Docentenhandleiding Blok I3+I4 (H5+H6) Besturen en Regelen met de PC Reinder Jongsma

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Docentenhandleiding Blok I3+I4 (H5+H6) Besturen en Regelen met de PC Reinder Jongsma"

Josephus Bogaerts
7 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Docentenhandleiding Blok I3+I4 (H5+H6) Besturen en Regelen met de PC Reinder Jongsma 1. Leerdoelen en subdoelen van het blok Leerdoelen Systematisch analyseren van een programma van eisen Doorgronden van de theorie van de lineaire systemen en het onderkennen van de beperkingen van deze theorie voor de regeltechniek Het begrijpen en kunnen oplossen van regeltechnische problemen Inzicht krijgen in verbanden tussen systeemeigenschappen in verschillende domeinen (tijddomein, frequentiedomein, s-domein) Integratie van de regeltechniek in andere disciplines zoals interfacetechniek, computertechniek, programmeren en transductietechniek (sensoren en actuatoren) Inzicht krijgen in verschillende soorten regelaars en de eigenschappen van deze regelaars Het kunnen kiezen van een geschikte regelaar om een proces te regelen Een relatie kunnen leggen tussen procescriteria en de instelparameters van een gekozen regelaar Kunnen toepassen van simulatieprogramma s om een geschikte regelaar te kiezen en deze in te stellen Implementeren van de regelaar in software Subdoelen Conceptueel onderwijs vs. project. De studenten moeten in staat zijn om een koppeling tussen het conceptuele onderwijs en de projectstof aan te kunnen brengen. In het project wordt gebruik gemaakt van de aangeboden theorie uit het conceptueel onderwijs. De theorie van de regeltechniek uit blok I4 is een vervolg op de theorie van blok I3. Globaal is de theorie van de eerste drie weken van blok I3 (het gedrag van lineaire systemen in het tijddomein) nodig voor het project van blok I3. De rest van de theorie van I3 en de theorie van I4 zijn nodig voor het project van blok I4. 2. Hoe willen we die doelen bereiken Algemeen De projectopdracht beschrijft een proces dat moet worden geregeld met behulp van een PC. Hierbij moet de hele interface tussen het proces en de PC worden ontworpen.

2 Er moet een geschikte sensor worden gekozen voor het inlezen van procesgegevens en de PC en een geschikte actuator om het proces aan te sturen. Bovendien moet het regelalgoritme worden geïmplementeerd in een willekeurige programmeertaal. In het eerste deel (I3) moet de interface van de PC naar de actuator worden ontworpen zodat het proces kan worden aangestuurd. Uit de reactie van het proces op deze aansturing kunnen daarna de procesparameters worden bepaald die nodig zijn om in het tweede deel (I4) de regelparameters te kunnen vaststellen. Met behulp van een simulatieprogramma kan het proces met verschillende regelaars worden gesimuleerd en de regelparameters worden gevarieerd om deze zo optimaal mogelijk in te stellen. Daarna kan de regelaar worden geïmplementeerd, waarna kan worden gecontroleerd of de regelaar aan de verwachtingen voldoet en of de criteria worden gehaald. Het totale project (I3+I4) bestaat uit de volgende gegevensstroom waarbij de disciplines die nodig zijns tussen haakjes staat: Meten van procesgegevens (sensortechniek) Inlezen van deze gegevens in de PC (interfacetechniek) Verwerken van deze gegevens (programmeren) Versturen van gegevens naar het proces (interfacetechniek) Aansturing van het proces (actuatortechniek) Systematisch analyseren van een programma van eisen In overleg met de klant moeten de procescriteria worden vastgesteld zoals de settling-time en het doorschot. Doorgronden van de theorie van de lineaire systemen In het conceptueel onderwijs wordt de theorie behandeld van het gedrag van lineaire systemen in het tijddomein en in het frequentiedomein, maar omdat het proces uit het project dat geregeld moet worden niet lineair is zal dit zich niet zo gedragen als een lineaire model van het proces. Het begrijpen en kunnen oplossen van regeltechnische problemen Problemen bij het regelen van een proces zoals: wat is het maximale signaal dat de regelaar kan sturen hoe moet het proces worden beveiligd tegen een verkeerde aansturing vanuit de regelaar hoe kan worden gedetecteerd dat de verbinding tussen proces en regelaar niet goed functioneert wat is een goede verhouding tussen stuursignaal en fysische aansturing van het proces moeten worden opgelost.

