course-details-portlet

TTK4130 - Modellering og simulering

Om emnet

Vurderingsordning

Vurderingsordning: Hjemmeeksamen
Karakter: Bestått/Ikke bestått

Vurderingsform Vekting Varighet Hjelpemidler Delkarakter
Hjemmeeksamen 100/100 4 timer

Faglig innhold

Emnet skal gi en innføring i metoder for modellering og simulering av fysiske prosesser for bruk i reguleringstekniske anvendelser.
1. Modeller, modellegenskaper og modelleringsverktøy:
Studenten skal kunne gjenkjenne de vanligste modelltypene, kjenne til noen sentrale modellegenskaper som er nyttige for reguleringssystem, og skal kjenne til prinsipp for, og ha noe praktisk erfaring med, høynivå modelleringsverktøy (både blokk-orienterte (Simulink) og lignings/objekt-orienterte (Modelica/Dymola)).
2. Numerisk simulering:
Studenten skal kunne simulere tilstandsrom-modeller i en datamaskin. Dette innebærer å kunne implementere enkle eksplisitte ODE metoder, og skjønne prinsippene bak state-of-the-art ODE løsere (f.eks. i Matlab).
3. Stive legemers kinematikk og kinetikk:
Studenten skal kunne sette opp bevegelsesligninger for enkle system av stive legemer, som gir en basis for å kunne modellere mekaniske systemer slik som roboter, marine fartøy, biler, fly.
4. Balanselover/fluidsystemer:
Studenten skal lære seg prinsippene bak balanselovene, og kunne bruke de til å formulere enkle modeller for prosess-systemer (for eksempel ny energi, olje- og gassproduksjon, kjemisk prosessindustri).

Læringsutbytte

Kunnskap:
Etter å ha gjennomgått kurset, skal du kunne:
1 Modeller, modellegenskaper og modelleringsspråk:
- Kjenne igjen de viktigste modell-klassene.
- Definere passivitet, og vite hvordan passivitet kan påvises i modeller ved bruk av energifunksjoner eller positivt reelle transferfunksjoner.
- Beskrive prinsippene bak bruk av hensiktsmessige modell-inn- og utganger for at modeller skal kunne settes sammen og brukes om igjen.
- Beskrive forskjellen på kausale (blokk-orienterte) og ikke-kausale (lignings-orienterte) modelleringsverktøy og de praktiske følgene av dette.
- Gjenkjenne eller transformere et system som/til ordinær differensial-ligning.

2 Numerisk simulering:
- Utlede og bruke eksplisitte og implisitte ett-skrittsmetoder (Runge-Kutta).
- Analysere ettskrittsmetoder med tanke på stabilitet, og vite forskjellen i definisjon og tolkning av A-, L-, AN-, B- og algebraisk stabilitet, og følger dette får for valg av metode.
- Beskrive hvordan ettskrittsmetoder kan utvides med variabel skrittlengde.
- Formulere prinsippene bak flerskrittsmetoder.

3 Stive legemers kinematikk og kinetikk:
- Kunne koordinat-baserte og koordinatfrie beskrivelser av stive legemers kinematikk.
- Kunne de viktigste parameteriseringene av rotasjoner.
- Kunne derivere vektorer, og skjønne hva vinkelhastighet er.
- Kunne prinsippene for hvordan Newton-Euler bevegelsesligninger brukes
- Kunne bruke Lagranges bevegelsesligninger for enkle mekaniske systemer.

4 Balanselover/fluidsystemer:
- Reynolds transportteorem og balanselovene.
- Formulere massebalansen på differensial-form.(kontinuitetsligningen) og på integralform for et kontrollvolum.
- Formulere energibalanse for et kontrollvolum.
- Formuler impulsbalanse for et kontrollvolum.
- Bruke masse- og energibalanser for multikomponent-systemer.
- Lukking av balanseligninger ved termodynamikk.

Ferdighet:
Studenten skal kunne:
1 Implementere realistiske modeller og modellsystemer i egnede modelleringsverktøy.
2 Implementere eksplisitte ettskrittsmetoder, og prototype implisitte ettskrittsmetoder.
3 Bruke kinematikk og kinetikk (Lagrange og/eller Newton-Euler) til å sette opp modeller for enkle stive legemer.
4 Anvende balanselovene til å formulere enkle modeller for prosess-systemer.

Generell kompetanse:
Studenten skal kunne kommunisere om faglige problemstillinger både med spesialister og allmennheten.

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger, regneøvinger og dataøvinger. 8 av 11 øvinger kreves godkjent. Undervisningen kan bli gitt på engelsk dersom et tilstrekkelig antall studenter som ikke behersker norsk tar emnet.

Obligatoriske aktiviteter

  • Øvinger

Mer om vurdering

Ved utsatt eksamen (kontinuasjonseksamen) kan skriftlig eksamen bli endret til muntlig eksamen.

Spesielle vilkår

Vurderingsmelding krever godkjent undervisningsmelding samme semester. Obligatorisk aktivitet fra tidligere semester kan godkjennes av instituttet.

Kursmateriell

Oppgis ved kursets begynnelse.

Studiepoengreduksjon

Emnekode Reduksjon Fra Til
SIE3025 7.5
Flere sider om emnet

Ingen

Fakta om emnet

Versjon: 1
Studiepoeng:  7.5 SP
Studienivå: Tredjeårsemner, nivå III

Undervisning

Termin nr.: 1
Undervises:  VÅR 2020

Forelesningstimer: 4
Øvingstimer: 4
Fordypningstimer: 4

Undervisningsspråk: -

Sted: Trondheim

Fagområde(r)
  • Teknologiske fag
Kontaktinformasjon
Emneansvarlig/koordinator:

Ansvarlig enhet
Institutt for teknisk kybernetikk

Telefon:

Eksamensinfo

Vurderingsordning: Hjemmeeksamen

Termin Statuskode Vurderings-form Vekting Hjelpemidler Dato Tid Digital eksamen Rom *
Vår ORD Hjemme-eksamen** 100/100

Utlevering 18.05.2020

Innlevering 18.05.2020

Utlevering 09:00

Innlevering 13:00

INSPERA
Rom Bygning Antall kandidater
  • * Skriftlig eksamen plasseres på rom 3 dager før eksamensdato.
  • ** Merk at eksamensform er endret som et smittevernstiltak i den pågående koronasituasjonen. Please note that the exam form has changed as a preventive measure in the ongoing corona situation.
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