Verplicht in fase
Eerste semester
Tweede semester
Beide semesters
Niet ingericht
Dit jaar
Volgend jaar
Wisselende jaren
Extern
Voorwaarden
Docenten
Onderwijstaal
Duur
Identieke opleidingsonderdelenSysteemanalyse en regeltechniek (B-KUL-H00S4A)
Uitgesloten voor examencontractDoelstellingen
De student kan de basisprocedure voor de tijdsdomein-identificatie van een lineair tijdsinvariant systeem met één ingang en één uitgang toepassen. Dit houdt in: keuze van systeemmodel, keuze van systeemexcitatie, kleinste-kwadratenschatting van modelparameters en evaluatie van de modelnauwkeurigheid.
De student kan voor een niet-lineair systeem een lineair model afleiden rond een gegeven of te zoeken evenwichtspunt.
De student kan een systeem in continue-tijd en in discrete-tijd analyseren in zowel het tijdsdomein als het frequentiedomein, en dit op basis van verschillende modelvoorstellingen, zoals o.a. een transfertfunctiebeschrijving, een toestandsruimtemodel.
De student kan een systeemmodel in continue-tijd omvormen naar discrete-tijd en kent het effect van aliasing.
De student kan (periodische en niet-periodische continue-tijd en discrete-tijd) signalen analyseren in het frequentiedomein, weet hoe signalen bemonsterd worden en kan een gepaste bemonsteringsfrequentie kiezen.
De student kan de stabiliteit van een systeem, en de controllerbaarheid en observeerbaarheid van een toestandsruimtemodel analyseren.
De student kent het verschil tussen de verschillende vormen van stabiliteit.
De student kan de energieverliezen in een lineair systeem berekenen.
De student kan voor een gegeven lineair tijds-invariant systeem met één ingang en één uitgang, op basis van specificaties in het tijdsdomein of frequentiedomein
- een klassieke regelaar met terugkoppeling ontwerpen op basis van frequentiedomeinmethoden (keuze van type regelaar en bepalen van regelparameters) ;
- een regelaar op basis van toestandsterugkoppeling ontwerpen, met inbegrip van een gesloten-lus toestandsschatter;
- voorwaartse koppeling toevoegen aan een klassieke regelaar of een toestandsregelaar om regimefouten te elimineren voor verschillende ingangssignalen;
- bovenstaande ontwerpen kritisch evalueren.
De student kan een Kalman filter ontwerpen om de toestanden van een lineair of niet-lineair systeem optimaal te schatten, en kan het resultaat kritisch evalueren.
Begintermen
- oplossen van lineair differentiaal- en differentievergelijkingen met constante coëfficiënten in het tijds- en transformatiedomein
- oplossen van stelsel lineaire eerste-orde differentiaal- en differentievergelijkingen met constante coëfficiënten in het tijds- en transformatiedomein
- basiskennis van Fourierreeksen en Fouriertransformatie
- complexe functieleer
- lineaire algebra
- oplossen van stelsels lineaire vergelijkingen
- elementaire matrixbewerkingen
- eigenwaarden en eigenvectoren
Volgtijdelijkheidsvoorwaarden
Dit opleidingsonderdeel is een voorwaarde voor het opnemen van volgende opleidingsonderdelen:
H04P5A : Embedded Control Systems
H04P9A : Integrated Project
H04Q7A : Advanced Model Based Control
H06U9B : Advanced Robot Control Systems
H00R9A : Embedded Control Systems
Identieke opleidingsonderdelen
Dit opleidingsonderdeel is identiek aan de volgende opleidingsonderdelen:
H04X3B : Systems and Control Theory
Plaats in het onderwijsaanbod
- Master in de ingenieurswetenschappen: werktuigkunde (programma voor studenten gestart vóór 2024-2025) (Leuven) 120 sp.
- Master in de ingenieurswetenschappen: werktuigkunde (programma voor industrieel ingenieurs of master industriële wetenschappen - aanverwante richting) (programma voor studenten gestart vóór 2023-2024) (Leuven) 120 sp.
Onderwijsleeractiviteiten
3.5 sp. Regeltechniek: opdrachten (B-KUL-H00S3a)
Inhoud
- Inleiding tot kleinste-kwadraten systeemidentificatie in het tijdsdomein
- Linearisatie van niet-lineaire systemen
- Inleiding tot regeltechniek
- Basiseigenschappen van systemen met terugkoppeling
- Basisbegrippen: open vs.gesloten kring, gevoeligheid, regimefout
- Prestaties van systemen met terugkoppeling
- Methode der wortellijnen
- Ontwerp in het frequentiedomein van systemen met terugkoppeling
- Ontwerp van regelaars op basis van toestandsterugkoppeling
- Optimale controle (LQR) en toestandsschatting (Kalman Filter)
Studiemateriaal
Studiekost: 76-100 euro (De informatie over studiekosten zoals hier opgenomen is indicatief en geeft enkel de prijs weer bij aankoop van nieuw materiaal. Er zijn mogelijk ook e- en tweedehandskopijen beschikbaar. Op LIMO kan je nagaan of het handboek beschikbaar is in de bibliotheek. Eventuele printkosten en optioneel studiemateriaal zijn niet in deze prijs vervat.)
