ĠTÜ LĠSANSÜSTÜ DERS KATALOG FORMU (GRADUATE COURSE CATALOGUE FORM)

Transkript

1 ĠTÜ LĠSANSÜSTÜ DERS KATALOG FORMU (GRADUATE COURSE CATALOGUE FORM) Dersin Adı Çok DeğiĢkenli Kontrol Kuramı Course Name Multivariable Control Theory Kodu (Code) KOM 605 Lisansüstü Program (Graduate Program) Dersin Türü (Course Type) Yarıyılı (Semester) Bahar (Spring) Kredisi (Local Credits) Ders Seviyesi (Course Level) AKTS Kredisi (ECTS Credits) DR (PhD) Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği (Control and Automation Engineering) Seçmeli (Elective) Dersin Dili (Course Language) Ġngilizce (English) Dersin Ġçeriği (Course Description) kelime arası Dersin Amacı (Course Objectives) Maddeler halinde 2-5 adet Dersin Öğrenme Çıktıları (Course Learning Outcomes) Maddeler halinde 4-9 adet Ön matematik bilgiler; çok değiģkenli lineer sistemlerin matematik modellenmesi: durum uzayı, transfer fonksiyonu matrisi, sistem matrisi, kesirli matris gösterilimleri; çok değiģkenli sistemlerde kutuplar, sıfırlar, iyi tanımlılık ve kararlılık; frekans tanım bölgesi analiz ve tasarım yöntemleri: karakteristik eğri, Nyquist ve Ters Nyquist dizileri, giriģ-çıkıģ ayırma ve dağıtılmıģ kontrol; durum geri beslemesi ile kutup atama; durum kestirme ve gözleyici tasarımı; çıkıģ geri beslemesi ile kutup atama; dinamik kontrolörler ve eģdeğer yapılar; model derecesi düģürme, model eģleme ile kontrol. Preliminary mathematics; mathematical modeling of multivariable linear systems: state space, transfer function matrix, system matrix, matrix fraction representations; poles, zeros, welldefinedness and stability in multivariable systems; frequency domain analysis and design methods: characteristic locus, Nyquist and Inverse Nyquist Arrays, input-output decoupling and distributed control; pole assignment using state feedback; dynamic controllers; model order reduction; control using model matching. 1. Çok değiģkenli sistemlerin modellenmesi hakkında bilgi sahibi olmak 2. Çok değiģkenli sistemlerin analizinde kullanılan klasik yöntemleri öğrenmek 3. GiriĢ çıkıģ ayrıģtırması ile tasarım yöntemlerini öğrenmek 4. Çok değiģkenli kontrol sistemlerinin tasarımında kutup atama, gözleyici tasarımı, model eģleme ve model derecesi düģürme gibi yöntemleri öğrenmek. 1. Acquire knowledge on modeling of multivariable systems 2. Learn classical methods used in the analysis of multivariable systems. 3. Learn design methods using input-output decoupling. 4. Learn methods for the design of multivariable control systems such as pole assignment, estimator design, model matching and model order reduction. 1. Çok giriģ çok çıkıģlı (MIMO) bir sistemin değiģik gösterilimlerle modellemesini yapabilmek 2. MIMO bir sistemi tek giriģ tek çıkıģlı (SISO) bir sistemden ayıran temel özellikleri bilmek ve buna uygun tasarım yapabilmek 3. MIMO sistemlerde diyagonel baskınlığı belirleyebilmek 4. Verilen bir sistemde giriģ çıkıģ ayrıģtırması yapabilmek. 5. MIMO sistemlerde durum geri beslemesi veya çıkıģtan geri besleme ile kontrolör ve gözleyici tasarlayabilmek. 6. Çok değiģkenli kontrolör tasarımında model eģleme yöntemini uygun bir Ģekilde kullanabilmek 7. Çok değiģkenli sistemler için model derecesi düģürme yöntemlerini kullanabilmek. 8. Yaptığı bilimsel içerikli bir araģtırmanın sonuçlarını bilimsel makale formatında yazılı olarak ve konferans formatında sözlü olarak sunabilmek 1. To be able to model a multi input multi output (MIMO) system using different representations. 2. To know the basic distinguishing properties of MIMO systems in comparison to single input single output (SISO) systems and to be able to design accordingly. 3. To be able to determine diagonal dominance in MIMO systems 4. To be able to do input output decoupling for a given system 5. To be able to design observers and controllers with state and output feedback for MIMO systems. 6. To be able to use model matching method appropriately in the design of multivariable controllers 7. To be able to use model order reduction methods for multivariable systems 8. To be able to present the results of his/her scientific research written in the form of a scientific paper, and orally in the form of a conference. 128

