Säätöjärjestelmien suunnittelu 477622A (weboodi, peppi)
SÄSU

Kurssin järjestää älykkäät koneet ja järjestelmät -yksikkö (IMS), systeemitekniikka (SYTE)

Kurssi järjestetään periodilla 3.


2022 toteutus etäopetuksena MS-Teamsin välityksellä.
Ensimmäinen luento ti 11.1.2022 klo 10.15.
(Linkki opetukseen tulee tälle sivulle Click here to join the meeting )


Suoritus välikokein kurssin aikana (yliopiston ohjeistuksen niin salliessa) tai loppukokeella tenttiakvaariossa aina kun akvaario on auki.

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 hyvin kaikille teknillisen tiedekunnan koulutusohjelmissa 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, 2013):

·         Luentomateriaali (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 2021-toteutuksen aikataulu:

i            pe 8.1.2021 klo 8.15-10 Luvut 1.1-1.2 (Kurssi-info, säätö- ja systeemitekniikasta, Laplace muunnos ja käänteismuunnos) [tallenne]

ii            ti 12.1 Harjoituksia (Laplace-muunnos, Laplace-käänteismuunnos) [tallenne]

iii            ke 13.1 Luku 1.3 (Siirtofunktiot, lohkokaaviot). [tallenne ja valokuva viimeisen harjoituksen fläppitaulusta joka ei tarttunutkaan videoon, esimerkki kurssimateriaalin luvusta 1.2.5]

iv            pe 15.1 Luku 1.4 + harjoituksia (lohkokaavioharjoitus + Matlabin alkeet) [tallenne].

v            19.1 Luku 1.4 (Matlab CST ja osamurrot, yms). [tallenne].

vi            20.1 Luvut 2.2 ja 2.3 + harjoituksia (1. ja 2 kertaluvun systeemien vasteet, navat vs. aikatason vaste) [tallenne]

vii            22.1 Simulink ja harjoituksia [tallenne]

viii            26.1 Luvut 3.2-3.5 (takaisinkytkentä, kuuden kopla, myötäkytkentä). [tallenne]. Lisämateriaalina tässä  Hans Aallon kepeä johdatus säätötekniikkaan (8 s).

ix            27.1 Luku 3.6 (Juuriura+harjoituksia). [tallenne]. Lisäharjoitus aikatason peukalosääntöjen ja juuriuratekniikan käytöstä.

x            29.1 Luku 4 (PID-säädin/PID-säätö) + CTMS-harjoituksen esittely [tallenne]. 

xi            2.2 Luvut 5.2-5.3 (PID-virityksen tarve, Ziegler-Nicholsin menetelmät). [tallenne]

xii            3.2 PID-virityksen mainio yhteenvetovideo on tässä (12min). CTMS-harjoitus löytyy täältä [video-opetusta ei ole, kts. edellisen videon loppu]. 

xiii            5.2 Luku 5.4-5.8 Lambda-viritys + harjoituksia. [tallenne]

xiv            9.2. Luku 6 (Z-muunnos ja diskretointi) [tallenne].

xv            10.2/12.2 Välikoe 1. (ke PR101, pe PR104/PR105)

·         Välikokeen 1 vastaukset on arvioitu (17/2). Tulokset löytyvät täältä opiskelijanumeron perusteella listattuna (syntymäpäivän jos tenttivastauksessa ei ollut opiskelijanumeroa). Tiedoston salasana on sama kuin luentomateriaalissa. Jos tiedosto ei avaudu, lataa se omalle koneelle ja koeta uudelleen.

