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. Ved utsatt eksamen (kontinuasjonseksamen) kan skriftlig eksamen bli endret til muntlig eksamen. Undervisningen kan bli gitt på engelsk dersom et tilstrekkelig antall studenter som ikke behersker norsk tar emnet.

Obligatoriske aktiviteter

• Øvinger

Anbefalte forkunnskaper

Emne TTK4105 Reguleringsteknikk.

Kursmateriell

Oppgis ved kursets begynnelse.

Studiepoengreduksjon