Hjemmeside for

EK3114 Automatisering og vannkraftegulering

Høstsemesteret 2016

Ca 70 % av emnet er felles med IA3112 Automatiseringsteknikk.

Hjemmesiden er tilgjengelig via Fronter.

• Emnebeskrivelse
• Litteratur:

• Bok: Reguleringsteknikk, 2. utgave, av Finn Aakre Haugen (Fagbokforlaget, 2014).
• Kap. 4 og 5 og 6.3 i dette utdraget av boka Basic Dynamics and Control
• Kompendium: Kraftsystemet og reguleringsteknikk av G. J. Hegglid, Skagerak Energi (gjøres tilgjengelig for studentene i Fronter).
• Bok: Electrical Power Systems Essentials av P. Shavemaker og L. van der Sluis. Kan kjøpes i bokhandelen.

• Programvare:
• Simulatorer fra SimView-biblioteket (fritt tilgjengelig) vil bli kjørt i de fleste forelesningene, og de inngår i mange øvinger. Du trenger LabVIEW Run-time Engine 2010 for å få kjørt disse simulatorene.
• LabVIEW (det gis nødvendig info om installering).

• Lærere:
• Finn Aakre Haugen (FH). Email: finn.haugen@hit.no. Emneansvarlig.
• Gunne John Hegglid (GJH) (prof. II og tekn. dir. i Skagerak Energi AS). (gunnejohn.hegglid@skagerakenergi.no)
• Kjell Erik Wolden (KEW). Email: Kjell.E.Wolden@hit.no.
• Studentassistenter:
• Sindre Marius Schulstock. Email: 112067@student.hit.no.
• Klasser:
• 2EK-A og 2EK-Y (totalt 34 studenter)
• Ca 70 % av emnet er felles med IA3112 Automatiseringsteknikk for 2IA-A og 2IA-Y (totalt 36 studenter)
• Undervisningsplan: Se tabellen nedenfor. Tid og sted er angitt i TimeEdit.
• Pensum til eksamen: Pensum er i utgangspunktet det som er angitt som litteratur i undervisningsplanen, samt øvinger. Endelig pensum blir angitt i god tid før eksamen.
• Relevante tidligere eksamensoppgaver:
• Sluttprøven 2.12 2015. Løsningsforslag.
• Sluttprøven holdt 15.12.14. Løsning. Oppgaver som ikke er relevante for eksamen 2015: 5, 11.
  
• Eksamen i EK3112 Automatiseringsteknikk for elkraft holdt 18.12 2013. Løsning. Oppgaver som ikke er relevante for eksamen 2015: 4, 9 og 15.
  

Obs: Lenker til dokumenter (som PPT-filer for forelesninger, øvinger og laboppgaver) blir oppdatert før eller i løpet av h-16.