3 Inzicht in verbanden tussen verschillende domeinen In het conceptueel onderwijs wordt de theorie betreffende de systeembeschrijving in de verschillende domeinen verduidelijkt met behulp van uitgewerkte voorbeelden en simulatie van responsies in het tijddomein. Integratie van de regeltechniek in andere disciplines Er moet een interface tussen de PC en het proces worden gekozen en /of ontworpen. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van standaard in de PC aanwezige interfaces zoals de parallelle en de seriële interface of er kan worden gekozen voor een specifieke interface op een insteekkaart. Om deze interface te kunnen programmeren moet worden uitgezocht hoe deze interfaces functioneren: Hoe is de interface opgebouwd, hoe moet de interface worden aangestuurd (geprogrammeerd) en met welke signalen wordt gecommuniceerd. Bovendien moet het ontworpen regelalgoritme worden geprogrammeerd in een (hogere) programmeertaal. Inzicht krijgen in verschillende soorten regelaars In blok I6 wordt in het conceptueel onderwijs het effect van verschillende soorten regelaars op een proces uitgelegd met behulp van de theorie van lineaire systemen en met behulp van simulatie verduidelijkt Het kunnen kiezen van een geschikte regelaar In het project van blok I4 moet een geschikte regelaar worden gekozen om het proces te regelen. Een relatie kunnen leggen tussen procescriteria en instelparameters De invloed van instelparameters (zoals de integratietijd _ i en de versterkingsfactor) van de regelaar op het gedrag van het geregelde proces worden uitgebreid behandeld en met behulp van simulatie verduidelijkt. Aan de hand van de vastgestelde procescriteria zoals stabiliteit en doorschot moet de regelaar die in het project is gekozen worden ingesteld. Toepassen van simulatieprogramma s voor het kiezen van een regelaar Door een model van het proces in combinatie met de regelaar te simuleren kan de regelaar zo worden ingesteld dat het gewenste gedrag van het proces wordt verkregen. Implementeren van de regelaar in software In het project moet een regelalgoritme worden ontworpen en worden geprogrammeerd in een te kiezen programmeertaal. 3. Afdekking van de kerncompetenties 4. Welke skills en voorkennis nodig bij studenten en docenten Programmeren. Digitale techniek (DIG1/2). Wiskunde: Laplace, differentiaalvergelijkingen. Basiskennis computerarchitectuur.

4 5. Waarop moet speciaal worden gelet Veiligheid 1 Galvanische scheiding tussen PC en proces. 2 Beveiliging tegen overbelasting en/of oververhitting Simulatie De studenten moeten eerst een model van het proces maken en dit simuleren. Het is aan te bevelen dat dit model eerst wordt gecontroleerd voordat een regelaar wordt ontworpen. Interface Bij het kiezen van een geschikte interface in blok I3 (alleen de sturing van een proces) moet rekening worden gehouden met het feit dat er ook gegevens van het proces moeten worden ingelezen in blok I4. 6. Didactische aspecten Methodiek Het is belangrijk dat via het modelleren en daarna simuleren van het proces en de regelaar inzicht wordt verkregen in het gedrag van het proces en de invloed van regelaars hierop. Hierbij moet heel systematisch te werk worden gegaan waarbij steeds slechts één parameter van de regelaar wordt veranderd waarna het gedrag van het geregelde proces wordt geanalyseerd. Er is geen tijd om in deze twee blokken naast de regeltechniek de modelvorming grondig en systematisch te behandelen. 7. Overwegingen voor toetsing Omdat de theorie bijzonder complex is en het tempo behoorlijk hoog ligt, is het van belang dat de student regelmatig studeert en de stof goed bijhoudt omdat voor het begrijpen van een volgend stuk theorie de voorgaande stof moet worden begrepen. Als een onderdeel niet goed wordt doorgrond haakt hij/zij snel af. Het is daarom van belang dat regelmatig wordt gecontroleerd of de behandelde stof voldoende wordt begrepen door het tussentijds toetsen van de behandelde stof zowel in het belang van de student als van de docent. Hierdoor is het mogelijk vroegtijdig in te grijpen en bij te sturen. 8. Beoordelingscriteria voor de toetsing, en overige projectcriteria 9. Speciale voorzieningen, materialen, e.d. Simulatie: Computers met BORIS (Winfact) en MATLAB.

5 Implementatie: Voor elke projectgroep een stand alone computer en kastje om materiaal te kunnen opbergen. 10. Achtergrondinformatie, literatuur, weblinks

Vergelijkbare documenten

INSTITUUT VOOR DEELTIJD HTO

INSTITUUT VOOR DEELTIJD HTO Hogeschool van Amsterdam BLOKHANDLEIDING I-3/H-5 OPLEIDING ELEKTROTECHNIEK Project: Besturen met de PC Opgesteld door: Reinder Jongsma, Hans Mooij, Barend Bokhorst Datum: augustus