Αυτόματος Έλεγχος

Παναγιώτης Σεφερλής

Περιγραφή

 

Quadrotor Aerial Vehicle

 

 

Η μελέτη και ανάλυση της δυναμικής συμπεριφοράς συστημάτων ελέγχου. Η σχεδίαση συστημάτων αυτομάτου ελέγχου για επιθυμητή δυναμική συμπεριφορά σε μηχανολογικά, ηλεκτρολογικά, θερμικά, υδραυλικά και παραγωγικά συστήματα.

(Η φωτογραφία είναι από τη διπλωματική εργασία του Κ. Γερμακόπουλου, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Α.Π.Θ., 2013, Optimal estimation and control for a quad rotor aerial vehicle)

 

CC - Αναφορά - Παρόμοια Διανομή
Διδάσκοντες

Διδάσκων: Παναγιώτης Σεφερλής, Αναπληρωτής Καθηγητής

Ο Παναγιώτης Σεφερλής είναι κάτοχος Διδακτορικού τίτλου σπουδών στη Χημική Μηχανική από το Πανεπιστήμιο McMaster του Καναδά (1995). Εργάστηκε για ένα έτος ως αναλυτής συστημάτων προσομοίωσης διεργασιών στην Honeywell Hi-spec solution (Καναδάς). Υπήρξε μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Delft (Delft University of Technology, Ολλανδία) (1997-99), προτού αναλάβει ως Ερευνητής στο Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (ΙΔΕΠ) του Εθνικού Κέντρου Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ) (2000-06). Συνεργάζεται ερευνητικά με το Εργαστήριο Ανάπτυξης Ολοκληρωμένων Συστημάτων Διεργασιών του ΙΔΕΠ/ΕΚΕΤΑ από το 2006.

 

Ανέλαβε καθήκοντα ως Επίκουρος Καθηγητής στο τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Α.Π.Θ. το 2006, όπου και μονιμοποιήθηκε το 2011. Ανέλαβε καθήκοντα ως Αναπληρωτής Καθηγητής το 2014.

 

Τα κύρια ερευνητικά ενδιαφέροντά του επικεντρώνονται στην ανάπτυξη προηγμένων συστημάτων αυτόματου ελέγχου για μηχανολογικά και ηλεκτρολογικά συστήματα καθώς και συστήματα διεργασιών, στην ολιστική προσέγγιση σχεδίασης μηχανολογικών και παραγωγικών συστημάτων και συστημάτων ελέγχου καθώς και στην ανάλυση ευαισθησίας σε προβλήματα βελτιστοποίησης μεγάλης κλίμακας.

 

Το διδακτικό του έργο καλύπτει περισσότερα από δέκα έτη διδασκαλίας στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών των μαθημάτων «Αυτόματος Έλεγχος», «Βέλτιστος Έλεγχος Δυναμικών Συστημάτων», «Ψηφιακός Έλεγχος Δυναμικών Συστημάτων», «Σχεδιασμός και Βελτιστοποίηση Διεργασιών», «Προηγμένη Δυναμική και Ταλαντώσεις». Είναι μέλος της διοικούσας επιτροπής του Διαπανεπιστημιακού Μεταπτυχιακού Προγράμματος Erasmus Mundus Master Course in Turbomachinery Aeromechanics.

 

Είναι συγγραφέας περισσότερων από 140 δημοσιεύσεων σε διεθνή έγκριτα περιοδικά, συλλογικούς τόμους και πρακτικά συνεδρίων. Έχει επιμεληθεί την έκδοση ενός συλλογικού τόμου στον ολοκληρωμένο σχεδιασμό διεργασιών και συστημάτων ελέγχου. Είναι μέλος της συντακτικής ομάδας στα διεθνή έγκριτα περιοδικά “Chemical Product and Process Modelling” και “Chemical Engineering Transactions”. Είναι μέλος του προεδρείου του “International Conference in Process Integration, Modelling and Optimization for Energy Saving and Pollution Reduction» και έχει διατελέσει μέλος της επιστημονικής επιτροπής σε αρκετά διεθνή επιστημονικά συνέδρια.