Leksj nr.	Rom er angitt i TimeEdit (F=Forelesning Ø=Øving)	Aktiviteter
1	Tor 18.8 Felles for IA3112 og EK3114  F: 1215-1400. Ø: 1415-1500.	Forelesning (FH): Oversikt over emnets faglige innhold. Undervisningsopplegg. Læringsstrategi (for din egen læring). [Læringspyramiden]. Noen kritiske spørsmål Innledning til reguleringsteknikk [Powerpoint] [Litteratur: Kap. 1 i læreboka] Regulering med tilbakekopling (avviksdrevet regulering) [Powerpoint] [Kap. 2] [Video: Feedback control] Praktisk demonstrasjon: Temperaturregulering av varmluftprosess vha. PC med LabVIEW (denne varmluftprosessen inngår i diverse laboppgaver i emnet) [Varmluftprosessens hjemmeside] Dokumentasjon av reguleringssystemer med Piping & Instrumentation Diagram (P&ID) (teknisk flytskjema) [Powerpoint] [Kap. 3] Øving for leksjon 1
2	Man 22.8 Felles for IA3112 og EK3114 F: 1215-1400. Ø: 1415-1600.	Forelesning (FH): Kahoot (om leksjon 1) Komponentene i et reguleringssystem: Innledning. Automatiseringsutstyr [Powerpoint] [Kap. 4.1, 4.2] Signalformer og nøyaktighet i prosessmålinger [Powerpoint] [Kap. 4.3 og 4.5 unntatt 4.3.4] Sensorer [Powerpoint] [Kap. 4.6, unntatt følgende: I kap. 4.6.1: termoelement, i kap. 4.6.1: magnetisk strømmåling og vortex strømmåling, 4.6.5] Aktuatorer (pådragsorganer) [Powerpoint] [Kap. 4.4, unntatt følgende: 4.4.3 og 4.4.5] Øving for leksjon 2 PDF-versjon av kap. 4 i læreboka er lagt ut under Arkiv i emnets Fronterrom. Kap. 4 inneholder lærestoff + oppgaver + løsninger.
3	Tor 25.8 Felles for IA3112 og EK3114 Lab:1215-1600.	Installering av LabVIEW etc. LabVIEW-kurs (FH): Arbeid deg igjennom følgende videoer, som er tilgjengelige her: Introduction: Programming and running a simple VI Overview over the Controls palette and the Functions palette Customizing the programming environment Creating information about your VIs Organizing Front panels using Tab control Organizing Block diagram code using SubVIs Collecting VIs in LabVIEW Library (LLB) files Setting VI properties Property nodes Clusters Arrays Charts Shift register and Feedback node Local variables Case structures - Part 1 Writing data to a measurement file Husk headset!
4	Man 29.8 Felles for IA3112 og EK3114 Lab:1215-1600.	LabVIEW-opplæring forts. (FH)
5	Tor 1.9 Felles for IA3112 og EK3114. Lab:1215-1600.	LabVIEW-opplæring forts. (FH) Øving i LabVIEW-programmering (ikke obligatorisk). Innleveringsfrist (for dem som ønsker å levere inn) er fredag 2.9 kl 16.
6	Man 5.9 Felles for IA3112 og EK3114 Lab: 1215-1600.	Laboppgave 1 (obligatorisk) (ansv.: FH): Styring og monitorering av varmluftprosess Det forutsettes at studentene har sett igjennom følgende videomateriale før de starter på laboppgave 1 (samme dag). Videoen tilgjengelig på hjemmesiden for varmluftprosessen (den matematiske modellen angitt på hjemmesiden inngår i en senere laboppgave) Analog IO with LabVIEW and NI USB-6008 (kun fram til 27:30)
7	Tor 8.9 Felles for IA3112 og EK3114 F: 1215-1400. Ø: 1415-1600.	Forelesning (KEW) Matematisk prosessmodellering [Kap. 6] Øving for leksjon 7
8	Man 12.9 Felles for IA3112 og EK3114 F: 1215-1400. Ø: 1415-1600.	Forelesning (FH) Hvordan tegne matematisk blokkdiagram av en differensiallikning? (Matematiske blokkdiagrammer kan danne grunnlaget for implementering av dynamiske simulatorer i grafiske programmeringsverktøy, f.eks. LabVIEW og Simulink.) [Video: Simulation of dynamic systems: 00:00 - 13:43 dekker forelesningen.] [Eksempel på simulator implementert i LabVIEW, utviklet fra 13:43 i videoen ovenfor:: LLB_my_sim.llb. Selve programmeringen av denne simulatoren gjennomgås ikke i detalj i forelesningen. Lab 2 dreier seg om programmering av en liknende simulator.] Utvikling av tidsdiskrete simulatoralgoritmer for prosessimulatorer [Litteratur (notat):  Simuleringsalgoritmer] [Simulator av tidsforsinkelse beskrevet i eksempel 2 i notatet] Videoopptak av forelesningen Øving for leksjon 8
9	Tor 15.9 Felles for IA3112 og EK3114 Lab: 1215-1600.	Laboppgave 2: Programmering av simulator for varmluftprosess (obligatorisk, individuell). (Ansv.: FH.) Innleveringsfrist: Kl 16 fredag 16.9 2016.
