Säätöjärjestelmien
suunnittelu 477622A (peppi)
SÄSU
Kurssin järjestää älykkäät koneet ja järjestelmät -yksikkö (IMS), systeemitekniikka (SYS)
Kurssi järjestetään periodilla 3.
Seuraavat luennot kevällä 2025.
Välikokeet järjestetään kurssin aikana.
Kurssin voi suorittaa loppukokeella milloin tahansa tenttiakvaariossa.
Kurssin sivut
ovat siirtyneet Moodleen!
Linkki opetukseen*: Click here to join the meeting ”SäSu (ti
& ke, pe)”
Suoritus välikokein kurssin aikana tai loppukokeella tenttiakvaariossa aina kun akvaario on
auki.
Ajankohtaista:
·
1.5.2024
Kiitos palautteesta, kommentteja sivun alaosassa.
·
7.4.2024 Tenttiakvaariossa (exam järjestelmä) voi tehdä paperitenttejä
kaikkina viikonpäivinä eli rajoitusta maanantaipäiville ei enää ole.
SäSu-kurssin paperitentit on tehtävä Linnanmaan kampuksella.
·
7.3.2024
Alustavat välikoe-2 ja vk1+vk2 yhteistulokset ovat saatavilla.
o
Kurssin
läpäisi välikokein 33 opiskelijaa (61 % välikokeisiin osallistuneista, 34 %
kurssille ilmoittautuneista). 17 opiskelijaa sai arvosanaksi vähintään 3,
maksimiarvosanaan 5 ylsi 5 opiskelijaa.
o
Omien
vastauksien arviointia kannattaa kysäistä, etenkin jos arviointi yllättää.
Helpoiten se onnistuu Linnanmaalla, sovi aika s-postilla. Vien tulokset peppiin
viikolla 12.
o
Kurssin voi suorittaa tai arvosanaa korottaa loppukokeella
(varaa aika exam-järjestelmästä).
o
Muista antaa kurssista palautetta peppi-järjestelmässä
(Opintojaksopalaute/loppupalaute)!
·
28.2.
Vuoden 2024 lähiopetus on päättynyt. Palaute Pepissä on toivottavaa! Välikoe 2
pe 1/3 klo 8:15-20:00, salissa L4.
·
21.2.
Oma läppäri perjantaille harjoituksiin mukaan!
·
20.2.
Toisen välikokeen päivitetty kysymyspatteri löytyy täältä: VK2.
·
12.2.
Läppäri mukaan tiistain lähiopetukseen!
·
8.2.
vk1 alustavat tulokset löytyvät täältä.
Tehtäviä käydään läpi pe 9/2 luennolla, omien vastausten arvioinnista voi
kysellä esim. luennon jälkeen. examissa tehtyjä välikokeita ei ole vielä
arvioitu (vastaukset eivät ole vielä saapuneet minulle).
·
6.2.
vk1 tehtäväpaketin olevan kahden tankin tehtävän (luku 1) ratkaisu löytyy tästä.
·
31.1.
Täsmennetty luentojen aiheita kurssin loppupuoliskolla
·
VK1
päivitetyt kysymykset ovat tässä.
·
4.1.2024
Siirretty alustavaksi vk1 päiväksi 7/2. Lisätty linkki 2024 luentomateriaaliin.
·
18.12.2023 pe
26.1.2024 ei luentoja.
·
*18.12.2023 Suosittelen osallistumaan
2024 luennoille paikan päällä. Luennot pyritään lähettämään livenä Teamsin
kautta, salitekniikan mahdollistamissa
puitteissa. Huomaa, että Teams-yhteys tai nauhoitteen teko/jako ei välttämättä
aina onnistu, jolloin sitä ei sitten ole.
·
18.12.2023 Vuoden 2022
etäopetuksen luentonauhoitteet ovat saatavilla toistaiseksi (kts. luennot 2022
[tallenne]-merkinnällä linkitetyt kohdat). Huomaa, että luentomoniste ja kurssin sisältö on uudistunut 2024,
mutta toki klassisen säätöteorian keskeinen sisältö ei ole muuttunut. Jos
kaipaat järjestelyjä vaikkapa lukihäiriön tai jokun muun opetukseen tai
tenttiin osallistumista hankaloittavan asian takia, ota yhteyttä opettajaan.