·         Vastauspapereita jätettiin 57 kpl, muutama tentti on vielä tulossa. Joukossa oli aivan mainioitakin suorituksia! Jos oman vastauksen arviointi arveluttaa, niin ota yhteyttä opettajaan.

xvi            16.2 Luvut 7.2-7.4 + Matlab harjoituksia (Taajuusvaste, polaarikuvaaja, Bode-kuvaaja) [tallenne]

xvii            17.2 Luvut 7.4-7.5+ Matlab harjoituksia (Bode-kuvaajan piirto käsin, Butterworth-filtterisuunnittelua). [tallenne 1][tallenne 2] Filtterisuunnittelun kalvot luennolta ovat tässä.

xviii            19.2 Luku 8.2 + Matlab harjoituksia (Nyquistin stabiilisuuskriteeri) [tallenne]. Luennon Nyquist-harjoituksia on tässä.

xix            23.2 Luvut 8.3 Säätösuunnittelun robustisuuskriteerit + Bode/Nyquist-säätösuunnittelun harjoituksia.  [tallenne]

xx            24.2 Luku 9 Loop shaping, lead/lag-piirit ja PID-suunnitteluesimerkki [tallenne].

xxi            26.2 Luku 10 Identifiointi [tallenne]

xxii            2.3 Kurssipalaute (linkki / kirjaudu sisään), säätösuunnittelun kaari. [tallenne]

xxiii            3.3/5.3 Välikoe 2. (ke L4, pe L4)

·         2. Välikokeeseen osallistui 52 opiskelijaa.

·         Tenttitulokset löytyvät täältä (17.3). Noin 2/3 molempiin välikokeisiin osallistuneista suoritti kurssin hyväksytysti. Arvosanajakauma painottui tyydyttäviin arvosanoihin: 1 (10 kpl) ja 2 (11 kpl), mutta mainioitakin arvosanoja löytyi: 3 (6 kpl), 4 (3 kpl) ja 5 (3 kpl), parhaimmat tenttipisteet olivat lähellä maksimia (30 p.). Jos tentin arviointi arveluttaa, niin ota yhteys opettajaan. Kurssin voi tenttiä tai korottaa arvosanaa akvaariossa loppukokeella miten vain itselle parhaiten sopii.

·         Muistakaa käydä antamassa palautetta (linkki / kirjaudu sisään).

Kurssin läpäisy tapahtuu tenttimällä välikokein. Välikokeeseen tulee neljä kysymystä, joista kolmeen saa vastata. Kysymykset tulevat pääosin tästä joukosta: VK1, VK2. Välikokeet järjestetään luentotuntien aikana, kesto 2h. Ennakkoilmoittautumista ei tarvita, tentin uusinta tai tenttiajan siirto ei onnistu. Muista toteutusmahdollisuuksista (esim. etätoteutus, erityisjärjestelyt) voi olla yhteydessä opettajaan.

 

Arvosanarajat ovat:

·         <12p. =>  hylätty

·         ≥12p. => 1

·         ≥15p. => 2

·         ≥18p. => 3

·         ≥22p. => 4

·         ≥26p. => 5 (max 30p)

Vaihtoehtoisesti kurssi voi suorittaa loppukokeella akvaariotenttinä. Siinä saa vastata kuuteen kysymykseen seitsemästä, kesto 3h. Loppukokeeseen voi varata ajan vaikkapa tästä: https://exam.oulu.fi/enroll/exam/8690?code=477622A. Loppukokeen voi tehdä milloin itse katsoo parhaaksi, mutta suosittelen varmistamaan, että piirtotaulu on käytössä kaavojen/laskujen tuottamista varten (tai paperitentin varaamista - maanantait?). Oma laskin ei ole sallittu, mutta tenttitilan työkaluja (mm. Windowsin laskin?) voi käyttää. Kysymyksiin joissa tarvitaan Laplacemuunnostaulukkoa on liitetty tämä taulukko. Tentit arvioidaan hetimiten kun ehditään, kesälomakaudella voi tulla pidempiä viiveitä.

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 linerisoinnista sekä Matlab-demoa ode-yhtälöiden ratkaisemisesta (tiedosto1 ja tiedosto2).

Toteutus keväällä 2021

·         Tässä kooste palautteesta, jota tuli palatejärjestelmään 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 20.12.2021