Emne - Reguleringsteknikk for digital elektrisk energi - ELDI2002
ELDI2002 - Reguleringsteknikk for digital elektrisk energi
Om emnet
Vurderingsordning
Faglig innhold
Lineær og ikke-lineær tilstand-rom-modellering brukt på relevante moderne elektrotekniske eksempler - inkludert, men ikke begrenset til, kraftomformere, elektriske maskiner, vindturbiner osv. Likevektsanalyse. Introduksjon til industristandard lineære kontrollstrukturer: åpen sløyfe-likevektskontroll, P, PI, PID-kontroll, full-state feedback og manuell tuning. Tidssvar i Simulink, faseportrettanalyse i Matlab. Linearisering av ikke-lineære modeller. Modal transformasjon og egenverdianalyse (inkludert parametriske sveip og sensitivitetsanalyse). Frekvensdomeneanalyse via Laplace-transformasjon, overføringsfunksjoner, blokkdiagrammer og ytelsesspesifikasjoner for andre-ordens systemer. Frekvensrespons, bode-plott, relativ stabilitet (forsterkningsmargin og fasemargin), design av kaskadekompensatorer (lead/lag) ved bruk av Bode-plott. Kontrollerbarhet og observerbarhet og integrert design av full-state tilbakemeldingskontroll med observatører.
Læringsutbytte
Kunnskap:
Etter fullført emne skal studenten ha tilegnet seg kunnskap om matematisk modellering av minst en 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, og hvordan man kan karakterisere likevekten deres, og kontrollere dem ved hjelp av (manuelt innstilt) tilstandsfeedback og P, PI, PID kontrollere. 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 dets småsignalstabilitet ved hjelp av en egenverdianalyse. I tillegg skal studenten kunne utlede nyttige (åpen sløyfe) overføringsfunksjoner fra deres lineariserte system, analysere stabiliteten ved hjelp av deres polplasseringer, representere dem ved hjelp av blokkskjemaer og oppnå lukket sløyfeoverføring ved kaskade med en kompensator . Videre vil studenten lære grunnleggende teknikker for å tilnærme resulterende overføringsfunksjoner med lukket sløyfe til enklere andreordens funksjoner (uten nuller), slik som å fremtvinge en ønsket dynamisk ytelse når det gjelder for eksempel: prosent oversving, topp-/stigetid, etc. De vil også bli kjent med sluttverditeoremet som et nyttig verktøy for å garantere ønskede steady-state feil for ulike innganger (trinn, rampe, etc.). 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. 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 integrert full-state tilbakemelding og observatør.
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).More about this source textSource text required for additional translation informationSend feedbackSide panels
Læringsformer og aktiviteter
Live (fysiske) teoretiske forelesninger annenhver uke støttet av offline dyptgående og matematisk strenge videoopplæringer kombinert med presentasjonsverksteder to eller tre økter i uken der studentene jobber med ukentlige oppgaver under veiledning av foreleseren og vitenskapelige/studentassistenter— som åpner for en-til-en samhandling mellom studenter og lærerstaben. 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: 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.
Hver oppgave vil bli karakterisert underveis ved hjelp av en "Ikke bestått, bestått, god, strålende" skala. På slutten av emnet vil studentene få mulighet til å levere inn tidligere oppgaver på nytt for ny vurdering.
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:
Bok: Richard Dorf, Robert Bishop: Modern Control Systems.
Ingen
Versjon: 1
Studiepoeng:
7.5 SP
Studienivå: Videregående emner, nivå II
Termin nr.: 1
Undervises: HØST 2023
Undervisningsspråk: Engelsk
Sted: Trondheim
- Teknisk kybernetikk
- Elkraftteknikk
Ansvarlig enhet
Institutt for elektrisk energi
Eksamensinfo
Vurderingsordning: Samlet karakter
- Termin Statuskode Vurdering Vekting Hjelpemidler Dato Tid Eksamens- system Rom *
-
Høst
ORD
Mappevurdering
70/100
A
Utlevering
04.12.2023Innlevering
04.12.2023
11:00
12:00 -
Rom Bygning Antall kandidater -
Høst
ORD
Muntlig eksamen
30/100
E
Utlevering
04.12.2023Innlevering
04.12.2023
10:00
11:00 -
Rom Bygning Antall kandidater - Sommer UTS Muntlig eksamen 30/100 E
-
Rom Bygning Antall kandidater
- * Skriftlig eksamen plasseres på rom 3 dager før eksamensdato. Hvis mer enn ett rom er oppgitt, finner du ditt rom på Studentweb.
For mer info om oppmelding til og gjennomføring av eksamen, se "Innsida - Eksamen"