10	Man 19.9 Felles for IA3112 og EK3114 F: 1215-1400. Ø: 1415-1600.	Forelesning (KEW): Prosessdynamikk [Powerpoint] [Kap. 8] [Video: Time-constant and integrator dynamics] Øving for leksjon 10
11	Tor 22.9 Felles for IA3112 og EK3114 Lab: 1215-1600.	Laboppgave 3 (obligatorisk): Modelltilpasning for varmluftprosess (FH)
12	Man 26.9 Felles for IA3112 og EK3114 Obs: F: 1315-1500. Ø: 1515-1700.	Forelesning (FH): Automatisk modelltilpasning til varmluftprosess [Videoopptak av forelesningen] PID-regulator PID-regulatorfunksjonen - både tidskontinuerlig og tidsdiskret (PID-algoritme som kan programmeres) og målefilter [Powerpoint] [Kap. 9.1, 9.2, 9.3, 9.4] [Video: Feedback control] [Video: Time-constant lowpass filter] [Videoopptak av forelesningen] Valg mellom revers- og direktevirkning i regulatoren [Powerpoint] [Kap. 9.6] [Video: Reverse or direct action in the PID controller?] [Videoopptak av forelesningen] Av/på-regulator [Powerpoint] [Kap. 9.7] [Videoopptak av forelesningen] Øving for leksjon 12
13	Tor 29.9 IA3112 og EK3114	Ingen undervisning
14	Man 3.10 Felles for IA3112 og EK3114 Lab: 1215-1600.	Laboppgave 4 (obligatorisk): Implementering av PI-regulator og av/på-regulator (FH)
15	Tor 6.10 Felles for IA3112 og EK3114 F: 1215-1400. Ø: 1415-1600.	Forelesning (FH): Innstilling av PID-regulatorer Innledning [Kap. 10.1] Ziegler-Nichols' svingemetode [Kap. 10.2] [Video: PID controller tuning with Ziegler-Nichols' oscillations method] [Videoopptak av forelesningen] [Powerpoint] Repetert Zieger-Nichols' metode [Kap. 10.2.3] [Powerpoint] [Videoopptak av forelesningen] Relémetoden for PID-innstilling [Kap. 10.3] [Powerpoint] [Videoopptak av forelesningen] Skogestads metode [Powerpoint] [Kap. 10.5.1, 10.5.2, 10.5.3] [Videoopptak av forelesningen] Gain scheduling (FH) [Kap. 10.6.3] [Powerpoint] [Video: Gain scheduling] Øving for leksjon 15
16	Man 10.10 Felles for IA3112 og EK3114 Lab: 1215-1600.	Laboppgave 5 (obligatorisk): Regulatorinnstilling (FH) Matlab (individuelt arbeid): Installering av Matlab Lære Matlab: Arbeid deg igjennom følgende deler av kompendiet Introduction to Matlab by Hans-Petter Halvorsen, HSN: 1-4, 6.1, 6.2, 7.1, 7.2, 7.3, 9.1. (Vi skal bruke Matlab for analyse av dynamiske systemer og reguleringssystemer i kommende leksjoner.)
17	Tor 13.10 IA3112 og EK3114 F: 1215-1400. Ø: 1415-1600.	Forelesning (FH): Reguleringssløyfers stabilitet [Powerpoint] [Video: How a control system may become unstable] [Kap. 11.1, 11.2] [Videoopptak av forelesningen] Etterjustering av PI-innstilling vha. Skogestads formler [Powerpoint] [Kap. 11.3] [Videoopptak av forelesningen] Eksperimentbasert stabilitetsanalyse av reguleringssystemer (FH) [Powerpoint] [Kap. 11.4] [Videoopptak av forelesningen] Evaluering av undervisningen i emnet (FH) Øving for leksjon 17
18	Man 17.10 Felles for IA3112 og EK3114 F: 1215-1400. Ø: 1415-1600.	Oppsummering av emneevalueringen gjennomført 14.10 (FH) Forelesning (FH): Systemteori. Litteratur: Utdrag av boka Basic Dynamics and Control Laplacetransformasjonen. [Kap. 4 (i ovevennevnte bok)] [Videoopptak av forelesningen] Transferfunksjoner. [Kap. 5] [Videoopptak av forelesningen] Dynamikk [Kap. 6.3] [Videoopptak av forelesningen] Øving for leksjon 18
19	Tor 20.10 Felles for IA3112 og EK3114	Ingen undervisning
20	Man 24.10 Felles for IA3112 og EK3114 F: 1215-1400. Ø: 1415-1600.	Forelesning (FH): Systemteori: Polbasert stabilitetsanalyse av dynamiske systemer og reguleringssystemer [Litteratur: Kapittel 6 i boka Dynamiske systemer av F. Haugen (Tapir forlag, 2003). Likn. (6.28) blir utledet av lærer i forelesningen. I kap. 6 er følgende (i kursiv) ikke pensum: Kap. 6.3, likn. (6.6), avsnittet "En tilstrekkelig betingelse..." side 167-168 (som slutter foran eksempel nr. 49), eksempel 50, samt kap. 6.5, 6.6 og 6.7.] [Videoopptak av første forelesning] [Videoopptak av andre forelesning] Foreleser kjører simulatoren Poles and Stability of a Feedback Control System som er brukt i eksempel 51 i ovennevnte pdf-dokument. (Rakk ikke dette i timen.) Lynkurs: Beregning av poler og simulering av transferfunksjoner i Matlab. (Rakk ikke dette i timen.) Øving for leksjon 20