Opintojaksossa perehdytään säätöjärjestelmien suunnittelussa käytettäviin
matemaattisiin ja käytännön menetelmiin. Kurssi kertaa ja jatkaa opintojaksoa
säätöjärjestelmien analyysi (477621A).
Kurssi on suunnattu erityisesti prosessi-
ja ympäristötekniikan opiskelijoille. Kurssi soveltuu kaikille tekniikkaa
opiskeleville.
Kurssin esitietoina tarvitaan mm. säätöjärjestelmien analyysi. Lähtötietoina edellytetään, että opiskelija on tutustunut integraalimuunnoksiin (Laplace-muunnos), Matlab/Simulinkin käyttöön sekä prosessidynamiikan mallintamiseen.
Opettajana toimii professori Enso Ikonen. Kurssi luennoidaan 3. periodilla tammi-helmikuussa.
Kurssilla käytetään luentomonistetta ”Säätöjärjestelmien suunnittelu” (E. Ikonen, 2024):
·
Luentomateriaali (2024)
(pdf). Vanha luentomateriaali (2013)
(luvut 1-10) 2078KB.
Tiedosto on salattu, salauksen purku ja fontit toimivat ainakin Adobe Reader X:llä ja PDF-XChange Viewerillä.
Salasana annetaan luennolla. Chrome-selaimella on ollut ongelmia.
Tarvittaessa minulta saa paperiversion kopioitavaksi (TF319-3).
Kurssin 2024-toteutuksen alustava aikataulu:
Kertausta (Laplace/siirtofunktiot/Matlab) ja suljettu piiri:
i
ti 9.1.2024 klo 10.15 PR105: Säätöjärjestelmien analyysi (luku 1).
LTI-järjestelmät ja Laplace-muunnos. [KT1] [tallenne]
ii
ke 10.1. klo 10.14-12 PR104: Siirtofunktiot ja lohkokaaviot. [KT2] [tallenne]
iii
pe 12.1. klo 8.15-10 L7: Matlabin käyttö säätöjärjestelmien analyysissä. [KT3a, KT3b, KT3c] [tallenne]
iv
ti 16.1. Prosessidynamiikka ja suljettu piiri (luku 2). Dynaamisen
järjestelmän vasteet. [KT4] [tallenne]
v
ke 17.1. Suorituskyky.[KT5] [tallenne]
vi
pe 19.1. Takaisinkytkentä ja kuuden kopla. [KT6] [tallenne]
PID:
vii
ti 23.1. PID-säätö (luku 3).
PID-säädin ja PID-säädön rakenteita. [KT7]
[tallenne]
viii
ke 24.1. Myötäkytkentä ja
juuriura. [luento ei tallentunut, joten tässä kalvot
+ KT9]
ix
pe 26.1. pe 26/1 ei opetusta
x
ti 30.1. PID-säädön
viritys (luku 4) Ziegler-Nichols. [KT10]
[tallenne,
äänet ok vasta 22 min kohdalta]
xi
ke 31.1. lambda-viritys [KT11]
[tallenne]
[KT10,
tämä ratkaisu jäi pois tallenteelta]
xii
pe 2.2.
PID-viritysharjoituksia. [tallenne]
xiii
ti 6.2. ti 6/2 ei opetusta
xiv
ke 7.2. Välikoe I. Alustavat tulokset löytyvät täältä.
Taajuustason
suunnittelu:
xv
pe 9.2. Taajuusvaste ja
filtterisuunnittelu (luku 5) Taajuusvaste, polaarikuvaaja ja Bode. [KT13]
[tallenne]
xvi
ti 13.2. Filtterisuunnittelu.
[KT14]
[tallenne]
xvii
ke 14.2. Säädetyn
järjestelmän analyysi (luku 6) Nyquistin stabiilisuuskriteeri [KT15]
[tallenne]
xviii
pe 16.2. Säätöjärjestelmän
robustisuuskriteerit [luentokalvot
ml KT16] [tallenne]
xix
ti 20.2. Taajuustason
säätösuunnittelun työkalujen harjoituksia. Bode-piirtosäännöt tms. [KT17]
[tallenne]
xx
ke 21.2.
