course-details-portlet

TMR4243 - Marine reguleringssystemer II

Om emnet

Vurderingsordning

Vurderingsordning: Mappevurdering
Karakter: Bokstavkarakterer

Vurdering Vekting Varighet Delkarakter Hjelpemidler
Individuell Muntlig prosjektarbeid 25/100 30 minutter E
Rapport prosjektarbeid 25/100
Hjemmeeksamen 50/100 3 timer

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 ein periode med praktiske labarbeider i MC-Lab (Dynamisk Posisjoneringslab; DP-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).

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 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.
  • 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.
  • 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 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 teoretisk utvikla regulator- og observeralgoritmer. Labarbeidet skal resultere i ein prosjektrapport og muntlig vurdering som vil telle i endeleg karakter.

Mer om vurdering

Mappeevaluering gir grunnlag for sluttkarakteren i emnet. I mappen inngår labarbeider og prosjektrapport, muntlig eksaminering på teoridel, og avsluttende skriftleg/digital eksamen. Resultatet for kvar del 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

Påkrevde forutsetninger:

  • TTK4105 Reguleringsteknikk (eller tilsvarande)
  • TMR4240 Marine reguleringssystemer I (eller tilsvarande)

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.

Annet: Forelesningsnotater, digitale forelesningsvideoer, og utvalgte artikler/rapporter.

Flere sider om emnet
Fakta om emnet

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

Undervisning

Termin nr.: 1
Undervises:  VÅR 2022

Undervisningsspråk: Engelsk

Sted: Trondheim

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

Ansvarlig enhet
Institutt for marin teknikk

Eksamensinfo

Vurderingsordning: Mappevurdering

Termin Statuskode Vurdering Vekting Hjelpemidler Dato Tid Eksamens- system Rom *
Vår ORD Hjemme-eksamen 50/100

Utlevering
13.05.2022

Innlevering
13.05.2022


09:00


12:00

INSPERA
Rom Bygning Antall kandidater
Vår ORD Rapport prosjektarbeid 25/100
Rom Bygning Antall kandidater
Vår ORD Individuell Muntlig prosjektarbeid 25/100 E 30.05.2022 09:00
Rom Bygning Antall kandidater
Sommer UTS Hjemme-eksamen 50/100
Rom Bygning Antall kandidater
Sommer UTS Rapport prosjektarbeid 25/100
Rom Bygning Antall kandidater
Sommer UTS Individuell Muntlig prosjektarbeid 25/100 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.
Eksamensinfo

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

Mer om eksamen ved NTNU