 

Έχει διατελέσει επιστημονικώς υπεύθυνος ή μέλος της επιστημονικής ομάδας σε αρκετά ερευνητικά προγράμματα που χρηματοδοτούνται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή (Διεύθυνση Έρευνας) και τη Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ).

 

Ομάδα ανάπτυξης περιεχομένου: Δρ. Αθανάσιος Παπαδόπουλος, Πασχαλίνα Μαύρου (Διπλ. Μηχ. Μηχ.), Θοδωρής Δαμαρτζής (Διπλ. Χημ. Μηχ.), Θοδωρής Ζαρογιάννης (Διπλ. Μηχ. Μηχ.), Αλέξης Κυριακίδης (Διπλ. Χημ. Μηχ.), Κώστας Γερμακόπουλος (Διπλ. Μηχ. Μηχ.)

Περιεχόμενο μαθήματος

1. Εισαγωγή στα συστήματα αυτόματου ελέγχου.

 

2. Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων.

  • Μηχανολογικά, ηλεκτρολογικά, θερμικά, υδραυλικά συστήματα.
  • Μετασχηματισμός Laplace – Συνάρτηση μεταφοράς .
  • Γραμμικοποίηση συστημάτων – Λειτουργικά διαγράμματα βαθμίδων.

3. Ανάλυση ευστάθειας γραμμικών συστημάτων.

  • Ορισμός ευστάθειας δυναμικού συστήματος.
  • Συσχέτιση πόλων και ευστάθειας – Κριτήριο Routh-Hurwitz.
  • Δυναμικά χαρακτηριστικά τυπικών συστημάτων.

4. Μοντέλα μεταβλητών κατάστασης.

  • Κατάστρωση μοντέλου μεταβλητών κατάστασης.
  • Επίλυση συστημάτων μεταβλητών κατάστασης – Πίνακας μεταφοράς.
  • Σχέση με μοντέλα συνάρτησης μεταφοράς.
  • Ευστάθεια σε μοντέλα μεταβλητών κατάστασης.

5. Απόκριση συχνότητας δυναμικών συστημάτων.

  • Υπολογισμός και χαρακτηριστικά απόκρισης συχνότητας δυναμικών συστημάτων.
  • Διαγράμματα Bode – Διαγράμματα Nyquist.
  • Κριτήριο ευστάθειας Bode – Κριτήριο ευστάθειας Nyquist.

6. Μελέτη συστήματος ελέγχου ανάδρασης.

  • Επιλογή μεταβλητών και στοιχείων στο βρόχο ανάδρασης.
  • Αισθητήρες και ενεργοποιητές.
  • Κριτήρια επίδοσης συστήματος ανάδρασης.

7. Ελεγκτής PID.

  • Περιγραφή χαρακτηριστικών ελεγκτή.
  • Ρύθμιση παραμέτρων ελεγκτή PID για επιθυμητή δυναμική συμπεριφορά.

8. Βελτίωση απόδοσης βρόχου ανάδρασης.

  • Έλεγχος διαδοχικών βρόχων – Έλεγχος πρόδρασης – Αντιστάθμιση καθυστέρησης χρόνου.

9. Σχεδίαση ελεγκτών με το γεωμετρικό τόπο ριζών.

  • Υπολογισμός και χαρακτηριστικά γεωμετρικού τόπου ριζών δυναμικών συστημάτων.
  • Ευστάθεια συστημάτων με χρήση του γεωμετρικού τόπου ριζών.
  • Σχεδίαση αντισταθμιστών προήγησης/καθυστέρησης φάσης με το γεωμετρικό τόπο ριζών.

10. Σχεδίαση συστημάτων ελέγχου στο πεδίο συχνότητας.

  • Αντισταθμιστές προήγησης, καθυστέρησης – Συστήματα με φίλτρο εισόδου.

11. Σχεδίαση συστημάτων ελέγχου με το μοντέλο μεταβλητών κατάστασης .

