1. Tehtävänä on tehdä Matlabilla massa-kitka-jousi-järjestelmän siirtofunktio (järjestelmä on vaakasuoralla pinnalla oleva kappale)ja piirtää järjestelmän askelvaste X(s)/F(s). m = 1kg, viskoosikitka on b = 10 Ns/m ja jousen jousivakio k = 20 N/m. Katso mallia http://www.engin.umich.edu/class/ctms/index.htm
2. Lisää edelliseen tehtävään asematakaisinkytkentä.
3. Tehtävänä on tehdä Simulinkilla massa-kitka-jousi-järjestelmän siirtofunktio (järjestelmä on vaakasuoralla pinnalla oleva kappale)ja piirtää järjestelmän askelvaste X(s)/F(s). m = 1kg, viskoosikitka on b = 10 Ns/m ja jousen jousivakio k = 20 N/m.
4. Muokkaa 3. tehtävästä auton vakionopeussäädön simulaatio. Lisää säätimen lähtöön tehon rajoitus eli yli 100 kW:n tehoa ei saa käyttää kiihdytyksessä. Anna auton massaksi 1500 kg ja tehoksi 100 kW. Piirrä nopeus, pyydetyn voiman ja tehon tuottaman voiman kuvaajat.
5. Muuta säätimet Simulinkin PID-lohkoiksi.
6. Mallinna Simulinkillä massa-kitka-järjestelmä.  m=1000, b=0.5 ja k=1. Mallinna järjestelmään kaskadisäätö ja lisää sekä asema, että nopeussäätimiksi PID-säätimet (käytä valmista Simulinkin PID-lohkoa). a. viritä järjestelmä nopeussäädöllä eli ohita asemasäädin b. ota asemasäädin mukaan järjestelmään ja viritä järjestelmä c. lisää järjestelmään toimilaitteen eteen kuollutalue ja testaa sen vaikutus toimintaan. d. lisää toimilaitteen ja lähdön väliin välys (backlash) d. lisää piirin takaisinkytkentään siirtoviive ja testaa millä arvolla järjestelmä tulee epästabiiliksi. e. lisää järjestelmään ylikompensoitu kuolleen alueen poisto ja testaa sen vaikutus järjestelmään (laita kompensoinniksi kaksinkertainen kuollut alue).MassaJousiKaskadiSaato.mdl
7. Mallinna DC-moottorin toiminta || | ||
                                                                                                                                                         
   Moottorin tekniset tiedot :
   * roottorin hitausmomentti (J) = 0,01 kgm²/s²
   * mekaanisen järjestelmän vaimennuskerroin (b) = 0,1 Nms
   * moottorivakio (K=K_e=K_t) = 0.01 Nm/A
   * resistanssi (R) = 1 Ω
   * induktanssi (L) = 0,5 H
   * tulo (U): syöttöjännite
   * lähtö Θ (theta): akselin kulma
   * lähtö Ω (omega): akselin kulmanopeus
   * roottori ja akseli ovat jäykkiä
   Moottori tuottaa momentin T ja kulmanopeuden dΘ/dt.

           T = K_t i           e = K_e dΘ/dt

         Mekaaniset ja sähköiset differentiaaliyhtälöt jotka voidaan kirjoittaa Newtonin ja Kirchoffin laeista, ovat seuraavat:

          J d² Θ / dt² + b dΘ/dt =K_t i

          L di / dt + R i= V - K_e dΘ/dt

         Piirrä järjestelmän askelvaste ja Bode-diagrammi.

Ohje:

- tee Laplace muunnos kahdelle edellä olevalle yhtälölle

- Eliminoi virta ensimmäisestä yhtälöstä sijoittamalla toinen ekaan

- ratkaise suhde Θ/V sekä Ω/V, tämä on moottorin siirtofunktio

9. Ratkaise edellisestä tehtävästä kulmanopeus ja piirrä sen askevaste ja Bode-diagrammi.

10. Ratkaise tehtävästä 8 kiihtyvyys ja piirrä sen askevaste ja Bode-diagrammi.

11. Tee edellisten perusteella PID-säädetty tasavirtamoottorikäyttö Matlabilla. Ratkaisu

12. Tee edellinen esimerkki Simulinkillä. Mallin mukaan.

13. Tässä tehtävässä mallinnamme Matlabilla mekaanisen järjestelmän, jossa säätimen ja toimilaitteen välillä on viivettä katso apuja täältä . Järjestelmä on PI-säädetty tasavirtamoottori, jossa

*roottorin hitausmomentti (J) = 0,1 kgm²/s²
* mekaanisen järjestelmän vaimennuskerroin (b) = 0,2 Nms
* moottorivakio (K=K_e=K_t) = 0.01 Nm/A
* resistanssi (R) = 1 Ω
* induktanssi (L) = 0,3 H

* viive t=2s

Viritä järjestelmä ja piirrä bode-diagrammi.