21	Tor 27.10 Felles for IA3112 og EK3114 F: 1215-1400. Ø: 1415-1600.	Forelesning (FH): De to siste punktene fra forelesningen 24.10 gjennomgås (det ble ikke tid til gjennomgang 24.10). [Videoopptak av forelesningen] Systemteori: Frekvensresponsanalyse. Foreleser kjører simulatoren Filter Types. [Litteratur: Følgende deler av dette utdraget av boka Dynamiske systemer av F. Haugen (Tapir forlag, 2003): Kapittel 5.1, 5.2, 5.4.1 (unntatt fom. Utledning side 141 til eksempel 41 side 142 (men eksempelet er pensum)), 5.5.1, 5.5.2 (unntatt Høyere ordens lavpassfiltere side 143 og 144), 5.6] [Videoopptak av forelesningen] [Videoopptak av forelesningen] Lynkurs: Frekvensresponsanalyse i Matlab (ikke gjennomgått) Øving for leksjon 21
22	Man 31.10 Felles for IA3112 og EK3114 F: 1215-1400. Ø: 1415-1600.	Forelesning (FH) Siste punkt fra forelesningen 27.10, om frekvensresponsanalyse i Matlab, gjennomgås (det ble ikke tid 27.10). [Videoopptak av forelesningen] Regulering med foroverkopling [Powerpoint] [Kap. 7] [Video: Feedforward control] [Videoopptak av forelesningen] Øving for leksjon 22
23	Tor 3.11 Kun EK3112 F og Ø: 1215-1600.	Vannkraftsystemer og vannkraftregulering (forelesning og øving) (GJH) Informasjon om forelesninger og øvinger for vannkraftdelen gis i Fronter.
24	Man 7.11 Kun EK3112 F og Ø: 1215-1600.	Vannkraftsystemer og vannkraftregulering (forelesning og øving) (GJH)
25	Tor 10.11 Kun EK3112 F og Ø: 1215-1600.	Vannkraftsystemer og vannkraftregulering (forelesning og øving) (GJH)
26	Man 14.11 Kun EK3112 F og Ø: 1215-1600.	Vannkraftsystemer og vannkraftregulering (forelesning og øving) (GJH)
27	Tor 17.11 Kun EK3112 F og Ø: 1215-1600.	Vannkraftsystemer og vannkraftregulering (forelesning og øving) (GJH)
28	Man 21.11 Kun EK3112 F og Ø: 1215-1600.	Vannkraftsystemer og vannkraftregulering (forelesning og øving) (GJH)
29	Tor 24.11 Kun EK3112 F og Ø: 1215-1600.	Vannkraftsystemer og vannkraftregulering (forelesning og øving) (GJH)
	30.11	Skriftlig sluttprøve. Varighet: 5 timer. Ingen hjelpemidler, men nedenstående symbol- og formeloversikter vil bli vedlagt eksamensoppgaven (en kan ikke ta med seg sin egen utskrift til eksamen). Vekt av sluttprøven i sluttkarakteren: 100%. For å bestå emnet som helhet, er det nødvendig at alle obligatoriske arbeider er godkjent. Det gis allikevel adgang til sluttprøven selv om ikke alle obligatoriske arbeider er godkjent (de må da gjennomføres/godkjennes senere). Symbol- og formelsamling som vil bli gitt som vedlegg til eksamensoppgaven: Symbol- og formelsamling 1 (=vedlegg C i Reguleringsteknikk) Symbol- og formelsamling 2 Det blir ikke gitt oppgaver om LabVIEW og Matlab til eksamen. Ca 25% av oppgavene i sluttprøven (eksamen) vil bli nær identiske med noen av øvingsoppgavene. Pensum: I Reguleringsteknikk-boka (2. utgave, 2014): Kap. 1. Kap. 2. Kap. 3. Kap. 4, unntatt alt listet opp i det følgende:  Kap. 4.3.4,  4.4.3 og 4.4.5. I kap. 4.6.1: Termoelement. I kap. 4.6.1: Magnetisk strømmåling og Vortex strømmåling. Kap. 4.6.5.  Kap. 6. Kap. 7. Kap. 8. Kap. 9 unntatt kap. 9.5. Kap. 10 unntatt alt listet opp i det følgende: 10.5.4, 10.5.5, 10.5.6 og 10.6.4. Kap. 11. I utdrag av boka Basic Dynamics and Control: Kap. 4 (Laplacetransformasjonen) I utdrag av boka Basic Dynamics and Control: Kap. 5 (transferfunksjoner) I utdrag av boka Basic Dynamics and Control: Kap. 6.3 (dynamikk) I boka Dynamiske systemer: Likn. (6.28) blir utledet av lærer i forelesningen. I kap. 6 er følgende (i kursiv) ikke pensum: Kap. 6.3, likn. (6.6), avsnittet "En tilstrekkelig betingelse..." side 167-168 (som slutter foran eksempel nr. 49), eksempel 50, samt kap. 6.5, 6.6 og 6.7. I boka Dynamiske systemer: Kapittel 5.1, 5.2, 5.4.1 (unntatt fom. Utledning side 141 til eksempel 41 side 142 (men eksempelet er pensum)), 5.5.1, 5.5.2 (unntatt Høyere ordens lavpassfiltere side 143 og 144), 5.6. Notat om simuleringsalgoritmer Evt. symbol- og formelsamling og pensum i vannkraftsystemer og vannkraftregulering meddeles av Gunne John Hegglid i Fronter. Øvinger med løsninger. Eksamen holdt 30.11 2016. Løsningsforslag.

---

Oppdatert 30.11 2016 av Finn Aakre Haugen