  • Ελεγξιμότητα, παρατηρησιμότητα
  • Ελεγκτές ανάδρασης καταστάσεων – τοποθέτηση πόλων.

12. Συστήματα ελέγχου πολλαπλών βρόχων.

  • Αλληλεπίδραση βρόχων
  • Σχεδιασμός ελεγκτών πολλαπλών βρόχων ανάδρασης.  
Προαπαιτούμενα

Μαθηματικά: Διαφορικές εξισώσεις, μετασχηματισμοί Laplace.

Ταλαντώσεις μηχανικών συστημάτων: Συμπεριφορά και ιδιότητες απόκρισης δυναμικών συστημάτων.

Ομάδα στόχος

Φοιτητές σε πρόγραμμα σπουδών Μηχανολόγων Μηχανικών, Μηχανικών Ενέργειας, Αυτοματισμού. Το μάθημα θα είναι χρήσιμο σε φοιτητές τμημάτων Χημικών Μηχανικών και Ηλεκτρολόγων Μηχανικών. Το περιεχόμενο μπορεί να μελετηθεί ανά ενότητα από Μηχανικούς και ερευνητές που θέλουν να κάνουν μια γρήγορη επανάληψη στα συστήματα αυτόματου ελέγχου.

Μαθησιακοί στόχοι

Στόχοι του μαθήματος είναι η μελέτη και ανάλυση της δυναμικής συμπεριφοράς συστημάτων ελέγχου ανάδρασης και η σχεδίαση συστημάτων αυτομάτου ελέγχου για επιθυμητή δυναμική συμπεριφορά σε μηχανολογικά, ηλεκτρολογικά, θερμικά, υδραυλικά και παραγωγικά συστήματα.

 

O εκπαιδευόμενος αναμένεται μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος να:

  • Αναλύει δυναμικά συστήματα με χρήση συναρτήσεων μεταφοράς, στο πεδίο της συχνότητας και στο πεδίο των μεταβλητών κατάστασης.
  • Σχεδιάζει συστήματα ελέγχου ανάδρασης με συναρτήσεις μεταφοράς, στο πεδίο της συχνότητας και των μεταβλητών κατάστασης για την επίτευξη επιθυμητής δυναμικής συμπεριφοράς.
  • Εφαρμόζει τις βασικές αρχές ανάλυσης και σχεδίασης συστημάτων ελέγχου σε ηλεκτρολογικά, μηχανολογικά, θερμικά, υδραυλικά και παραγωγικά συστήματα.
Προτεινόμενα συγγράμματα
  1. Dorf R.C. και R.H. Bishop, Σύγχρονα Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου, 11η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2009.
  2. Παρασκευόπουλος Π. Ν. “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου – Θεωρία και Εφαρμογές”, 2007.
  3. Πετρίδης Β. “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Π. Ζήτη, 2001.
  4. Μαλατέστας Π. “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Τζιόλα, 2011.
  5. Νταουτίδης Π, Μαστρογεωργόπουλος Σ., και Παπαδοπούλου Σ, 'Έλεγχος Διεργασιών", Εκδόσεις Τζιόλα, 2013.
  6. Distefano J. J., A. R. Stubberud, and I. J. Williams. “Θεωρία και Προβλήματα στα Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου”, Εκδόσεις Τζιόλα, 2000.
  7. Stefani R.T., B. Shahian, C.J. Savant, G.H. Hostetter. “Σχεδιασμός συστημάτων ελέγχου ανάδρασης”, Εκδόσεις Επίκεντρο, 2012.
  8. Χατζίκος Ε. Β. “MATLAB 7 για Μηχανικούς”, Εκδόσεις Τζιόλα, 2010.
Βιβλιογραφία
  1. Dorf R.C. και R.H. Bishop, Σύγχρονα Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου, 11η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2009.
  2. Παρασκευόπουλος Π. Ν. “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου – Θεωρία και Εφαρμογές”, 2007.
  3. Πετρίδης Β. “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Π. Ζήτη, 2001.
  4. Μαλατέστας Π. “Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου”, Εκδόσεις Τζιόλα, 2011.
  5. Νταουτίδης Π, Μαστρογεωργόπουλος Σ., και Παπαδοπούλου Σ, 'Έλεγχος Διεργασιών", Εκδόσεις Τζιόλα, 2013.
  6. Distefano J. J., A. R. Stubberud, and I. J. Williams. “Θεωρία και Προβλήματα στα Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου”, Εκδόσεις Τζιόλα, 2000.
  7. Stefani R.T., B. Shahian, C.J. Savant, G.H. Hostetter. “Σχεδιασμός συστημάτων ελέγχου ανάδρασης”, Εκδόσεις Επίκεντρο, 2012.
  8. Χατζίκος Ε. Β. “MATLAB 7 για Μηχανικούς”, Εκδόσεις Τζιόλα, 2010.
  9. Franklin G.F., J.D. Powell, A. Emami-Naeini. “Feedback Control of Dynamic Systems”, Prentice Hall, 2002.
  10. Goodwin G.C., S.F. Graebe, M.E. Salgado. “Control System Design”, Prentice Hall, 2001.
  11. Palm W. J. “Modeling, Analysis and Control of Dynamic Systems”, J. Wiley, 1999.
  12. Ogata K. “Modern Control Engineering”, Prentice-Hall, 2001.
  13. Marlin T.E. “Process Control”, McGraw-Hill, 1995.
  14. Seborg D.E., T.F. Edgar, D.A. Mellichamp. “Process Dynamics and Control”, Wiley, 1989.
  15. Smith C.A., and A.B. Corripio. “Principles and Practice of Automatic Process Control”, Wiley, 1997.
  16. Stefani R.T., B. Shahian, C.J. Savant, G.H. Hostetter. “Design of Feedback Control Systems”, Oxford University Press. 2002. 

