ELDI2002 Reguleringsteknikk for elektriske energisystemer

Kunnskap:

Etter fullført emne skal studenten ha tilegnet seg kunnskap om matematisk modellering av minst en av de mest elektriske industrirelevante dynamiske kraftenhetene (omformere, maskiner, turbiner etc.) i tids- og frekvensdomenet. Studenten skal ha fått forståelse for hovedforskjellene mellom lineære og ikke-lineære (elektriske) systemer, og hvordan man kan karakterisere likevekten deres, og kontrollere dem ved hjelp av state-feedback, P, PI, PID-kontrollere og kaskadede bly/lag-kompensatorer. Studenten skal bli kjent med de mest relevante modelleringsformalismene som brukes i moderne elektroingeniørpraksis, som stat-rom-modellering, overføringsfunksjoner og blokkskjemaer. Studenten skal bli kjent med de mest relevante modelleringsformalismene som brukes i moderne elektroingeniørpraksis, som stat-rom-modellering, overføringsfunksjoner og blokkskjemaer.

I tillegg skal studenten lære å linearisere ikke-lineære systemer, og vurdere deres småsignalstabilitet ved hjelp av en egenverdianalyse. Videre vil studenten kunne utlede overføringsfunksjoner fra deres lineariserte system, analysere deres stabilitet ved hjelp av deres polplasseringer, representere dem ved hjelp av blokkskjemaer og oppnå lukket sløyfeoverføring ved kaskade med en kompensator. Videre skal studenten lære grunnleggende teknikker for å tilnærme resulterende overføringsfunksjoner med lukket sløyfe til enklere andreordens funksjoner (uten nuller eller ekstra poler), slik som å fremtvinge en ønsket dynamisk ytelse når det gjelder for eksempel: prosent oversving, topp/stigning- tid osv. De vil også bli kjent med sluttverditeoremet som et nyttig verktøy for å garantere ønskede steady-state feil for ulike innganger (trinn, rampe, osv.). I tillegg skal studenten lære om hvordan man utfører en frekvensrespons med systemet sitt og skisserer tilnærmede Bode-plott. De vil få forståelse for relative stabilitetskonsepter som fase og gevinstmarginer, vil kunne identifisere disse direkte i Bode-plottet, samt forbedre dem ved å legge til en lead- eller lag-kompensator. Studenten skal gjøre seg kjent med Root Locus-metoden, som et kraftig verktøy for å designe og tune lineære kontrollere. Til slutt vil studentene få forståelse for de viktige kontrollerbarhets- og observerbarhetskonseptene, mye brukt i kontrollteknikk, og lære å sjekke om systemene deres er kontrollerbare og observerbare. De vil også lære å designe integrerte full-state tilbakemeldinger og observatører, og få en innføring i optimal kontroll.

Ferdigheter:

Vite hvordan man kan modellere og analysere stabiliteten til dynamiske elektriske systemer som er relevante i moderne elektrisk kraftteknikk, sette deres kontrollmål og designe og syntetisere stabiliserende og ytelseskontrollere.

Generell kompetanse:

Kunne gjennomføre små utviklingsprosjekter selvstendig og bidra aktivt i klasserommet. Økt rapportskrivingsevne samt kommunikasjonsevner. Økte ferdigheter i simulering (Simulink), samt numeriske beregningsferdigheter (Matlab).

30 % Skriftlig eksamen, 70 % mappevurdering (Prosjektoppgaver) med justerende muntlig.

Mappevurdering består av:

Seks skriftlige oppgaver.

Oppgave 1: Likevektsanalyse og direkte likevektsåpen sløyfekontroll.

Oppgave 2: PID og tilstandsfeedback kontroll med manuell tuning.

Oppgave 3: Linearisering av ikke-lineær modell, validering og småsignalstabilitet .

Oppgave 4: Overføringsfunksjonsmodellering, og ytelsesspesifikasjoner i s-domenet.

Oppgave 5: Frekvensrespons, Bode og lead-lag kontrollerdesign.

Oppgave 6: Observerbarhet og kontrollerbarhet + Integrert full state feedback og observatørdesign+optimal kontroll.

Hver oppgave vil bli vurdert underveis ved hjelp av en grov skala bestående av «Ikke bestått» (0/20), «Mangelfull» (5/20), «Bestått» (10/20), «Bra» (15/20), "Strålende" (20/20). På slutten av emnet vil studentene få mulighet til å levere inn tidligere oppgaver på nytt for ny vurdering.

Både skriftlig eksamen og mappe må bestås for å få sluttkarakter i emnet. Hvis du stryker i mappen, må denne tas opp neste gang emnet undervises. For skriftlig eksamen gjennomføres det utsatt eksamen i august. Ved utsatt eksamen kan vurderingsform endres fra skriftlig til muntlig.