Säätösuunnittelu taajuustasossa (luku 7) Loop shaping ja lead/lag piirit. [KT18a,
suora linkki on tässä]
[KT18b]
[tallenne]
xxi
pe 23.2. PID-säädön
harjoituksia. Lataa vesiprosessin simulointimalli
ja parametrit tästä. [KT19]
[tallenne]
xxii
ti 27.2. Vesiprosessin
PID-säädön demonstrointiharjoitus. [tallenne]
Diskreettiaikaiset
järjestelmät ja identifiointi
xxiii
ke 28.2. Diskreettiaikaiset järjestelmät ja identifiointi (luku 8). Palaute.
Kertausta.
[tallenne]
xxiv
pe 1.3 Välikoe II. Arvioinnin tulokset ovat täällä.
Kurssin läpäisy tapahtuu tenttimällä loppukokeella tai välikokein. Välikokeeseen tulee neljä kysymystä, joista kolmeen saa vastata. Kysymykset tulevat pääosin tästä joukosta: VK1, VK2 sekä luennoilla annettavista kotitehtävistä. Välikokeet järjestetään luentotuntien aikana, ilmoitettuina ajankohtina, kesto 2h, ennakkoilmoittautumista ei tarvita, välikokeita ei voi uusia. Muista toteutusmahdollisuuksista (esim. etätoteutus, erityisjärjestelyt) voi olla yhteydessä opettajaan. Välikokeiden pisteet lasketaan yhteen. Arvosanarajat ovat:
·
<12p. => hylätty
· ≥12p => 1
·
≥15p. => 2
·
≥18p. => 3
·
≥22p. => 4
·
≥26p. => 5
(max 30p)
Vaihtoehtoisesti
kurssin voi suorittaa loppukokeella
akvaariotenttinä. Loppukokeessa saa vastata kuuteen kysymykseen seitsemästä,
kesto 3h. Kysymykset generoituvat satunnaisesti kysymyspankista. Järjestelmä
toimittaa vastaukset opettajalle arvioitavaksi. Tentit arvioidaan hetimiten kun
ehditään, kesälomakaudella voi tulla pidempiä viiveitä. Loppukokeen tenttiajan
voi valita vapaasti exam-järjestelmästä: https://exam.oulu.fi/enroll/exam/8690?code=477622A. Tenttikertojen
määrää ei ole rajoitettu. Suosittelen tenttimistä paperitenttinä, koska
piirtotauluja on vain rajallisessa määrässä tenttikoneita ja esim kaavojen
kirjoittelu ymmärrettävään muotoon Wordin avulla voi olla työlästä. Paperitenteille
(https://ict.oulu.fi/5330/#paperitentti) suositellaan maanantaipäiviä,
tarvittaessa paperitentti kuulemma onnistuu muinakin päivinä. Paperitentti
on tehtävä Linnanmaan kampuksella. Tarvittaessa tenttiminen
exam-järjestelmässä onnistuu muillakin paikkakunnilla, ota yhteyttä opettajaan.
Tenteissä on
funktiolaskin sallittu, ei omia muistiinpanoja/ oheismateriaaleja. Väli-
tai loppukokeissa ei ole Matlabia käytettävissä. Kysymyksiin, joissa tarvitaan
Laplacemuunnostaulukkoa, on liitetty tämä taulukko.
Etäsuorittamistavat
(nämä eivät ole käytössä 14.5.2020 alkaen!): Niin kauan kuin
akvaariotentin tekeminen ei ole mahdollista, voi kurssin a) suorittaa tai
arvosanaa korottaa arvioitavan tehtävän
avulla tai b) jos aiemmista tenteistä on koossa 10 pistettä, voi kurssin
suorittaa myös lisätehtävillä jolloin arvosanaksi tulee 1. Molempiin
tapoihin ohjeet löytyvät tästä.
Tehtävässä voi hyödyntää kertausta linearisoinnista
sekä Matlab-demoa ode-yhtälöiden ratkaisemisesta (tiedosto1
ja tiedosto2).