Ενότητες

  • Κατανόηση του προβλήματος ελέγχου σε μηχανολογικά, ηλεκτρολογικά και παραγωγικά συστήματα.
  • Κατανόηση της έννοιας της ανάδρασης στον αυτόματο έλεγχο.
  • Αναγνώριση των στοιχείων ενός βρόχου ανάδρασης.
  • Εφαρμογές ελέγχου ανάδρασης σε μηχανολογικές, ηλεκτρολογικές και παραγωγικές διεργασίες και διατάξεις.

Λέξεις Κλειδιά: ανάδραση, αυτόματος έλεγχος, βρόχος ανάδρασης, διατάξεις

 

  • Μεθοδολογία ανάπτυξης δυναμικών μοντέλων.
  • Έκφραση δυναμικών μοντέλων με συναρτήσεις μεταφοράς.
  • Απεικόνιση και περιγραφή δυναμικών συστημάτων με διαγράμματα βαθμίδων.
  • Εκτίμηση κύριων χαρακτηριστικών της δυναμικής συμπεριφοράς τυπικών συστημάτων χωρίς επίλυση των δυναμικών μοντέλων.

Λέξεις Κλειδιά: δυναμικά μοντέλα, δυναμικά συστήματα, διαγράμματα βαθμίδων, δυναμική συμπεριφορά

 

  • Χαρακτηριστικά μεγέθη απόκρισης δυναμικών συστημάτων 1ης, 2ης και ανώτερης τάξης, με καθυστέρηση χρόνου και με θετικά μηδενικά.
  • Εμπειρική αναγνώριση συστημάτων.
  • Προσδιορισμός και κατανόηση ευστάθειας δυναμικών γραμμικών συστημάτων.
  • Εκτίμηση ευστάθειας δυναμικών συστημάτων.

Λέξεις Κλειδιά: μεγέθη απόκρισης, αναγνώριση συστημάτων, ευστάθεια 

 

  • Κατάστρωση προτύπων (μοντέλων) μεταβλητών κατάστασης.
  • Ανάλυση και επίλυση μοντέλων μεταβλητών κατάστασης.
  • Αντιστοιχία μοντέλων μεταβλητών κατάστασης με μοντέλα συναρτήσεων μεταφοράς.
  • Ευστάθεια στο πεδίο μεταβλητών κατάστασης.

