Συστήματα Λήψης Μετρήσεων και Ελέγχου

Σκοπός και Στόχος Μαθήματος
Εισαγωγή στις βασικές αρχές των διατάξεων συστημάτων ελέγχου (κλασσικός έλεγχος) και μετρήσεων αλλά και σε ένα μικρό βαθμό και στις σύγχρονες τεχνικές ελέγχου και μετρήσεων. Περιεκτική και όσο το δυνατό πληρέστερη κατανόηση της εσωτερικής δομής των παραπάνω διατάξεων και των μηχανισμών που διέπουν την λειτουργία τους.
Κατανόηση της συμπεριφοράς των ανοικτών και κλειστών συστημάτων και των παραμέτρων που επηρεάζουν τη λειτουργία τους.
Βασική γνώση των χαρακτηριστικών και των ιδιοτήτων των συστημάτων και μελέτη στο πεδίο χρόνου και συχνότητας.
Αναγνώριση χρήσιμων ιδιοτήτων εισόδου-εξόδου για την εκτίμηση των τρόπων που συμπεριφέρονται τα κλασσικά συστήματα ελέγχου.
Συμβολή στην απόκτηση ικανότητας ανάλυσης και σχεδίασης συστημάτων ελέγχου.
Κατανόηση της συμπεριφοράς των αισθητηρίων-μετατροπέων και των παραμέτρων που επηρεάζουν τη λειτουργία τους.
Βασική γνώση των χαρακτηριστικών και των αρχών λειτουργίας των μετατροπέων όπως και αναφορά στις πλέον αντιπροσωπευτικές κατηγορίες.

Περίγραμμα Θεωρίας
Τα συστήματα αυτομάτου ελέγχου και μετρήσεων είναι σήμερα μία από τις σημαντικότερες περιοχές της επιστήμης και της τεχνολογίας. Σημαντική ώθηση στην εξέλιξη των συστημάτων ελέγχου έδωσαν τα τελευταία χρόνια η χρήση των υπολογιστών.
Αντικειμενικός σκοπός είναι να παρουσιαστούν οι βασικές αρχές που διέπουν τις μεθόδους ανάλυσης συστημάτων. Η ανάπτυξη μοντέλων που αναπαριστούν ένα σύστημα και οι παράγοντες που θα πρέπει να ληφθούν υπ'όψη για τη σχεδίαση ενός συστήματος.
Στη συνέχεια παρατίθεται το θεματικό περιεχόμενο του μαθήματος με ενδεικτική χρονική κατανομή και αλληλουχία:

1η εβδομάδα
Εισαγωγή στα συστήματα αυτομάτου ελέγχου με σύντομη ιστορική ανασκόπηση του αυτοματισμού , σύγκριση ανοικτών και κλειστών συστημάτων και παραδείγματα σύγχρονων συστημάτων ελέγχου.
Βασικές μαθηματικές έννοιες που συνθέτουν το αναγκαίο μαθηματικό υπόβαθρο για την μελέτη των συστημάτων ελέγχου με κύρια θέματα τα στοιχειώδη σήματα τον μετασχηματισμό Laplace και τους πίνακες.

2η εβδομάδα
Περιγραφή συστημάτων με τη βοήθεια των μαθηματικών μοντέλων. Σαν μοντέλα θα χρησιμοποιηθούν η συνάρτηση μεταφοράς και οι εξισώσεις καταστάσεως. Διαγραμματικές περιγραφές συστημάτων όπως τα διαγράμματα βαθμίδων και ροής.

3η εβδομάδα
Γενική αναφορά στα χαρακτηριστικά των συστημάτων. Ακρίβεια συστήματος και η έννοια του σφάλματος.
Μελέτη σφάλματος για διάφορες κατηγορίες συστημάτων και διάφορους τύπους διέγερσης.

4η εβδομάδα
Ευαισθησία συστήματος σε μεταβολές των παραμέτρων του. Επίδραση διαταραχής σε σύστημα. Σύγκριση ανοικτών και κλειστών συστημάτων όσον αφορά τα παραπάνω χαρακτηριστικά.

5η εβδομάδα
Κλασσική ανάλυση των συστημάτων ελέγχου στο πεδίο του χρόνου.
Προσδιορίζεται η ολική απόκριση των συστημάτων και γίνεται λεπτομερής μελέτη της χρονικής συμπεριφοράς συστημάτων πρώτης και δεύτερης τάξης.

6η εβδομάδα
Σύγχρονη περιγραφή και ανάλυση των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου στο πεδίο του χρόνου με τη μέθοδο των εξισώσεων καταστάσεως.

7η εβδομάδα
Εισαγωγή στα θέματα ευστάθειας συστημάτων που καλύπτεται με τα αλγεβρικά κριτήρια αλλά και γραφικές μεθόδους.

8η εβδομάδα
Μελέτη αρμονικής απόκρισης συστημάτων. Σχεδίαση διαγραμμάτων Nyquist Αρμονική απόκριση συστημάτων α και β τάξης.

9η εβδομάδα
Διαγράμματα Bode. Μέθοδοι σχεδίασης διαγραμμάτων
Σύγκριση Διαγραμμάτων αρμονικής απόκρισης.

10η εβδομάδα
Μέθοδοι σχεδίασης συστημάτων ελέγχου. Η έννοια του ελεγκτή.
Μελέτη των βασικών αναλογικών ελεγκτών όπως οι ON-OFF , P , PI , PID

11η εβδομάδα
Πλεονεκτήματα -Μειονεκτήματα ελεγκτών. Σχεδίαση ελεγκτών.

12η εβδομάδα
Εισαγωγή στους αισθητήρες και τους μετατροπείς ( ορισμοί , διαφορές , ομοιότητες) Χαρακτηριστικά μετατροπέων
Βασικές αρχές πάνω στις οποίες στηρίζεται η λειτουργία των μετατροπέων.

13η εβδομάδα
Περιγραφή μετατροπέων για τη μέτρηση πολύ συχνά χρησιμοποιούμενων παραμέτρων όπως π.χ. μετατροπείς μετατόπισης , ταχύτητας , θερμοκρασίας κ.λ.π.
Περίγραμμα Εργαστηρίου
Η εκπαίδευση των φοιτητών γίνεται σε περιβάλλον MATLAB-SIMULINK και περιλαμβάνει τα ακόλουθα:
MATLAB: Ορισμοί μεταβλητών και βασικές πράξεις, αποθήκευση και ανάκτηση μεταβλητών, δημιουργία γραφημάτων, δημιουργία συναρτήσεων-μακροεντολών, ορισμός και επεξεργασία πολυωνύμων, μοντελοποίηση ανοικτών και κλειστών συστημάτων αυτομάτου ελέγχου, εύρεση πόλων και μηδενικών, μοντελοποίηση σημάτων, απλοποίηση δομικών διαγραμμάτων.
SIMULINK: Περιγραφή και βασικές λειτουργίες, βασικές βιβλιοθήκες δομικών στοιχείων, μοντελοποίηση συστημάτων.