- G.F. Franklin, J.D. Powell, A. Emami-Naeini, Feedback control of dynamic systems, Prentice Hall, Inc., 2002 of latere edities
- Kopies van de slides van de hoorcolleges
- Referentiemateriaal voor het deel over systeemmodellering (Toledo). Dit referentiemateriaal is deel van het boek: J.L. Shearer, A.T. Murphy, H.H. Richardson, Introduction to system dynamics, Addisson-Wesley Publishing Company, 1971
- Teksten van de oefenzittingen en het practicum (Toledo)
Komt ook voor in andere opleidingsonderdelen
1.5 sp. Systeemtheorie: opdrachten (B-KUL-H00S4a)
Inhoud
- Basissignalen
- Analyse van systemen (continue-tijd en discrete-tijd) in het tijdsdomein
- Analyse van systemen (continue-tijd en discrete-tijd) in het transformatiedomein
- Analyse van signalen en systemen (continue-tijd en discrete-tijd) in het frequentiedomein
- Stabiliteit van lineaire systemen
- Energie en vermogen in signalen en systemen
Studiemateriaal
- G.F. Franklin, J.D. Powell, A. Emami-Naeini, Feedback control of dynamic systems, Prentice Hall, Inc., 2002 of latere edities
- K. Gopalan, Introduction to signal and system analysis, Cengage Learning, 2009 of latere edities
- Kopies van de slides van de hoorcolleges
0.5 sp. Systeemtheorie: oefeningen (B-KUL-H00U3a)
Inhoud
- Oef. S1: Simulatiediagrammen, toestandsvergelijkingen en berekenen van systeemresponsies
- Oef. S2: Fourierreeksen, Fouriertransformatie, discretisatie van systeemmodellen in continue-tijd
- Oef. S3: Bodediagram, stabiliteit, controleerbaarheid en observeerbaarheid, berekenen van energieverliezen
Studiemateriaal
Teksten voor de oefenzittingen zijn beschikbaar op Toledo: overzicht en samenvatting van de onderwerpen van elke sessie, beschrijving van de oefeningen en geselecteerde oplossingen.
1.5 sp. Regeltechniek: oefeningen (B-KUL-H00V0a)
Inhoud
Beschrijving van de oefenzittingen en practicum
- Oef. 1: linearisatie van niet-lineaire systemen + systeemidentificatie in het tijdsdomein
- Oef. 2: eigenschappen van systemen met en zonder terugkoppeling
- Oef. 3: stabiliteit van systemen met terugkoppeling (wortellijnen en Bode diagram)
- Oef. 4: ontwerp van klassieke regelaars in het frequentiedomein
- Oef. 5: ontwerp van regelaars op basis van toestandsterugkoppeling met behulp van poolplaatsing
- Oef. 6-7: Kalman filters en lineaire kwadratisch optimale regeling (QR): optimale toestandsschatting en terugkoppeling
Studiemateriaal
Teksten voor de oefenzittingen en het practicum zijn beschikbaar op Toledo: overzicht en samenvatting van de onderwerpen van elke sessie, beschrijving van de oefeningen en geselecteerde oplossingen.
Komt ook voor in andere opleidingsonderdelen
Evaluatieactiviteiten
Evaluatie: Systeemanalyse en regeltechniek (B-KUL-H20S4a)
Toelichting
De evaluatie bestaat uit 2 delen: oefeningexamen systeemanalyse en evaluatie project regeltechniek. De evaluatie van het gedeelte systeemanalyse telt voor 2/7 van de totale evaluatie, de evaluatie van het gedeelte regeltechniek telt voor 5/7 van de totale evaluatie.
Indien het totale behaalde resultaat 10/20 is of meer maar er werd op één van de delen een onvoldoende behaald, wordt het totale resultaat aangepast naar 9/20. Het niet afleggen van één of meerdere onderdelen van de evaluatie wordt gelijkgesteld met het niet afleggen van dit vak.
Systeemanalyse: Schriftelijk examen in de examenperiode
- Gesloten boek, met formularium
- Oefeningen
- Peilen naar inzicht, geen theorievragen
Regeltechniek:
De basis voor de evaluatie is een project waarbij gebruik gemaakt wordt van een experimentele opstelling.
De studenten werken in groepen van twee aan dit project.
Het project bestaat uit vier opdrachten die betrekking hebben op verschillende onderdelen van de leerstof.
Voor elke opdracht moet een afzonderlijk verslag ingediend worden.
De evaluatie gebeurt op basis van deze verslagen.
Elk verslag telt voor 25% van de totale evaluatie van regeltechniek.