Projektovanje sistema automatskog upravljanja    (ETF AEO PSU 5962)
 
Opće informacije
Naziv kursa Projektovanje sistema automatskog upravljanja
Oznaka (šifra) predmeta ETF AEO PSU 5962
Studij ETF-B
Odsjek Automatika i elektronika
Godina 5
Semestar 9
Tip Obavezni
Broj ECTS Bodova 7
Ukupno sati nastave 62
Broj sati predavanja 39
Broj sati vježbi 23
Broj sati tutorijala 0
Cilj kursa - Znanje i vještine koje treba postići student
Cijeloviti naziv ovog predmeta je "Projektiranje sistema automatske regulacije i upravljanja tehnoloških procesa". Student je već odslušao predmete teoretske prirode (Teorija automatskog upravljanja, identifikacija sistema i dr.), te predmete na kojima je zasnovana oprema kojom se realiziraju automatski sistemi (elektrotehnika, elektronika, fluidi i dr.), a u ovom predmetu studentu se nudi spoznaja o sistemu kao cjelini u kome su svi djelovi sistema u međusobnoj međuvezi. Poseban naglasak se stavlja na ovisnost automatike objekta i samog objekta. Procjenjuje se upotrebljivost različitih sistemskih metoda za objekte koji imaju nezanemarljive veličine čistog ili prenosnog kašnjenja, te se glavnina primjene koncentrira na metod amplitudno - fazne karakteristike u Re-Im prostoru. Poslije eksperimentalne identifikacije objekata, uvodi se pojam kvalitete odziva regulirane veličine u vremenskom domenu (gdje kvalitet ima fizikalno značenje) te njegova transformacija u prostor gdje se vrši sinteza neiterativnim putom. Nakon definicije standardnih veličina konture, daju se pravila za izbor informacionih i izvršnih organa, pravila za izbor regulatora i njegovo podešenje. Posebno se razmatra sinteza konture sa dvopozicionim regulatorima te kontura sa kaskadnom strukturom, upravljanjem po smetnji te dostizanje autonomnosti u objektima u kojima postoje međuveze između varijabli. Diskutiraju se specifičnosti objekata koji imaju kao reguliranu veličinu protok, nivo, pritisak, temperaturu i kemijski sastav. Formalni princip projektiranja, osnove standardizacije grafičkih prezentacija imaju značajno mjesto u kursu. Dati su primjeri hijerarhijskog vođenja složenih objekata sa prepoznatljivim funkcionalnim grupama i podgrupama.

Vježbe produbljuju znanje iz matematičkog modeliranja objekata, dio vježbi se izvodi na maketama, zatim u simulaciji sa MATLAB, Simulink i Multitool programskim paketima za analizu i sintezu konkretnih primjera. Posjeta realnom objektu (TE Kakanj). Edukacioni filmovi (Control Valves, Continous Process Control, Batch Processes Control, Heat Exchanger Control, Destillation Control, pH Control).
Program
Eksperimentalna identifikacija objekta
Metoda skokovite funkcije. Tehnika izvođenja eksperimenta. Obrada rezultata eksperimenta. Izvođenje eksperimenta sa impulsnom ispitnom funkcijom. Aproksimacija bez uvođenja čistog kašnjenja. Metoda proste i složene harmonijske ispitne funkcije (Eksperimentno dobivanje amplitudno-fazne karakteristike): Tehnika provedbe eksperimenta i Obrada rezultata eksperimenta. Približna međusobna veza dinamičkih karakteristika dobivenih u vidu vremenskih i amplitudno-faznih karakteristika. Opravdanost aproksimacije objekta visokog rada objektom prvog reda sa čistim kašnjenjem. Metoda pasivnog eksperimenta. Definicija slučajne veličine. Autokorelaciona i kroskorelaciona funkcija. Računanje korelacionih funkcija. Metode identifikacije objekta u konturi sa regulatorom. Identifikacija statičkih karakteristika. Metode fizičkog modeliranja. Izbor metode eksperimentne identifikacije.

Tehnički uvjeti za regulacione sisteme

Tehnički uvjeti sistema automatske regulacije: u vremenskom domenu i u domenu amplitudno-fazne karakteristike. Tehnički uvjeti za konture sa dvopozicionim regulatorima

Prosti regulacioni krug

Smetnje u regulacionim konturama. Kriterijum optimalnog podešenja regulatora. Regulaciona kontura kao optimalni filter smetnji
Sinteza i podešenje prostog regulacionog kruga
Izbor informacionog organa. Izbor i dimenzioniranje izvršnog organa. Sinteza željene statičke karakteristike ventila. Propusna sposobnost ventila.

Statičke karakteristike ventila kada je na njemu konstantan pad pritiska (konstruktuktivne karakteristike).

Podešavanje regulatora kada je objekat neidentificiran

Osobenosti podešenja regulacione konture sa digitalnim regulatorom

Diskretna forma regulacionih algoritama. Diskretna forma idealngo PID algoritma. Diskretna forma realnog PID algoritma. Greške koje su rezultat kvantizacije. Podešenje parametara diskretnih PID algoritama.

Sinteza regulacione konture sa dvopozicionim regulatorima na: astatskom objektu prvog reda, statičkom objektu prvog reda, astatskom objektu sa kašnjenjem i statičkom objektu sa kašnjenjem.
Podešenje dvopozicionih regulatzora na objektu drugog reda. Kontura sa tropozicionim regulatorom. Kontura sa impulsnim regulatorom sa modulacijom po širini impulsa.

