Vurderingsordning

Faglig innhold

Lineær og ikke-lineær tilstandsrom-modellering brukt på relevante moderne elektrotekniske eksempler - inkludert, men ikke begrenset til, kraftomformere, elektriske maskiner, vindturbiner, etc. Transformering av stasjonære tid-periodiske tilstandrom-modeller til ekvivalente med tidsinvariante løsninger (via Parkstransformasjon). Likevektsanalyse, setter og betingelser for eksistens. Linearisering av ikke-lineære modeller. Introduksjon til industristandard lineære kontrollstrukturer: åpen sløyfe likevektskontroll, P, PI, PID (strøm) kontroll, "feed-forward" kontroll, tilstandsfeedback, (nested) ytre sløyfer for spenningsregulering, "droop" kontroll, kaskadekontroll og signalsynkronisering (f.eks: PLL-er). Tidsresponser i Simulink, faseportrettanalyse i Matlab, modal transformasjon og egenverdianalyse (inkludert parametriske sveip, sensitivitetsanalyse). Frekvensdomeneanalyse via Laplace-transformasjon og tilhørende metoder som overføringsfunksjoner, blokkdiagrammer, bode-plot, rotlokus og impedansmodellering og Nyquist-kriterier. Kontrollerbarhet og observerbarhet. Tuning av PID & state feedback kontrollere manuelt, og via f.eks.: Ziegler Nichols, Pole plassering, etc. Tunning for tidsskala separasjon mellom indre og ytre sløyfer. Introduksjon til Lyapunovs direkte metode (begrenset til lineære systemer). Robust kontrollerdesign for avvisning av forstyrrelser i sammenheng med cyberfeil og angrep av elektrisk utstyr.

Læringsutbytte

Kunnskap: Etter fullført emne skal studenten ha tilegnet seg kunnskap om matematisk modellering av de mest relevante dynamiske kraftenhetene (omformere, maskiner, turbiner etc.) i tids- og frekvensdomenet. Studenten skal ha fått forståelse for hovedforskjellene mellom lineære og ikke-lineære (elektriske) systemer, hvordan karakterisere deres likevekt og sikre dens eksistens. Studenten skal bli kjent med de mest relevante modelleringsformalismer som brukes i moderne elektroteknikkpraksis som tilstandsromrepresentasjon samt (overføringsfunksjonsbaserte) impedansmetoder. I tillegg skal studenten lære tre stabilitetsanalysemetoder basert på egenverdianalyse, Nyquistkriterier og Bode-plottmetoder samt Lyapunovs direkte metode (begrenset til lineære systemer). Studenten skal kunne designe og syntetisere state-feedback og P, PI, PID (strøm) kontrollere for relevante elektrotekniske systemer og med tilstrekkelig grad av robusthet mot eksterne forstyrrelser (f.eks.: cyber-feil og angrep). I tillegg vil studenten også bli kjent med de vanligste kontrollerene i industriell bruk inkludert spennings- og frekvens ytre sløyfer, droop-kontrollere samt synkroniseringsteknikker som faselåssløyfe (PLL). Ferdigheter: Vet hvordan man analyserer stabiliteten til dynamiske elektriske systemer, setter kontrollmål og designer og syntetiserer stabiliserende og robuste kontrollere for applikasjoner som er relevante i moderne elektrisk kraftteknikk. 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).

Læringsformer og aktiviteter

Live (fysisk) oversikt og «motiverende» forelesninger med oppmuntrede diskusjoner (om pågående prosjekt) støttet av offline dyptgående og matematisk strenge videoopplæringer kombinert med et (valgfritt) presentielt verksted der studentene jobber med ukentlige oppgaver under veiledning av foreleseren— som gir mulighet for en-til-en samhandling mellom elever og lærer. Oppgavene vil være en blanding mellom teoretisk utvikling, beregninger i Matlab samt tidsdomene simuleringer i Simulink på relevante applikasjoner for moderne elektrisk kraftteknikk.

Mer om vurdering

30 % Muntlig eksamen, 70 % Oppgaver+Prosjekt.

Oppgaver og prosjekt består av:

Fem små skriftlige oppgaver på 1-2 sider hver, og en sluttrapport som samler alle disse oppgavene.

Oppgave 1: Modellering i state-space force og open loop equilibrium control implementation i Simulink.

Oppgave 2: PID og generalisert tilstandskontroll. Oppgave 3: Linearisering, validering av modell og frekvensdomeneanalyse.

Oppgave 4: Egenverdibasert stabilitetsvurdering. Oppgave 5: Innstilling av PID & State Feedback-kontrollere.

Sluttrapport: Kontrollhåndbok med elektrotekniske eksempler.

Hver oppgave vil bli vurdert underveis ved å bruke en "Ikke bestått, Bestått, Strålende" skala og sluttprosjekt vil telle minst det dobbelte av beløpet.

I tillegg blir det 30 % muntlig eksamen ved kursslutt.

Anbefalte forkunnskaper

Innføring i analog og digitalelektronikk​ (TTT4203), Matematikk 3 (TMA4110) og Krets- og kraftsystemanalyse (ELDI2003)

Forkunnskapskrav

Matematikk 1 (TMA4100) og 2 (TMA4105).

Kursmateriell

Flere alternativer, inkludert:

Katsuhiko Ogata: Modern Control Engineering.

Chi-Tsong Chen. Linear system theory and design. Oxford University Press, New York, 4th international edition, 2014

Balchen, Andresen, Foss: Reguleringsteknikk, 2016 edition.

Richard Dorf, Robert Bishop: Modern Control Systems.