2 Kaynaklar (References) En önemli 5 adedini belirtiniz Ödevler ve Projeler (Homework & Projects) Laboratuar Uygulamaları (Laboratory Work) Bilgisayar Kullanımı (Computer Use) Diğer Uygulamalar 1. Multivariable Control Systems: An Engineering Approach, P Albertos and A Sala, 2003, Springer, ISBN: J. M. Maciejowski, Multivariable Feedback Design, Addison-Wesley, "Fundementals of Linear State Space Systems", J S Bay, 1999, McGraw Hill, ISBN: "Pole Assignment for Uncertain Systems", M. T. Söylemez, 1999, Research Studies Press, Baldock, England 5. "PID Control for Multivariable Processes", Q-G Wang, Z Ye, W-C Cai, C-C Hang, 2008, Springer, ISBN: Dönem içinde her biri kapsamlı bir rapor gerektiren üç adet ödev verilecek ve dönem sonunda öğrencinin konu ile ilgili bilimsel bir araģtırma ve/veya pratik bir uygulama yapıp sonuçlarını yazılı ve sözlü olarak sunmasını sağlayan bir proje yapılması sağlanacaktır. Three homework assignments, each of which requiring a detailed report, will be given throughout the term, and students will be required to do a project where they can pursue a scientific research and/or do a practical application and present the results of their work both in written and oral form. Derste laboratuar uygulaması bulunmamaktadır. There is no laboratory work planned for this course. Verilen ödevlerin gerçeklenebilmesi için yüksek düzeyde Mathematica ve/veya MATLAB kullanımı gerekmektedir. High level use of Mathematica and/or MATLAB is required to be able to accomplish homework assignments. - (Other Activities) - BaĢarı Değerlendirme Faaliyetler Sistemi (Activities) Yıl Ġçi Sınavları (Assessment Criteria) (Midterm Exams) Kısa Sınavlar (Quizzes) Ödevler (Homework) Projeler (Projects) Dönem Ödevi/Projesi (Term Paper/Project) Laboratuar Uygulaması (Laboratory Work) Diğer Uygulamalar (Other Activities) Final Sınavı (Final Exam) *Yukarıda Belirtilen Sayılar Minimum Olup Yerine Getirilmesi Zorunludur. Adedi* (Quantity) Değerlendirmedeki Katkısı, % (Effects on Grading, %)

3 DERS PLANI Hafta Konular Dersin Çıktıları 1 GiriĢ, ön matematik bilgiler 1 2 Çok değiģkenli lineer sistemlerin matematik modellenmesi: durum uzayı, transfer fonksiyonu, sistem matrisi, kesirli matris gösterilimleri 1,2 3 Çok değiģkenli sistemlerde kutuplar, sıfırlar, geri besleme, iyi tanımlılık ve kararlılık 1,2 4 Karakteristik eğri kullanarak analiz ve tasarım 2,3 5 Nyquist ve Ters Nyquist eğrileri ile tasarım 2,3 6 Çok değiģkenli sistemlerde baskınlık ve diyoganelleģtirme GiriĢ çıkıģ ayrıģtırma yardımıyla tasarım ve dağıtılmıģ kontrol 3,4 8 Durum geri beslemesi ile kutup atama 5 9 Çok değiģkenli sistemlerde durum kestirme ve gözleyici tasarımı 5 10 ÇıkıĢ geri beslemesi ile kutup atama 2,5 11 Dinamik kontrolör tasarımı 2,5 12 Model eģleme ile kontrol 2,6 13 Model derecesi düģürme yöntemleri 7 14 Final proje sunumları 2-8 COURSE PLAN Weeks Topics Course Outcomes 1 Introduction, preliminary mathematics. 1 2 Mathematical modeling of multivariable linear systems: state space, transfer function matrix, system matrix, matrix fraction representations 1,2 3 Poles, zeros, well-definedness and stability in multivariable systems 1,2 4 Analysis and design using characteristic locus 2,3 5 Design using Nyquist and Inverse Nyquist Arrays 2,3 6 Diagonal dominance and diagonalization in multivariable systems Design using input output decoupling and decentralized control 3,4 8 Pole assignment using state feedback 5 9 State estimation and estimator design in multivariable systems 5 10 Pole assignment using output feedback 2,5 11 Dynamic controller design and equivalent structures 2,5 12 Model order reduction methods 2,6 13 Control by model matching 7 14 Final project presentations

