Ο σκοπός του μαθήματος Μηχανοτρονική Ι είναι η εισαγωγή του φοιτητή/ήτριας στις βασικές αρχές των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου και τη μοντελοποίηση δυναμικών συστημάτων, παρέχοντας τα θεωρητικά εργαλεία και τις πρακτικές μεθόδους για τον σχεδιασμό καινοτόμων προϊόντων και συστημάτων.
Το μάθημα καλύπτει τις θεμελιώδεις έννοιες της μηχανοτρονικής, με έμφαση στην ανάλυση συστημάτων, τη μαθηματική τους περιγραφή και τις τεχνικές ελέγχου. Εξετάζονται συστηματικά ζητήματα όπως η μοντελοποίηση, η ευστάθεια και η βελτιστοποίηση συστημάτων, ενώ δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στην κατανόηση της δυναμικής συμπεριφοράς και στις μεθόδους σχεδιασμού.
Μέσω της θεωρητικής και πρακτικής προσέγγισης, οι φοιτητές/τριες αναπτύσσουν την ικανότητα ανάλυσης και σύνθεσης συστημάτων ελέγχου, καθώς και τη δυνατότητα συνεργασίας σε διαθεματικά περιβάλλοντα. Η γνώση αυτών των αρχών αποτελεί βασικό προαπαιτούμενο για την ανάπτυξη προηγμένων μηχανοτρονικών εφαρμογών και καινοτόμων προϊόντων και συστημάτων.
Το περιεχόμενο του μαθήματος περιλαμβάνει:
- Εισαγωγή στα συστήματα και τον αυτόματο έλεγχο, προετοιμάζοντας το θεωρητικό υπόβαθρο για τις επόμενες ενότητες.
- Εξετάζονται οι βασικές έννοιες του μετασχηματισμού Laplace, οι οποίες είναι απαραίτητες για την περιγραφή και ανάλυση δυναμικών συστημάτων.
- Σημαντικό μέρος του μαθήματος αφιερώνεται στην δημιουργία των μαθηματικών μοντέλων δυναμικών συστημάτων τα οποία χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση και μελέτη της συμπεριφοράς των συστημάτων, που περιλαμβάνουν μορφές όπως Διαφορικές Εξισώσεις, Συναρτήσεις Μεταφοράς και αναπαράσταση στο χώρο κατάστασης.
- Αναλύεται η σύνθεση συστημάτων από υποσυστήματα, δίνοντας έμφαση στη δομή και τις αλληλεπιδράσεις των επιμέρους υποσυστημάτων ενός συστήματος τόσο ανοιχτού όσο και κλειστού βρόγχου.
- Παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά μεγέθη των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου, μέσω των οποίων χαρακτηρίζεται και αναλύεται η συμπεριφορά τους στο πεδίο του χρόνου. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην ευστάθεια των συστημάτων ελέγχου.
- Διδάσκεται ο γεωμετρικός τόπος ριζών, που επιτρέπει την ανάλυση και τον σχεδιασμό συστημάτων αυτομάτου ελέγχου.
- Σχεδίαση συστημάτων αυτομάτου ελέγχου στο πεδίο του χρόνου με την χρήση εκλεκτών (P, PI, PID), παρέχοντας στους φοιτητές τα βασικά εργαλεία για τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας τους.
Οι φοιτητές/τριες θα είναι σε θέση να:
- Αναγνωρίζουν και να αναλύουν τα βασικά συστατικά στοιχεία των μηχανοτρονικών συστημάτων, συμπεριλαμβανομένων των μηχανικών συστημάτων, των ηλεκτρονικών συστημάτων ελέγχου και των αλγορίθμων λογισμικού που συνθέτουν ένα ολοκληρωμένο σύστημα.
- Αναπτύσσουν και να εφαρμόζουν μαθηματικά μοντέλα για την περιγραφή της δυναμικής συμπεριφοράς μηχανοτρονικών συστημάτων, χρησιμοποιώντας τόσο αναλυτικές όσο και αριθμητικές μεθόδους προσομοίωσης.
- Σχεδιάζουν και να υλοποιούν συστήματα αυτομάτου ελέγχου για μηχανοτρονικές εφαρμογές, λαμβάνοντας υπόψη τόσο τις θεωρητικές αρχές όσο και τους πρακτικούς περιορισμούς εφαρμογής.
- Αξιολογούν την απόδοση συστημάτων μέσω σύγχρονων μεθόδων ανάλυσης, με ιδιαίτερη έμφαση σε παραμέτρους όπως η ευστάθεια, η ταχύτητα απόκρισης και η ακρίβεια ελέγχου.
- Βελτιστοποιούν υπάρχοντα συστήματα ελέγχου μέσω της εφαρμογής προηγμένων αλγορίθμων και τεχνικών προσαρμογής παραμέτρων.
- Επικοινωνούν αποτελεσματικά σε διαθεματικά ομαδικά περιβάλλοντα, συνδυάζοντας γνώσεις από τη μηχανική, την ηλεκτρονική και την πληροφορική για την ανάπτυξη ολοκληρωμένων λύσεων.
- Εφαρμόζουν κριτική σκέψη και δημιουργικές προσεγγίσεις για την αντιμετώπιση προβλημάτων σχεδιασμού και βελτιστοποίησης σε πραγματικές μηχανοτρονικές εφαρμογές.
- Αναπτύσσουν καινοτόμες τεχνικές λύσεις για σύγχρονα προβλήματα αυτοματοποίησης, εφαρμόζοντας τις αρχές της μηχανοτρονικής σε πρακτικά παραδείγματα από τη βιομηχανία και την καθημερινή ζωή.
Μέσω αυτών των μαθησιακών αποτελεσμάτων, οι φοιτητές/τριες θα αποκτήσουν μια ολοκληρωμένη κατανόηση των θεμελιωδών αρχών της μηχανοτρονικής, καθώς και τις απαραίτητες πρακτικές δεξιότητες για τον σχεδιασμό, την ανάλυση και τη βελτιστοποίηση σύγχρονων συστημάτων αυτομάτου ελέγχου.
Εγχειρίδια του μαθήματος:
- Dorf Richard C., Bishop Robert H., Σύγχρονα συστήματα αυτόματου ελέγχου - ISBN: 9789604189892 - Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 112693275
- Farid Golnaraghi, Benjamin C. Kuo, Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου - ISBN: 9789606451911 - Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 102070437
- Κρικέλης Νικόλαος, Εισαγωγή στον Αυτόματο Έλεγχο - ISBN: 9789602660041 - Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 41959122
Συμπληρωματική βιβλιογραφία:
- Ogata K., Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου - ISBN: 9789603307341 - Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 12346979
- Norman S. Nise, Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου - ISBN: 9789603307730 - Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 59380555
- Νικόλαος Κρικέλης, Μοντελοποίηση Και Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων - ISBN: 9789603304401 - Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 4509