­­


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.


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