Kehittyneet säätömenetelmät ja simulointi (5 op)

Tavoitteet

Tämän opintojakson suoritettuaan opiskelija osaajohtaa dynaamisille ilmiöille differentiaaliyhtälömalleja, jotka perustuvat fysikaalisiin lainalaisuuksiinsuunnitella ja tehdä prosessikokeita, tulkita niitä ja tuottaa näytedataan perustuvia aikajatkuvia malleja ja differenssiyhtälömalleja (aikasarjamalleja)esittää energiantuotannon ja muun prosessiteollisuuden keskeisten monimuuttujasäätömenetelmien rakenteet ja toteutustavatsoveltaa simulointi- ja suunnitteluohjelmistoja keskeisiin mallinnustapoihin.

Sisältö

Yksimuuttujaiset dynaamiset mallit prosessidynamiikalle ja PID-säätimelleMonimuuttujaiset prosessi- ja säätömallirakenteet ja vektori- ja matriisiesityksenä (0,25)Luonnonlakeihin perustuvat dynaamiset mallit differentiaaliyhtälöinä ja Laplace-muunnettuina siirtofunktioina (0,5)Näytejonoihin perustuvat diskreetit aikasarjamallit ja z-siirtofunktiomallit (0,5)Optimointilaskenta malliprediktiivisessa säädössä (0,25)Sumea logiikka mallinnus- ja säätömenetelmänä (0,5)Neuroverkkotekniikka mallinnus- ja säätömenetelmänä (0,5)Sovellusesimerkkejä kehittyneiden ohjaus- ja säätömenetelmien käytöstä energiatuotannossa, tuotteiden laadunhallinnassa ja laitteiden kunnonvalvonnassaLaskenta- ja simulointiesimerkkejä Matlab-Simulink-ympäristössä sekä prosessiautomaatiojärjestelmissä

Opiskelumateriaali

1. Moodle materials.
2. Dorf, C.D., Bishop, R.H., Modern Control Systems, 10. painos, Addison- Wesley, USA 2005, 881 s.
3. Harju, T., Marttinen, A., Säätöpiirin virityksen perusteet, Control CAD, Espoo 2001, 166 s.

Opiskelumuodot ja -menetelmät

Työviikkopohjainen oppimisväylä:
Opintojakson suoritettuasi osaat
* johtaa dynaamisille ilmiöille differentiaaliyhtälömalleja, joka perustuvat luonnonlakeihin
* suunnitella ja tehdä prosessikokeita, analysoida niitä ja tuottaa näytedataan perustuvia aikajatkuvia ja diskreettejä malleja
* esittää energiatuotannon ja muun prosessiteollisuuden keskeisten monimuuttujasäätömenetelmien rakenteen ja toteutustavat
* soveltaa simulointi- ja suunnitteluohjelmistoja prosessijärjestelmien kuvaamiseen.
Miten laaditaan läpivirtaussäiliön dynaaminen virtaustase ja lämpötase differentiaaliyhtälömuotoon Matlab Simulink -simulointia varten?
Miten tehdään prosessikoe lämmönvaihtimelle ja muodostetaan lämpösisältöä kuvaava aikasarjamalli kerätystä datasta hyödyntäen Matlab Identification Toolbox -ohjelmaa?
Miksi sumean logiikan käyttö tai malliprediktiivinen säätö voivat parantaa tuotteiden laatua tai prosessilaitoksen energiatehokkuutta?
Miksi Matlab Simulink on levinnyt kautta maailman mallinnuksen ja simuloinnin perustyökaluksi ja miten Matlabia voi käyttää prosessien toiminnan "kuivaharjoitteluun"?

Opiskelijan työmäärä

* 60 h luentoja, laskuharjoituksia ja Matlab Simulink -simulointiharjoituksia
* 75 h omatoimista opiskelua

Lisätietoja opiskelijoille

Edellytetään opintojaksot
1. Virtaustekniikka
2. Termodynamiikka ja lämmönsiirto
3. Energiatekniikan insinöörimatematiikka 2
4. Mittaus- ja säätötekniikka.

Arviointiasteikko

1-5

Arviointikriteerit, hyvä (3)

Kiitettävä (5), hyvä (4-3), tyydyttävä (2-1), hylätty (0)

Arviointimenetelmät ja arvioinnin perusteet

Tentti (60 %), matemaattiset ja Matlab Simulink -harjoitustehtävät (40 %), arviointiasteikko 0 - 5.

Hylätty (0)

Puuttuva tentti.