK er det overordnede mål, at den studerende skal kunne udvikle sensorer og/eller aktuatorer på baggrund af:
  • Design af sensor, aktuator­ og signalkonditioneringselementer ud fra analytisk opstillede overføringsfunktioner, som er udledt på baggrund af fysiske og elektriske modeller.
  • Validering af designet gennem simulering.
  • Realisering af sensoren/aktuator og karakterisering ved målinger. Herunder validering i forhold til kravspecifikationerne.

Et vigtigt element er at kunne sammenligne målinger med beregninger og simuleringer, dels for at evaluere/forfine modellerne og dels for at opnå større indsigt i modellernes gyldighedsområde.

Semesterkoordinatoren udarbejder sammen med semestergruppen bestående af undervisere og vejledere en semesterplan for aktiviteterne i kurset E-­EEP og E-RMK.

Semesterplanen beskriver hvorledes aktiviteter, prøveform og bedømmelser (herunder løbende evaluering) foregår inden for rammerne af E-­EEP og E-RMK.
Semesterplanen præsenteres for de studerende ved semesterstart.
Semesterplanen indeholder terminer for aflevering af dokumenter, samt en beskrivelse af de formelle krav til den løbende evaluering.

Den studerende evalueres løbende gennem semesteret. Formålet med den løbende evaluering er at give den studerende feedback på sin studieaktivitet og dermed mulighed for at navigere gennem studiet og at justere indsats og fokusområder.


Prøveform:
Ekstern prøve med censur bedømt med én samlet karakter efter 7-trinsskalen baseret på:
  • Mundtlig prøve, hvor den enkelte studerende efter lodtrækning eksamineres i én af faglighederne: reguleringsteknik, matematik eller kredsløbsteknik.


Kommentar:
I løbet af semesteret afvikles der flere aktiviteter, som er en del af den løbende evaluering og feedback til de studerende. De består af flere bedømmelser af og feedback på den studerendes præstationer og kan udgøres af flere af følgende:
Laboratorieøvelser.
Simuleringsøvelser.
Opgaver.
Skriftlige tests.
Mundtlige foredrag.
Postersessions.

Den løbende evaluering/feedback foretages af undervisere og/eller ved peer­assessment [de studerende bedømmer hinanden] og/eller ved self­assessment [den studerende bedømmer sig selv].

Studier:
Diplomingeniør i Elektronik og datateknik
3. semester, obligatorisk. Udbydes i: Odense
Diplomingeniør i Stærkstrømsteknologi
3. semester, obligatorisk. Udbydes i: Odense
Diplomingeniør i Elektrisk energiteknologi
3. semester, obligatorisk. Udbydes i: Odense