course-details-portlet

TMR4243 - Marine reguleringssystemer II

Om emnet

Vurderingsordning

Vurderingsordning: Mappevurdering
Karakter: Bokstavkarakterer

Vurderingsform Vekting Varighet Hjelpemidler Delkarakter
Arbeider 40/100
Skriftlig eksamen 60/100 4 timer A

Faglig innhold

Emnet vil gi innsikt og kunnskap til å analysere, utvikle, og teste avanserte marine reguleringssystemer. Det vil dekke matematisk modellbasert design av robuste ulineære regulator- og observeralgoritmer anvendelege for automatisk styring av skip, undervannsfarkoster, marine strukturer, maskineri- og propulsjonssystemer, og andre maritime applikasjoner.

Kurset er basert på forelesninger, teoretiske og simuleringsbaserte egenarbeider, og ein periode med praktiske labarbeider i MC-Lab.

Emnet består av forelesninger på ulineær systemteori og ulineære regulator- og observerdesign:
1) Stabilitetsteori for ulineære systemer.
2) Observer og estimeringsteori, persistent eksitasjon, observerbarhet, osv.
3) Observer designs (lineære og ulineære observere, separasjonsprinsippet).
4) Robuste ulineære reguleringsmetoder (backstepping metoder, ulineær PID og integralregulering, ISS design, m.m.)
5) Dynamisk Posisjonering (DP) kontrollsystem algoritmer for thrust allokering, posisjonsregulering, og DP observer design.
6) Manøvreringsbaserte regulatoralgoritmer og banefølging for marine farkoster (baneparametrisering, banegenerering, gaidingsprinsipper, og relevante regulatoralgoritmer).
7) Adaptive regulatoralgoritmer for ulineære system (direkte/indirekte adaptive regulering, persistent eksitasjon, adaptiv backstepping, osv.).

Læringsutbytte

Ved avslutning av faget skal studenten vere i stand til å:
- Diskutere vilkår for at løysinger av tidsinvariante (autonome) og tidsvariante (ikkje-autonome) ordinære differensiallikninger skal eskistere, vere unike, og vere komplette.
- Karakterisere lokale, globale, uniforme, og asymptotiske stabilitetsegenskaper til ulineære system ved hjelp av Lyapunov og relaterte teoremer.
- Diskutere dei vanlegaste reguleringsformål, definere konseptet "Control Lyapunov Function" (CLF), og anvende ein CLF-basert metodikk for å utforme ein reguleringsalgoritme i samsvar med ein spesifisert problemerklæring.
- Relatere begrensa forstyrrelser til “input-to-state stability” (ISS) for det ulineære systemet og konvertere dette til ekvivalente vilkår for Lyapunov funksjonane.
- Forklare forskjellen mellom minimum fase og ikkje-minimum fase systemer, kva nulldynamikk er, og rekne ut relativ grad for eit ulineært system.
- Forklare konseptet uniform komplett observerbarhet, demonstrere design av ein Luenberger observer for eit lineært system, og forklare separasjonsprinsippet.
- Demonstrere design av (ulineære) tilstandsestimatorer for å fusjonere og filtrere sensor målinger og rekonstruere umålte tilstander, f.eks. hastighetstilstanden for ein marin farkost.
- Demonstrere design av regulatoralgoritmer basert på linearisering ved tilbakekobling, backstepping, og robuste ulineære regulatorer med integraleffekt.
- Forklare forskjellen mellom direkte og indirekte adaptiv regulering og forstå likheten mellom observerbarhet og persisten eksitasjon for å oppnå konvergens av adaptive parametre. Demonstrere design av adaptive regulatoralgoritmer basert på backstepping.
- Formulere eit reguleringsformål som eit manøvreringsproblem og designe ein korresponderande manøvreringsregulator.
- Nytte grunnleggande ulineær reguleringsteori og relevante regulator og observer designmetoder for å utvikle eit Dynamisk Posisjonering kontrollsystem for eit modellskip, inkludert ein DP observer, trustallokering, DP regulator, og ein guidance funksjonalitet.
- Gjennomføre labarbeid som eit gruppesamarbeid, løyse praktiske marine reguleringsproblem, og rapportere resultatene i ein prosjektrapport med ein tydelig og konsis framstilling av resultater, kritisk analyse, og konklusjoner.
- Opprettholde personlig integritet ved å gjennomføre akademiske studier og skriftlege arbeider på ein ærleg og etisk måte, uten noko form for plagiering og upassande oppførsel i arbeidsoppgaver og prosjekter.

Læringsformer og aktiviteter

Felles forelesninger og fleire praktiske marine labøvinger, som gir grunnlag for ein prosjektrapport.

Emnet vil inkludere fleire praktiske laboratoriesamlinger basert på Dynamisk Posisjonering, som eit reguleringsteknisk case studium, i Marine Cybernetics Lab (MC-Lab) for eit flytande modellskip - vi kaller det DP-lab'en. Studentane vil jobbe med laboppgaver for å opparbeide ferdigheter med praktisk implementering av regulatoralgoritmer. Labarbeidet skal resultere i ein prosjektrapport som teller med i endeleg karakter.

Mer om vurdering

Mappeevaluering gir grunnlag for sluttkarakteren i emnet. I mappen inngår skriftlig avsluttende eksamen (60%) samt labarbeider og prosjektrapport (40%). Resultatet for delene angis i %-poeng. Vurdering for hele mappen angis med bokstavkarakter.
Ved utsatt eksamen (kontinuasjonseksamen) kan skriftlig eksamen bli endret til muntlig eksamen.
Ved gjentak må alle vurderinger i emnet gjentas.

Forkunnskapskrav

TTK4105 Reguleringsteknikk og TMR4240 Marine reguleringssystemer I (eller tilsvarande) er ein forutsetning.

Kursmateriell

Lærebøker:
- Khalil, H. K. (2015). Nonlinear Control – Global edition, Pearson Education Ltd, England.
- Skjetne, R. (2005). The Maneuvering Problem, NTNU Ph.D. thesis 2005:1, Dept. engineering cybernetics.

Valgfri støtteliteratur:
- Lavretsky, E. og K. A. Wise (2013). Robust and Adaptive Control (With Aerospace Applications). Springer-Verlag, London, 2013. Avtales enkelte kapitler. (Tilgjengelig som ebok).


Forelesninger og utvalgte artikler.

Flere sider om emnet
Fakta om emnet

Versjon: 1
Studiepoeng:  7.5 SP
Studienivå: Høyere grads nivå

Undervisning

Termin nr.: 1
Undervises:  VÅR 2021

Forelesningstimer: 3
Øvingstimer: 4
Fordypningstimer: 5

Undervisningsspråk: Engelsk

Sted: Trondheim

Fagområde(r)
  • Marin kybernetikk
  • Marint maskineri
Kontaktinformasjon
Emneansvarlig/koordinator: Faglærer(e):

Ansvarlig enhet
Institutt for marin teknikk

Telefon:

Eksamensinfo

Vurderingsordning: Mappevurdering

Termin Statuskode Vurderings-form Vekting Hjelpemidler Dato Tid Digital eksamen Rom *
Vår ORD Arbeider 40/100
Rom Bygning Antall kandidater
Vår ORD Skriftlig eksamen 60/100 A
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.
Eksamensinfo

For mer info om oppmelding til og gjennomføring av eksamen, se "Innsida - Eksamen"

Mer om eksamen ved NTNU