Emne - Marine reguleringssystemer II - TMR4243
TMR4243 - Marine reguleringssystemer II
Om emnet
Vurderingsordning
Vurderingsordning: Samlet karakter
Karakter: Bokstavkarakterer
| Vurdering | Vekting | Varighet | Delkarakter | Hjelpemidler |
|---|---|---|---|---|
| Prosjektrapport labarbeider | 40/100 | |||
| Skriftlig skoleeksamen | 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 øvinger, og eit prosjekt på praktiske marine anvendelser - Dynamisk Posisjoneringslab (DP-Lab) i MC-Lab (viss ressursene for dette er tilstades).
Emnet består av forelesninger på ulineær systemteori og ulineære regulator- og observerdesign:
- Stabilitetsteori for ulineære systemer.
- Observer og estimeringsteori, persistent eksitasjon, observerbarhet, osv.
- Observer designs (lineære og ulineære observere, separasjonsprinsippet).
- Robuste ulineære reguleringsmetoder (backstepping metoder, ulineær PID og integralregulering, ISS design, m.m.)
- Dynamisk Posisjonering (DP) kontrollsystem algoritmer for thrust allokering, posisjonsregulering, og DP observer design.
- Manøvreringsbaserte regulatoralgoritmer og banefølging for marine farkoster (baneparametrisering, banegenerering, gaidingsprinsipper, og relevante regulatoralgoritmer).
Læringsutbytte
Ved avslutning av faget skal studenten vere i stand til å:
- Skissere den typiske topologien for eit tilbakekobla kontrollsystem og oversette kvar komponent og sammenkoblinger til eit sett av ordinære differensiallikninger.
- Diskutere eigenskaper for løysinger av tidsinvariante og tidsvariante ordinære differensiallikninger.
- 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.
- Diskutere trygghet i ein tilstandsrommodell, definere konseptet "Control Barrier Function" (CBF), og anvende ein CBF-basert metodikk til å utforme trygge regulatorer.
- 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.
- Formulere eit reguleringsformål som eit manøvreringsproblem og designe ein korresponderande manøvreringsregulator.
- Nytte ulineær reguleringsteori og relevante regulator og observer designmetoder for å utvikle eit Dynamisk Posisjonering kontrollsystem for eit modellskip, inkludert trustallokering, joystick-styring, DP tilstandsestimator, DP regulator, og ein guidance funksjonalitet.
- Forklare konsept relatert til autonome skip som navigerer i marin trafikk
- Gjennomføre labarbeid som eit gruppesamarbeid; utlede teoretiske løysinger på praktiske marine reguleringsproblem, implementere algoritmene i eit virkelig kontrollsystem, utføre simuleringer og laboratorietesting, og rapportere resultatene i ein prosjektrapport med ein tydelig og konsis framstilling av reguleringsproblem, regulatordesign, og resulterande (lukka sløyfe) ytelse
- 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, prosjekter, og eksamineringer.
Læringsformer og aktiviteter
Felles forelesninger, øvinger, og eit prosjekt for å realisere teoretiske metoder til praksis. Emnet vil inkludere øvinger og, hvis lab-ressurser er tilstrekkeleg, praktiske laboratoriesamlinger basert på Dynamisk Posisjonering, som eit reguleringsteknisk case studium, i Marine Cybernetics Lab (MC-Lab) for eit frittflytande modellskip - vi kaller det DP-lab'en. Studentane vil jobbe med laboppgaver for å opparbeide ferdigheter med praktisk implementering av teoretisk utvikla regulator- og observeralgoritmer ved bruk av ROS med noder koda i Python. Alternativet viss fysisk lab ikkje lar seg gjennomføre, er eit simuleringsbasert prosjektarbeid. Prosjektarbeidet skal resultere i ein prosjektrapport som vil telle i endeleg karakter.
Obligatoriske aktiviteter
- Labarbeider
Mer om vurdering
Delvurderinger gir grunnlag for sluttkarakteren i emnet. I dette inngår prosjektarbeider med rapport, og avsluttande skriftleg (muleg digital) eksamen. Resultatet for kvar del blir gitt som bokstavkarakter A-F, og desse blir satt sammen til ein samla bokstavkarakter. Kvar delvurdering må vere bestått for å bestå emnet. Ved utsatt eksamen (kontinuasjonseksamen) kan skriftleg eksamen bli endra til muntleg eksamen.
Anbefalte forkunnskaper
Det er anbefalt å ta dette emnet i serie med TMR4240 Marine regulerinssystemer I.
Forkunnskapskrav
Påkrevde forutsetninger:
- TTK4105 Reguleringsteknikk (eller tilsvarande)
Kursmateriell
Lærebøker:
- Khalil, H. K. (2015). Nonlinear Control, Global edition, Pearson Education Ltd, England.
Annet: Forelesningsnotater, digitale forelesningsvideoer, og utvalgte artikler, rapporter, og avhandlinger.
Versjon: 1
Studiepoeng:
7.5 SP
Studienivå: Høyere grads nivå
Termin nr.: 1
Undervises: VÅR 2024
Undervisningsspråk: Engelsk
Sted: Trondheim
- Marin kybernetikk
- Marint maskineri
- Marin teknologi
Eksamensinfo
Vurderingsordning: Samlet karakter
- Termin Statuskode Vurdering Vekting Hjelpemidler Dato Tid Eksamens- system Rom *
- Vår ORD Skriftlig skoleeksamen 60/100 A 14.05.2024 15:00 INSPERA
-
Rom Bygning Antall kandidater SL111 grønn sone Sluppenvegen 14 13 - Vår ORD Prosjektrapport labarbeider 40/100
-
Rom Bygning Antall kandidater - Sommer UTS Skriftlig skoleeksamen 60/100 A INSPERA
-
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"