ASE-1131 Automaatio, 5 op
Automation
Vastuuhenkilö
Veli-Pekka Pyrhönen
Osaamistavoitteet
Opintojakson suoritettuaan opiskelija ymmärtää automaation merkityksen yhteiskunnassa, tekniikassa ja luonnontieteissä. Hän tutustuu automaation tyypillisiin teollisiin sovelluskohteisiin ja ymmärtää automaation roolit niissä. Opintojakson aikana opiskelijalle syntyy käsitys siitä, mihin automaatio perustuu ja hän ymmärtää takaisinkytkennän merkityksen automaatiossa. Lisäksi opiskelija ymmärtää, että takaisinkytkentä on luontaisesti läsnä luonnonilmiössä ja tekniikan sovelluksissa ja että takaisinkytkennän suunnitelmallinen hyödyntäminen on mahdollistanut monia ihmiskunnan hyväksi kehitettyjä teknistaloudellisia innovaatioita. Opiskelija kykenee löytämään omasta arkielämästään takaisinkytkentään ja automaatioon perustuvia sovelluksia ja parhaimmillaan hän hahmottaa niiden dynamiikkaa. Opiskelija ymmärtää automaatioalan peruskäsitteistön ja terminologian ja osaa viestiä niillä. Opiskelija tietää automaatiotekniikan keskeisimmät ohjaustavat ja säätökytkennät sekä ymmärtää niiden vahvuudet ja heikkoudet. Hän tietää automaatio- ja säätötekniikassa käytetyt tyypillisimmät suunnitteluspesifikaatiot, vaatimusmäärittelyt ja niihin liittyvät tunnusluvut. Opiskelija osaa johtaa fysiikan laeilla käytännön järjestelmiä kuvaavia yksinkertaisia matemaattisia malleja, ja hän osaa laatia niitä vastaavia lohkokaavioita. Opiskelija osaa analysoida yksinkertaisia lineaarisia aikainvariantteja dynaamisia systeemejä, ja tietää, miten tällaisten systeemien stabiiliutta, vaimennusta, nopeutta ja tarkkuutta voidaan tutkia. Opiskelija ymmärtää myös systeemin ja sen vasteiden välisiä yhteyksiä. Kurssin aikana opiskelija tutustuu Matlab- ja Simulink-ohjelmistoihin, ja osaa hyödyntää niitä oman oppimisen tukivälineenä, esimerkiksi tarkastamaan laskuharjoitustehtäviä, simuloimaan dynaamisia ilmiöitä ja tutkimaan systeemin vasteita annetuilla herätteillä. Kurssin lopussa järjestetään vierailuluennot, joissa opiskelijoille esitellään automaatiotekniikan pääaineet.
Sisältö
| Sisältö | Ydinsisältö | Täydentävä tietämys | Erityistietämys |
| 1. | - Ohjaustavat ja säätökytkennät: Etukompensointi, open-loop-ohjaus, negatiivisesti takaisinkytketty säätöpiiri, myötäkytkentä, osajärjestelmät ja niiden roolit - Rakennekaavio, lohkokaavio | ||
| 2. | - Säätöjärjestelmän perusvaatimukset ja tehtävät, stabiiliusvaatimus, regulointitehtävä, servotehtävä - Matemaattinen mallinnus, mallien käyttötarkoitus, mallien simulointi, kausaalisuus - Staattinen ja dynaaminen malli, integraattorimallit, LTI-mallit, epälineaariset mallit - Linearisointi - Laplace-muunnos | ||
| 3. | - Alkeislohkokaavio, alkeismallit, matemaattiset perusoperaatiot, vahvistus, viive, integrointi, derivointi, summa, erotus - Siirtofunktio, siirtofunktiomallinnus, siirtofunktiomallien yhdistäminen, sarjaankytkentä, rinnankytkentä, negatiivinen takaisinkytkentä, positiivinen takaisinkytkentä | ||
| 4. | - LTI-systeemin stabiilius, stabiiliuden tutkimustapoja, BIBO-stabiilius, I/O-stabiilius, luonnollinen vaste, pakkovaste, stabiilius testivasteista, Routh-testi, epästabiilius, marginaalinen stabiilius | ||
| 5. | - Taajuusvaste, sinivaste, kytkentätransientti, stationaarivaste, amplitudivaste, amplitudivahvistus, vaihevaste, vaihesiirto, Nyquist-diagrammi, Boden-diagrammi - Avoin systeemi, stabiiliuden pelivarat, vahvistusvara, vaihevara, viivevara, stabiiliusvara, Hinf-normi, kriittinen stabiilius | ||
| 6. | - Dynaamisen systeemin herkkyys, dynamiikan pysyvyys, 2. kertaluokan nollaton systeemi, vaimennusvakio, luonnollinen kulmataajuus, DC-vahvistus, askelvasteen tunnusluvut, kaistanleveys |
Ohjeita opiskelijalle osaamisen tasojen saavuttamiseksi
Osallistuminen kontaktiopetukseen joko paikan päällä, livestream-palvelun välityksellä tai luentotallenteiden avulla. Viikkoharjoitustehtävien aktiivinen ja säännöllinen työstäminen itsenäisesti tai opiskelutovereiden kanssa. Kurssin välikokeet ja tentti ovat rakenteeltaan melko samanlaisia vanhojen kokeiden kanssa, vaikka tehtävät eivät samoja olekaan. Vanhat kokeet jaetaan oppimisympäristöön etukäteen, ja opiskelijan kannattaa selvittää vanhojen kokeiden rakenteet ja kokeissa kysyttyjä asioita. Näin opiskelija saa käsityksen siitä, minkälaista osaamista kurssin kokeissa vaaditaan. Jokaista välikoetta ennen järjestetään kertausluento, jonka sisällön opiskelijat saavat päättää itse. Tätä varten oppimisalustalle perustetaan anonyymi palsta, johon jokainen opiskelija saa vapaasti ehdottaa mitä tahansa välikoealueeseen liittyvää aihetta, asiaa, tehtävää, käsitettä, jne. ja jotka sitten käsitellään kertausluennolla yhteisesti. Nämäkin järjestetään livestream-palvelulla. Viikoittain järjestetään kahdentyyppisiä harjoituksia. Ensimmäisessä ryhmässä tehtäviä lasketaan yhdessä paikan päällä opiskelija-opettaja ja opiskelija-opiskelija-vuorovaikutuksessa. Toisessa ryhmässä opettaja tekee viikkoharjoitustehtävät tarkasti ja yksityiskohtaisesti taululle sekä taustoittaa huolellisesti jokaisen tehtävän tavoitteen ja tarkoitusperän. Nämä harjoitukset tallennetaan automaattisesti paikan päällä ja ne tarjotaan myös livestram-palvelun kautta. Oppimisen näkökulmasta on hyödyllistä, jos opiskelija valmistautuu luentoihin ja viikkoharjoituksiin etukäteen. Siksi edellisen toteutuskerran koko kurssimateriaali on kokonaisuudessaan saatavilla kurssin alkaessa.
Arvosteluasteikko:
Arvosteluasteikko on numeerinen (0-5)
Osasuoritukset:
Vastaavuudet
| Opintojakso | Vastaa opintojaksoa | Selite |
| ASE-1131 Automaatio, 5 op | ASE-1130 Automaatio, 6 op |