Palaute toteutuksesta 2024:
·
Palautettu Peppi-järjestelmään tuli 13 opiskelijalta, tässä tiiviisti:
·
1) Viestintä oli selkeää (85 %), lähinnä kurssin aloitukseen
toivottiin vielä tarkennusta, esim s-postia kurssisivuinfolla. Koetetaan
muistaa aloituss-posti ensi vuoden toteutuksella.
·
2) Kurssin kuvaukset ja osaamistavoitteet olivat selkeät ja
tukivat tulevaisuuden suunnitelmia (100 %) ja suurin osa (85 %) koki ne myös
saavuttaneensa.
·
3) Opetuksen koettiin tukeneen oppimista (>90 %). Erityisesti
kurssimateriaali (pdf) sai hyvää palautetta selkeydestä, samoin
luentotallenteiden saatavuus. Toivottiin myös Moodleen siirtymistä kurssin
www-kotisivun sijaan. Hienoa, että materiaalin uudistamistyö ei mennyt
hukkaan. Videotallenteiden laatu on minusta vaatimaton, mutta palautteen
perusteella niistä on kovasti apua, joten jatketaan opetuksen nauhoittamista.
Opettajana en ole hoksannut Moodlen tarjoavan mitään etuja, mutta ehkä
muiltakin kursseilta tuttu ympäristö selkeyttäisi järjestelyjä opiskelijan
kannalta.
·
4) Kurssin kuormitus on kohdallaan (>90 %)
·
5) Yleispalautteessa tykättiin etukäteen jaetuista koetehtävistä
ja kotitehtävistä, myös kurssin toteutuksen selkeys ja opetuksen laatu saivat
kiitosta. ” Rehellisesti,
olin aika stressaantunut kurssin alkaessa, koska olin kuullut siitä paljon
kauhutarinoita, miten porukka ei pääse kurssia läpi ja se on todella vaikea […]
jos opiskelija on itse valmis näkemään vaivaa, kurssin kyllä pääsee hyvillä
arvosanoilla läpi […] kurssi oli siinä mielessä palkitseva, koska koin että
hankalasti ymmärrettävät asiat vihdoin avautuivat minulle”. Niinhän se on,
että itse pitää opiskella, opettaja voi sitten auttaa. Kurssin
yleisarvosanajakauma on tässä kuvassa. Kiitos
palautteesta!
·
Olisin toivonut lisää palautetta myös niiltä opiskelijoilta, joilta
kurssi jäi kesken. Kurssille ilmoittautuneita oli lähes 100, vain puolet pääsi
tentteihin asti, ja vain kolmasosa suoritti kurssin hyväksytysti. Kuulisin
mielelläni, kuinka asiaan voisi opetuksen avulla vaikuttaa.
Palaute toteutuksesta 2023:
·
Palautetta Peppi-järjestelmään tuli vain kymmeneltä opiskelijalta.
Tässä tiivistelmää:
·
1) Kurssin viestinnässä ei ollut isompia puutteita.
Hybriditoteutuksessa löydettiin toivomisen varaa. Viestinnän ka 3.4 (skaalalla
1—5) Hybridiopetus oli tarkoitettu vain tilapäiseen poissaolon
kompensointiin – kurssin pääasiallinen opetusmuoto oli lähiopetus.
·
2) Osaamistavoitteet, oppiminen ja sisältö: ka 3.25. Matalin
arvio tuli vastaukseen ”Saavutin opintojaksolle asetetut osaamistavoitteet”. Opettajan
näkökulmasta tenttiarvosanat olivat kovin polaarisia: hylsyjä ja ykkösiä on
tullut aikalailla, jonkun verran viitosia, mutta gaussin käyrän keskiosassa on
kuoppa.
·
3) Opetus, ohjaus ja
arviointi: Luentoja pidettiin perusteellisina ja laskuharjoituksia
toivottiin enemmän. Joissain arvioissa toivottiin henkilökohtaisempaa
palautetta. ka 3.4. Minusta tenttiarviointi on lähtökohtaisesti riittävä
henkilökohtainen palaute. Jos haluaa tarkempaa palautetta niin kannattaa tulla
kysymään, koetin siihen luentojen aikana kannustaa.
