A tárgy címe:
Szabályozástechnika
Elsődleges képzés:
Fizikus mérnök BSc
Kredit:
5
A tárgy besorolása:
választható
Óraszám - előadás:
2
Óraszám - gyakorlat:
1
Óraszám - labor:
1
Egyéb oktatás:
nincs
Számonkérés módja:
Examination
Egyéb számonkérés:
nincs
Félév:
6
Előtanulmányi feltételek:
Méréstechnika, Elektronika, Matematikai módszerek a fizikában
Tantárgy felelőse:
Dr. Kiss Bálint, docens, PhD
További oktatók:
Tárgyleírás:
A technológiai, élettani, gazdasági és környezeti folyamatok irányítása a mérnöki tevékenységek fontos, széleskörű ismereteket, absztrakciós és alkalmazói képességeket egyaránt igénylő feladatai közé tartozik. A tárgy az irányítástechnika alapjaival, szabályozási rendszerek működési elveivel, a lineáris elemekből felépített szabályozási körök analízisével, szintézisével, valamint a számítógépes támogatás nyújtotta eszközök alkalmazástechnikájával ismerteti meg a hallgatókat, miközben alapvető mérnöki szemléletformáló szerepet tölt be.
Az irányítás fogalma, irányítási struktúrák. Működési vázlat, hatásvázlat, a szabályozási körök jelei. Szabályozási körök statikus és dinamikus minőségi jellemzői. Folytonosidejű lineáris időinvariáns (LTI) rendszer állapotegyenletének megoldása, exponenciális mátrix, átviteli függvény, pólus, zérus. A koordináta-transzformáció hatása. Folytonosidejű lineáris szabályozások analízise frekvenciatartományban. Alapkapcsolások, felnyitott kör, visszacsatolt rendszer, körerősítés és típusszám. Tranziensek közelítése domináns póluspárral. Lineáris szabályozások állandósult állapota, alapjelkövetés, zavaró jel kompenzálás. Stabilitás kritériumok: Nyquist-kritérium, Bode-kritérium, fázistöbblet, erősítéstöbblet, vágási frekvenciák. Folytonosidejű lineáris szabályozások tervezése frekvenciatartományban PID típusú szabályozók, beállítás előírt statikus pontosság és fázistöbblet esetén. Holtidős tagot tartalmazó rendszer irányítása: ideális holtidős tag integráló szabályozása. Diszkrétidejű lineáris szabályozások analízise: tartószervek, folytonosidejű szakasz diszkrétidejű megfelelője nulladrendű tartószerv esetén. Analóg kompenzáló tagok mintavételes implementálása: differenciáló és integráló operátorok mintavételes közelítése, egységugrás ekvivalencia. Holtidős rendszer szabályozása Smith-prediktorral. Véges beállású szabályozás elve. Kétszabadságfokú szabályozás tervezése. Folytonosidejű és diszkrétidejű szabályozási körök analízise és szintézise állapottérben: irányíthatóság és megfigyelhetőség, pólusáthelyezés és állapotmegfigyelő tervezése. Diszkrétidejű, zajhatást is tartalmazó rendszermodellek paramétereinek identifikációja mérések alapján.
Gyakorlatok
A tantermi és számítógéptermi gyakorlatok párokba szervezettek, azonos anyagrészhez tartozó feladatokkal.
1. Bevezetés a Matlab, a SImulink és a Control Systems Toolbox szolgáltatásinak használatába.
2. Szabályozási körök analízise: szimuláció, stabilitás, frekvencia és időtartománybeli vizsgálatok.
3. Soros kompenzátorok tervezése: tervezés Matlabbal, SISO tervező eszköz használata.
4. Diszkrét szabályozók tervezése: PID szabályozók diszkrét realizációja, 2DOF szabályozó méretezése
5. Folytonosidejű szabályozók állapotteres tervezés.
6. Diszkrétidejű szabályozók tervezése állapottérben.
7. Identifikáció mért adatok alapján.
Ajánlott irodalom:
Lantos Béla: Irányítási rendszerek elmélete és tervezése I. Egyváltozós szabályozások. Akadémiai Kiadó, 2. kiadás, 2005, ISBN 963 05 8249 X. (hozzáférhető elektronikusan:
Lantos Béla: Szabályozástechnika segédletek (elektronikusan az
Kompetenciák:
a) tudása- Ismeri a fizika legfontosabb kapcsolódási pontjait a mérnöki diszciplínákkal, az ehhez kapcsolódó alapvető fogalmakat és összefüggéseket.- Átlátja a fizikai törvényszerűségek technológiai és gazdasági folyamatokra történő alkalmazásait, valamint a kutatás-fejlesztés és a technológiai innováció folyamatát.- Rendelkezik a mérések tervezéséhez és kivitelezéséhez szükséges elektronikai, szenzorikai és méréstechnikai tudással.- Specializációs szakterületén ismeri az alkalmazott tervezési elveket, technológiákat, speciális anyagokat és mérési eljárásokat.b) képességei- Képes a műszaki fejlesztéshez kapcsolódó problémák önálló megoldására, a megoldáshoz elvezető fizikai törvényszerűségek, mechanizmusok és műszaki megoldások azonosítására, komplex műszaki és fizikai problémák analitikus és számítógépes modellezésére, és a modellezés eredményének gyakorlati alkalmazására.- Képes komplex fizikai elveken alapuló mérési eljárások fejlesztésére a méréstervezéstől a számítógépes mérésvezérlés megvalósításán át a mérési adatok kiértékeléséig és értelmezéséig. Képes komplex mérőrendszerek és a fizika elveit alkalmazó modern technológiák fejlesztésére.c) attitűdje- Törekszik a tudományos fizikai ismeretek és a műszaki-technológiai alkalmazások közötti összekötő, integráló szerep megteremtésére.- Nyitott a természettudományos és műszaki továbbképzés irányában.- Elkötelezett új kompetenciák elsajátítására.- Fejleszti, mélyíti szakterületi ismereteit.d) autonómiája és felelőssége- Önállóan feltárja és átgondolja az alapvető szakmai kérdéseket, és adott források alapján megválaszolja azokat, képes önálló szakmai döntések meghozatalára.- Felelősséggel együttműködik a műszaki, természettudományos és más szakterületek szakembereivel.- Tudatosan vállalja a műszaki-természettudományos terület etikai normáit.- Saját képességeit és munkájának eredményét reálisan értékeli.- Folyamatos tanulással fejleszti kompetenciáit, alkalmassá válva felelősségteljes munkakörök betöltésére.- Tisztában van a tudományos-technológiai kijelentések jelentőségével és következményeivel.