Upravljačke konture sa dopunskim informacijama
Kaskadne sheme. Podešenje regulatora u kaskadnoj strukturi. Shema sa uvođenjem diferenciranja pomoćne veličine. Sistemi sa upravljanjem po smetnji. Uvjeti invarijantnosti regulirane veličine s obzirom na smetnju. Kombinovani sistemi. Sinteza "modela". Multivarijabilni sistemi. Jedna međuveza u objektu - dostizanje autonomnosti. Dvije međuveze - dostizanje autonomnosti. Primjer regulacije objekta sa međuvezama bez dostizanja autonomnosti. Regulacija odnosa protoka fluida. Podešavanje regulatora prilikom regulacije odnosa.

Analiza kontura koje su najčešće prisutne u tehnološkim procesima

Regulacija protoka. Inercijalno kašnjenje tečnosti u pokretu. Drugi dinamički elementi u konturi i šum. Regulacija pritiska: gasa, pare i tečnosti. Nivo tečnosti i hidraulična rezonansa. Period hidraulične rezonanse. Šumovi kod regulacije nivoa. Tečnosti koje ključaju i kondenzovane pare. Regulacija temperature. Primjer sistema sa konstantnim parametrima. Vremenske konstante sistema. Pojačanje objekta. Regulacija kemijskog sastava. Proces miješanja. Analizator. Procesno pojačanje.

Principi formalnog projektiranja regulacionih kontura

Projektne podloge univerzalnog unificiranog sistema tehničkih sredstava za automatizaciju tehnoloških procesa. Organizacija projekta. Računalsko projektovanje lokalnih kontura automatizacije.

Upravljanje prelaznim stanjima kompleksnih objekata

Funkcionalno-grupna dekompozicija objekta na primjeru termoelektrane.

Primjer projektiranja upravljanja funkcionalnom grupom: dovod i zagrijavanje zraka - primjer fiksno ožičene logike. Primjer projektiranja upravljanja funkcionalnom grupom; napajanje kotla vodom - primjer slobodno programiranog sistema.
Literatura
Obavezna literatura 1. Bilješke i slajdovi s predavanja (moci ce se preuzeti na web siteu Fakulteta).

2. Transkript knjige: B. Matić, N. Borić
Dopunska literatura 1. Yang i Masubuchi: Dinamics for Process and System Control, Gordon and Breach Science Publishers, New York

2. Salihbegović: Modeliranje dinamičkih sistema, Svjetlost, Sarajevo.
Didaktičke metode
Teoretska predavanja, praćena sa primjerima iz inženjerske prakse, prezentiraju se u sali, uz sva matematska izvođenja, te crtanje dijagrama i pomoćnih skica, s tim što se dijagrami i slike prezentiraju slajdovima na platnu.
Vježbe u laboratoriji (23 sata), pod vođstvom tutora, imaju za cilj da studenti, pomoću softverskih paketa provjere znanja stečena tokom predavanja i auditornih vježbi. Vježbe su organizirane tako da svaki student ima na raspolaganju personalni računar, na kojem obavlja predviđene aktivnosti. Na prvim vježbama se vrši modeliranje poznatih (urađenih) zadataka u jednom od programskih paketa.
Način provjere znanja
Tokom trajanja kursa student prikuplja bodove prema slijedećem sistemu:

- prisustvo satima predavanja, vježbi i tutorijala: 10 bodova, student koji više od tri puta izostane sa predavanja, vježbi ne može ostvariti bodove po ovom osnovu;

- izrada domaćih zadaća i laboratorijskih vježbi: maksimalno 10 bodova; predviđena je izrada do 5 domaćih zadaća (5 bodova) ravnomjerno raspoređenih tokom semestra i laboratorijske vježbe (5 bodova);

Student koji je tokom trajanja semestra ostvario manje od 20 bodova ponovno upisuje ovaj kurs.

Student koji je tokom trajanja semestra ostvario 40 i više bodova pristupa usmenom završnom ispitu; ovaj ispit sastoji se iz diskusije zadataka sa parcijalnih ispita, domaćih zadaća i odgovora na pitanja koja se odnose na teme kursa.

Usmeni završni ispit donosi maksimalno 40 bodova. Da bi postigao pozitivnu završnu ocjenu, student na ovom ispitu mora ostvariti minimalno 20 bodova. Student koji ne ostvari ovaj minimum pristupa usmenom dijelu popravnog ispita.

Student koji je tokom trajanja semestra ostvario od 20 do 40 bodova, pristupa popravnom ispitu. Popravni ispit struktuiran je na slijedeći način:

- pismeni dio koji je struktuiran na isti način kao i pismeni parcijalni ispit; u okviru ovog ispita student polaže zadatke iz tema za koje nije postigao prolaznu ocjenu (10 i više bodova) polažući parcijalne pismene ispite,

- usmeni dio koji je struktuiran na isti način kao usmeni dio završnog ispita.

Usmenom dijelu popravnog ispita može pristupiti student koji je nakon polaganja pismenog dijela popravnog ispita uspio ostvariti ukupno 40 i više bodova kroz: prisustvo nastavi, izradu domaćih zadaća, polaganje parcijalnih ispita i polaganje pismenog dijela popravnog ispita.

Usmeni popravni ispit donosi maksimalno 40 bodova. Da bi postigao pozitivnu završnu ocjenu student na usmenom ispitu mora ostvariti minimalno 20 bodova. Student koji ne ostvari ovaj minimum ponovno upisuje ovaj kurs.
Napomene
1. Prilikom polaganja pismenog ispita nije dozvoljeno korištenje bilješki, knjiga, mobilnih telefona, niti drugih elektronskih pomagala osim prostog džepnog kalkulatora i eventualno tablica Laplaceove transformacije.

2. Zadaci koje student treba riješiti na ispitu istog su ili sličnog tipa kao oni koji su rješavani tokom izvođenja predavanja i tutorijala.