·
4) Kuormitusta pidettiin suurin piirtein sopivana, mutta aihetta
vaikeana. ka 3.3
·
5) Yleisarvosanaksi sain 3.1: 3x erittäin hyvä, 5x hyvä ja 2x
tyydyttävä. Muutama poiminta palautteesta ja kehittämisehdotuksista: ” esimerkit ja tehtävät tuki oppimista ja ne käytiin hyvin selkeästi
läpi”, ” Pidin kurssista, koska se tarjosi sopivasti
haastetta”, ” Ilmeisesti aika moni putosi
matkasta”, ” Heittämällä vaikein kurssi
tähän mennessä”, ” Miksi tää palautekysely on
näin pitkä?” Kiitos vastanneille!
Palaute toteutuksesta 2022:
·
13 opiskelijaa
antoi palautetta 2022-toteutuksesta. Palautetta ohjaavat kysymykset perustuivat
Peppi-järjestelmän palautemallin viiteen osioon. Kiitos kaikesta
palautteesta!
·
1) Kurssin
viestintä oli jotensakin kohdallaan,
80% piti sitä selkeänä ja riittävänä. Osa kaipasi siirtymistä Moodleen, mikä
pitääkin laittaa harkintaan. Kritiikkiä tuli myös siitä, että joiltain osin
oletettiin opiskelijoiden seuraavan luentoja. Hmm?
·
2) Kurssin
tavoitteet koettiin selviksi ja
vastaavan opintosuunnitelmaa (80%), mutta vain puolet koki saavuttaneensa ne ja
niiden tukeneen omia valmiuksiaan. Ikävä kyllä, tenttiarvioinnin perustella
tuo lienee totta.
·
3)
Opetusmenetelmiä (työskentelytavat,
tuki ja palaute, digi, arviointi) piti sopivina noin puolet, mutta tentin
arviointia pidettiin tiukkana. Pitäisin kuitenkin tarkoituksenmukaisena,
että kurssin keskeisten sisältöjen hallinta varmistetaan tentissä. Laajahkoista
kertausosioista huolimatta puutteet aiemmassa osaamisessa taisivat joillekin
kostautua ja tentin vaatimustaso yllättää. Tenttiahdistusta olen yrittänyt
purkaa kertomalla kysymykset jo etukäteen ja mahdollistamalla tenttimisen
akvaariossa ympäri vuoden.
·
4)
Kuormituksen koki sopivaksi 60%.
·
5)
Yleispalautteessa pidettiin
luentonauhoitteita hyvänä juttuna. Tuo motivoi yrittämään myös tulevien
f2f-luentojen nauhoitusta. Matlabin roolia osin kummasteltiin, koska sitä
ei tentissä tarvittu. Itse ajattelen, että Matlabin tehtävän kurssilla on
tukea ymmärrystä (käsinlaskennan tarkistaminen, piirrokset), jolloin softan
käytön arviointi ei ole keskeinen tavoite. Jos Matlab saadaan
exam/akvaario-ohjelmistoihin, niin sen käyttömahdollisuus myös tentissä olisi
tervetullut lisä. /Enso
Toteutus keväällä 2021:
·
Tässä linkki vuoden 2021 toteutuksen www-sivulle ja mm.
luentonauhoitteisiin.
·
Tässä kooste
palautteesta, jota tuli palautejärjestelmään 15 opiskelijalta (8.4.2021). Mukana on vain huomioita, joita useampi opiskelija on
antanut.
·
Kurssin sisältö
ja tavoitteet koettiin tarpeellisiksi (keskiarvo 3.4-4.0, skaalalla 1-5).
·
Opetusmenetelmät,
materiaali ja kuormitus saivat
keskimäärin hyväksyvän arvion (ka. 3.1-3.5). Sanallisessa palautteessa
positiivista viestiä tuli ennen kaikkea opetuksen nauhoittamisesta ja
laittamisesta saataville (7 kpl), samoin etäopetusta pidettiin laadukkaana ja
ymmärrettävänä. Myös Matlabin käyttämisestä tuli tyytyväistä palautetta.
Harjoituksia toivottiin lisää. Matlab-harjoituksia ehdotettiin
annettavaksi jo ennen luentoja, niin että olisi helpompi kysyä
ongelmatilanteissa. Muutamassa palautteessa luentomateriaalia pidettiin aivan
mahdottoman vaikeaselkoisena.