14.Lataa Talo.mdl  ja TalonAlkuarvot.m tiedostot työtilaan. Varmista että current folder sisältää molemmat tiedostot, muuten Simulink malli ei löydä asetustiedostoa. Tutustu valikkoon View -> ModelExplorer­->Talo­ -> Model Workspace­>Properites, täällä määrätään alustustiedoston nimi. Muuta alustustiedoston nimi ja kokeile toimiiko  vielä. Poista talosta ikkunat, paljonko vaikuttaa lämmityskustannuksiin. Laita sähkön hinnaksi 0.30 Euroa /kWh.  Mikä on lämmityskustannus/vuosi. Tuplaa seinien paksuus, mikä on vaikutus? Muista käyttää komentoja clear workspace ja Reinitialize from source aina sen jälkeen kun muutat .m tiedoston sisältöä.

15. Kysymyksiä liittyen bensiinimoottorin polttoaineensuihkutuksen ohjaukseen ja sytytyksen säätöön.
a. Listaa kaikki moottorin ohjausyksikköön tulevat tulot ja selvitä muuttuvan mitattavan suureen alue ja on/off tulojen osalta pienin ja suurin taajuus.(2p)
b. Kuvaa jokaisen tulon vaikutus moottorin säätöön.(eli miksi tulo on olemassa ja voisiko sen korvata jollain muulla mittauksella)(2p)
c. Listaa kaikki mahdolliset lähdöt moottorin ohjaimesta ja selvitä lähtevän suureen alue ja on/off lähdöillä tajuusalue (sytytys, polttoaineen syöttö, vaihteisto)(2p)

16. Mikä voima  moottorin täytyy tuottaa, että auto liikkuu 100 km/h? Auton ilman vastuskerroin on 0.29 ja ilmanvastuksen aiheuttama voima lasketaan yhtälöstä F = ½ s v² A Cv, nopeuteen verrannollinen vastus on 1 kg/s ja auton massa 2000 kg. Auton "otsapinta-ala" on 1 m². Vierintävastuksen aiheuttama voima on  mgc_r  ja s edellä olevassa kaavassa on ilman tiheys 1,225 kg/m³ Tee Simulink malli. 2p.

17. Edellisen tehtävän auton tehoa rajoittaa moottorin hengitysongelmat, jotka lisääntyvät lineaarisesti nopeuden kasvaessa siten, että 50 km/h nopeudella moottorin tuottama voima on 90% maksimitehosta. Mikä nyt on saavutettava nopeus. 2p.

18. Mikä on tarvittava teho, jos ajetaan ylämäkeä,  jonka kaltevuus on 10 astetta Ajetaan edelleen 100km/h. 2p.

19. Mikä on auton kiihtyvyys ensimmäisellä vaihteella, kun nopeus on 50 km/h. Auton moottori tuottaa vakiomomentin, joka vastaa tehtävän 15 moottorin tuottamaa momenttia, mutta nyt vaihteiston välityksellä 1:4 . Tehtävässä 15 vaihteiston välityssuhde oli 1:1 2p.

20. Mikä on auton kiihtyvyys 0..100 km/h,kun nopeudella 50 km/h vaihdetaan kakkosvaihteelle, jonka välitys on 1:2. 2p.

21. Mallinna sähkömoottori esimerkin perusteella. b. lisää moottorin akselille lisä hitausmomentti 5 kgm², joka on välityksellä 1:2 kytketty moottorin akselille. 2p

22. Lisää moottorille PI-säädin ja hae sen kertoimet. 2p

23. Mallinna ecu tehtävän 14. perusteella. Mallin  tulee kuvata ecun periaatetta eli tavallisimmat tulot pitää olla mukana. 5p.

24. Qt:llä toteutettu  simulaattori.Tutki miten saat yhdistettyä malliin Qwt x-y-grafiikan jokaista liikettä varten. 2p4