Λέξεις Κλειδιά: πρότυπα μεταβλητών κατάστασης, μοντέλα συναρτήσεων μεταφοράς

 

  • Κατανόηση απόκρισης συχνότητας δυναμικού συστήματος.
  • Ανάλυση συστημάτων με την απόκριση συχνότητας.
  • Ευστάθεια στο πεδίο της συχνότητας (κριτήρια ευστάθειας Bode και Nyquist)

Λέξεις Κλειδιά: απόκριση συχνότητας, ευστάθεια

 

  • Επιλογή κατάλληλων στοιχείων (ενεργοποιητές, αισθητήρες) βρόχου ανάδρασης.
  • Κριτήρια επιλογής κατάλληλων ρυθμιζόμενων και χειραγωγούμενων μεταβλητών.
  • Δυναμικά χαρακτηριστικά βρόχου ανάδρασης.
  • Προσδιορισμός επίδοσης βρόχου ανάδρασης με βάση δείκτες δυναμικής συμπεριφοράς.

Λέξεις Κλειδιά: βρόχος ανάδρασης, στοιχεία, χαρακτηριστικά, επίδοση

 

  • Κατανόηση των πλεονεκτημάτων και των αδυναμιών των τριών δράσεων ενός αναλογικού-ολοκληρωτικού-διαφορικού ελεγκτή (PID).
  • Εδραίωση γενικών ιδιοτήτων του ελεγκτή  PID από το μοντέλο του κλειστού βρόχου.
  • Επιλογή παραμέτρων ελεγκτή PID.

Λέξεις Κλειδιά: αναλογικός, ολοκληρωτικός, διαφορικός, ελεγκτής, PID, επιλογή παραμέτρων ελεγκτή PID, Ziegler-Nichols, καμπύλη απόκρισης

 

  • Σχεδιασμός συστημάτων ελέγχου διαδοχικών βρόχων.
  • Σχεδιασμός συστημάτων πρόδρασης - ανάδρασης
  • Αντιστάθμιση καθυστέρησης χρόνου

Λέξεις Κλειδιά: έλεγχος διαδοχικών βρόχων, έλεγχος πρόδρασης, αντισταθμιστής Smith

 

  • Ιδιότητες και προσδιορισμός γεωμετρικού τόπου ριζώνδυναμικού συστήματος κλειστού βρόχου.
  • Σχεδίαση ελεγκτών με το γεωμετρικό τόπο ριζών.

Λέξεις Κλειδιά: γεωμετρικός τόπος ριζών

 

  • Προσδιορισμός επιθυμητής δυναμικής συμπεριφοράς στο πεδίο της συχνότητας.
  • Σχεδίαση αντισταθμιστών προήγησης και καθυστέρησης φάσης στο πεδίο της συχνότητας.

Λέξεις Κλειδιά: δυναμική συμπεριφορά, πεδίο συχνότητας, σχεδίαση αντισταθμιστών

 

  • Κατανόηση βασικών εννοιών στον έλεγχο συστημάτων μεταβλητών κατάστασης.
  • Βασικές αρχές ανάδρασης καταστάσεων.
  • Σχεδίαση ελεγκτών στο πεδίο των μεταβλητών κατάστασης.

Λέξεις Κλειδιά: έλεγχος συστημάτων μεταβλητών κατάστασης, ανάδραση καταστάσεων, σχεδίαση ελεγκτών

 

  • Μελέτη και ανάλυση συστημάτων πολλαπλών βρόχων ανάδρασης.
  • Σχεδιασμός συστημάτων ελέγχου πολλαπλών βρόχων ανάδρασης.

Λέξεις Κλειδιά: πολλαπλοί βρόχοι ανάδρασης, αλληλεπίδραση δυναμικών συστημάτων, επιλογή βρόχων (loop pairing)

 

Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα
Επίπεδο: A+

Αρ. Επισκέψεων :  28547
Αρ. Προβολών :  48666