Regulacijska tehnika

Visokošolski učitelji: Ambrožič Vanja, Nedeljković David

Opis predmeta

Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti:

• Formalni pogoj: vpis v 3. letnik univerzitetnega študijskega programa Elektrotehnika;sicer so potrebna predznanja, pridobljena pri predmetih iz matematike, fizike, osnov elektrotehnike, meritev in električnih strojev.
• Za pristop k izpitu mora kandidat imeti uspešno opravljene laboratorijske vaje in izdelano poročilo z le-teh.
• Laboratorijske vaje morajo potekati v skupinah z manjšim številom študentov zaradi povišane nevarnosti (visoka napetost, vrteči se deli).

Vsebina:

Linearni sistemi in njihovo opisovanje: diferencialne enačbe, prostor stanj, Laplaceova transformacija in prenosna funkcija, merjenje ali izračun frekvenčnega odziva in podajanje frekvenčne karakteristike v Bodejevem, Nicholsovem in Nyquistovem diagramu, prehodna funkcija. Ponazoritev regulacijskih sistemov z blokovnimi diagrami, prenosne funkcije odprtozančnih in zaprtozančnih sistemov za različne vplivne veličine ter njihova linearizacija in normiranje. Stabilnost in stabilnostni kriteriji, statični in dinamični pogrešek. Osnovni gradniki regulacijskih sistemov in njihove lastnosti. PID regulatorji in njihova realizacija z operacijskimi ojačevalniki. Optimiranje parametrov regulatorjev: integralski kriteriji, priporočila, potek frekvenčne karakteristike (amplitudna in fazna rezerva), metoda lege korenov. Kaskadne regulacije, procesne regulacije. Diskretne regulacije in Z-transformacija, digitalni regulatorji. Nelinearnosti in njihov vpliv na obnašanje regulacijskih sistemov; analiza stabilnosti nelinearnih sistemov: fazna ravnina, opisna funkcija; odpravljanje integralskega pobega. Osnove simulacij in uporaba sodobnih programskih orodij za simulacijo regulacijskih sistemov. Primeri regulacij v močnostni elektrotehniki.

Cilji in kompetence:

Študent bo usvojil osnovne pojme s področja regulacijske tehnike, pri čemer bo poudarek pretežno na linearnih sistemih. Spoznal bo različne metode za načrtovanje regulacijskih sistemov in se jih naučil uporabljati s sodobnimi programskimi orodji. Zavedal se bo pomanjkljivosti pri modeliranju in znal bo kritično pristopiti k izvedbi regulacijskih sistemov, zlasti na področju močnostne elektrotehnike.

Predvideni študijski rezultati:

• Znanje in razumevanje:

Študent bo razumel osnovne pojme s področja regulacijske tehnike in spoznal različne načine za opisovanje električnih in mehanskih sistemov.

• Uporaba:

Študent bo samostojno zasnoval in optimiral preprostejše regulacijske sisteme na področju močnostne elektrotehnike, pri čemer bo po tehtni presoji izbral eno izmed predstavljenih metod.

• Refleksija:

Študent se bo zavedal prednosti in pomanjkljivosti posameznih pristopov k reševanju regulacijskih problemov ter nevarnosti za neučinkovito regulacijo, ki lahko izvirajo iz njih.

• Prenosljive spretnosti:

Spretnosti, pridobljene pri tem predmetu, bodo podlaga za poglobljen študij regulacij pri drugih predmetih iz energetike, elektromotorskih pogonov in elektriških tehnoloških procesov. Študent bo tako znanja tega predmeta lahko nadgradil in uporabil za realizacijo zahtevnejših regulacijskih sistemov z najsodobnejšimi tehnološkimi rešitvami. Poleg regulacijskih sistemov v tehniki in naravi bo študent razumel delovanje povratnozančnih sistemov v družbi oziroma njihovo nedelovanje v primeru slabega načrtovanja.

Metode poučevanja in učenja:

• Predavanja (60 ur) in laboratorijske vaje (30 ur); opcija: projektno delo na nalogah, ki potekajo v Laboratoriju za regulacijsko tehniko in močnostno elektroniko.

Gradiva

1. David Nedeljković: Regulacije v močnostni elektrotehniki, predvideni izid 2014.
2. Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini: Feedback control of dynamic systems, Addison-Wesley, 2010.
3. Dogan Ibrahim: Microcontroller based applied digital control: J. Wiley & Sons, 2006.
4. Werner Leonhard: Control of Electrical Drives, Springer; 2001.
5. Vanja Ambrožič: Sodobne regulacije pogonov z izmeničnimi stroji, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, 1996.
6. Borut Zupančič, Rihard Karba, Drago Matko: Simulacija dinamičnih sistemov, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo, 1995.
7. Rafael Cajhen: Regulacije, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo, 1990.