4 Dersin Kontrol ve Otomasyon Programıyla ĠliĢkisi Programın mezuna kazandıracağı bilgi, beceri ve yetkinlikler (programa ait çıktılar) i. Yüksek lisans düzeyindeki bilgi ve becerilerini kullanarak, kontrol ve otomasyon mühendisliğindeki güncel ve ileri düzeydeki bilgileri özgün düşünce ve/veya araştırma ile uzmanlık düzeyinde geliştirebilme, derinleştirebilme ve/veya alanına yenilik getirecek özgün tanımlara ulaşabilme ii. Kontrol ve otomasyon mühendisliğinin ilişkili olduğu disiplinlerarası etkileşimi kavrayabilme; yeni ve karmaşık problemleri analiz, sentez ve değerlendirmede uzmanlık gerektiren bilgileri kullanarak özgün ve/veya bilimsel tutarlılığı olan sonuçlara ulaşabilme iii. Kontrol ve otomasyon mühendisliği ile ilgili çalışmalarda araştırma yöntemlerini kullanarak yeni ve karmaşık sorunların eleştirel analizini, sentezini ve değerlendirmesini yapabilme iv. Farklı disiplinde bilineni kontrol ve otomasyon mühendisliğine uygulayabilme ya da alanına yenilik getiren, düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulama geliştirebilme ve alanındaki yeni bilgileri sistematik bir yaklaşımla değerlendirebilme ve kullanabilme v. Kontrol ve otomasyon mühendisliği konusunda yaptığı çalışmaların sonuçlarını ulusal ve uluslararası hakemli dergilerde yayınlayarak veya özgün bir ürün geliştirerek alanındaki bilginin sınırlarını genişletebilme vi. Disiplinlerarası sorunların çözümlenmesini gerektiren ortamlarda özgün çözüm geliştirebilme ve/veya liderlik yapabilme vii. İleri düzeyde yazılı, sözlü ve görsel iletişim kurabilme ve tartışabilme, uluslararası platformlarda, uzman kişiler ile alanındaki konuların tartışılmasında özgün görüşlerini savunabilme ve alanındaki yetkinliğini gösteren etkili bir iletişim kurabilme viii. Kontrol ve otomasyon mühendisliği ile ilgili konularda karşılaşılan toplumsal, bilimsel ve etik sorunların çözümüne katkıda bulunabilme ve bu değerlerin gelişimini destekleyebilme ix. Kontrol ve otomasyon mühendisliğine ilişkin problemlerin çözümünde strateji, politika ve uygulama planları geliştirebilme ve elde edilen sonuçları, kalite süreçleri çerçevesinde değerlendirebilme Katkı Seviyesi : Az, 2. Kısmi, 3. Tam 131

5 Relationship between the Course and Control and Automation Program Program Outcomes i. Ability to improve and deepen current and advanced level knowledge in control and automation engineering to expert level with novel thinking and/or research, and/or ability to reach original definitions that would introduce novelties in his/her field, using graduate level knowledge and skills. ii. Ability to comprehend the interdisciplinary interactions in relation to control and automation engineering, ability to reach novel and/or scientifically consistent conclusions, using expert level knowledge in the analysis, synthesis and evaluation of new and complex problems. iii. Ability to achieve critical analysis, synthesis and evaluation of new and complex problems using research methodologies in studies related to control and automation engineering. iv. Ability to apply knowledge in a different discipline to control and automation engineering or to develop a new idea, method, design and/or application that would introduce a novelty to the field, and ability to evaluate and use new knowledge in the field with a systematic approach. v. Ability to disseminate knowledge in the field by publishing the results of his/her studies performed in control and automation engineering in national and international refereed journals or by developing a novel product. vi. Ability to develop novel solutions and/or display leadership attributes in solving interdisciplinary problems. vii. Ability to establish advanced written, oral and visual communication and discussion, ability to defend one s own novel opinions to experts in the field in international platforms and to set up effective communication to show competence in the field. viii. Ability to contribute to the solution of social, academical and ethical problems related to control and automation engineering, and to support improvement of these values. ix. Ability to develop strategies, policies and execution plans for the solution of problems related to control and automation engineering, ability to evaluate the obtained solutions within the framework of quality processes. Level of Contribution : Little, 2. Partial, 3. Full Düzenleyen (Prepared by) M. Turan Söylemez Tarih (Date) 30 Haziran 2011 İmza (Signature) 132