·
Kriittisin palaute
(ka. 2.93) tuli arviointimenetelmien osalta, missä 7 opiskelijaa arvioi, että
menetelmät tukivat oppimista (jokseenkin samaa mieltä), mutta 3 oli jopa täysin
eri mieltä. Sanallisen palautteen perusteella krittiikki kohdistui nimenomaan välikokeiden
järjestämiseen yliopiston tiloissa korona-ajasta huolimatta. Valmiit
tenttikysymykset auttoivat suuntaamaan opiskelua sekä vähensivät stressiä.
·
Kiitos
palautteesta! Pitää miettiä miten
saisin paremmin motivoitua Matlabin omaehtoista käyttöä, toisenlainen
rytmittäminen on harkitsemisen arvoinen juttu. Arviointijärjestelyiden osalta
noudatin yliopiston koronaohjeistusta ja pyrin toteuttamaan sitä mahdollisimman
tarkoituksenmukaisella tavalla. Mukavaa, että älysin nauhoittaa luennot, koska
niistä on selvästikin ollut apua opiskelussa. Toivottavasti löytyy keino pitää
nauhoitteet saatavilla myös jatkossa. /Enso.
Toteutus keväällä 2020:
·
Yhteenvetoa palautteesta avoimiin kysymyksiin (21/2/2020, 18
vastausta): Kurssilla koettiin
opitun säätöjärjestelmistä yleensä sekä PID-säädöstä erityisesti. Moni koki
Matlab osaamisensa parantuneen.Tenttikysymysten julkistamista etukäteen
pidettiin hyvänä juttuna. Samoin luentomateriaalin välitöntä julkistamista
kurssin sivuilla kiiteltiin, osa toivoi kalvojen julkaisua jo ennen luentoja.
Kurssin huomattiin rakentuvan aiempien kurssien osaamisen päälle ja useampi
opiskelija valitteli heikkoa pohjaosaamista. Toivomuslistalla olivat
arviointiin vaikuttavat kotitehtävät. Jonkin verran kritiikkiä tuli siitä, että
Matlabia käytettiin paljon, mutta sen osaaminen ei kuitenkaan vaikuttanut
suoraan arviointiin. Kurssin arvosanaksi sain opiskelijoilta 4 (moodi 4, ka
3.7).
Kiitos palautteesta, sitä voi
edelleenkin antaa palaute.oulu.fi:n kautta. Arvioitavien kotitehtävien
järjestäminen näinkin suurelle opiskelijajoukolle on resurssikysymys, mutta
pidetään asia mielessä jatkossa. Säätöjärjestelmien kolmen kurssin muodostamaan
kokonaisuuteen on nyt kiinnitetty enemmän huomiota ja muutoksia on luvassa jo
ensi lukuvuonna.
Toteutus keväällä 2019:
·
Yhteenveto palautteesta avoimiin
kysymyksiin (26/2/2019, 11 palautetta). Kurssilla koettiin opitun ennen kaikkea sitä, mikä
säätöjärjestelmien analyysissä jäi ymmärtämättä (60%) sekä PID-säätöä (50%).
Matlabin käyttöä mainittiin hyvänä asiana (50%), tosin joidenkin mielestä sitä
oli jo liikaakin (20%). Netistä löytyvät luentodiat olivat positiivinen juttu
(50%) ja luentoja pidettiin johdonmukaisina, selkeinä ja rauhallisina (50%).
Esimerkkejä ja kotitehtäviä kaivattiin lisää (50%), useampi olisi halunnut
tehdä kotitehtäviä vaikka ilman tenttipisteitä. Kurssin arvosanaksi sain
opiskelijoilta 4 (2=1kpl, 3=2kpl, 4=5kpl, 5=3kpl).
Kiitos palautteesta! Ottaen huomioon että 67 ilmoittautuneesta vain
parikymmentä seurasi luentoja loppuun asti, kurssissa riittää vielä
kehittämistä. Yksittäisiä palautteita ei ole koostettu yllä, mutta niissäkin
oli hyödyllisiä huomioita.
Enso 28.2.2024
