6 ECTS credits
150 u studietijd
Aanbieding 1 met studiegidsnummer 4010954DNR voor alle studenten in het 1e semester met een inleidend master niveau.
De cursus doorloopt de structuur, de opbouw en de componenten van generische meet- en regelsystemen. De deelonderwerpen komen aan bod met verschillende diepgang. De modules die meestal een eigen ontwerp vergen worden diepgaand behandeld. Voor modules die aangekocht kunnen worden, ligt de nadruk op specificaties, zodat de student vertrouwd geraakt met de elementen die zijn keuze zullen sturen. De regeltechnische aspecten zelf worden niet behandeld maar worden belicht in IR-CHIS- 1142 (Chemische procesregeling). De studenten uit de richting bouwkunde die dergelijke vervolgcursus niet in hun studieprogramma hebben, leren de voornaamste regeltechnische problemen te identificeren, maar krijgen in hun opleiding geen verder onderricht over oplossingsmethoden.
Gedetailleerde inhoudsopgave:
1) Elektronica - "basisterminologie", "modern ontwerp", "toekomstige evoluties" worden op beschrijvend niveau kort uiteengezet.
2) De voornaamste modules van meet- en regelsystemen:
2.1) Analoge preprocessing
Enkel de operationele versterker wordt in dit deel van de cursus als elektronische basiscomponent gebruikt. Voorversterkers worden met enige diepgang behandeld om de doelstelling te realiseren dat de student zich zowel aan analyse als aan ontwerp kan wagen.
- De ideale operationele versterker: basisschakelingen voor versterkers (unipolaire versterkers: inverterende, niet-inverterende, buffer; verschilversterkers; eigenschappen en criteria voor de selectie van versterkertypes in meettoepassingen; comparatoren: regeneratieve schakelingen, blokgolfgenerator); het concept tegenkoppeling.
- De niet-ideale operationele versterker: na de introductie van de algemene principes van analoge elektronica op basis van een ideaal model voor de operationele versterkers, worden enkele niet-idealiteiten van operationele versterkers beschreven via de analyse van de specificaties. Er wordt tevens ingegaan op de wijze waarmee deze niet-ideale eigenschappen kunnen weggewerkt worden in het globale gedrag van de schakelingen.
-Isolatieversterkers: gebruik, eigenschappen, optische en elektromagnetische isolatie, linearisatie.
- Bandbreedtebeperking bij meettoepassingen: filters en "lock-in" detectie en meting
2.2) Analoog-Digitaal interfaces
- Data-acquisitie: opbouw van een acquisitieketen (sample and hold, multiplexer, DAC, ADC), keuze van bemonsteringsfrequentie en aantal bit. De nadruk ligt hier op het maken van de juiste designkeuzen bij de selectie van de bouwstenen.
2.3) Elektronica: achtergrondtheorie en formele modellen
Dit cursusonderdeel formaliseert de voornaamste principes die in onderdeel 2.1) worden toegepast en geeft een inleiding tot de principes van schakelingen voor digitale signaalverwerking.
- Tegenkoppeling en stabiliteit: nut van tegenkoppeling, stabiliteit, winst- en fase-marges, omzetting van versterkers naar blokschemas uit de regeltheorie, Bode stabiliteitscriterium.
- Gestabiliseerde voedingen: algemene opbouw, types (geschakeld versus continu). De optie wordt genomen niet in te gaan op schakelingen maar eerder op algemene werkingsprincipes en eigenschappen.
- Inleiding tot de digitale elektronica: Overgang van fysische beschrijving naar logische beschrijving, combinatorische schakelingen, sequentiële schakelingen (geheugenelementen, tellers), elektrische realisatie van digitale schakelingen, vergelijkende analyse van verschillende realisatieprincipes voor geïntegreerde schakelingen.
2.4) Sensortypes en specifieke preprocessing aspecten
- De voornaamste principes van sensoren voor het meten van verschillende fysische grootheden worden beschreven en de interpretatie van sensorspecificaties wordt behandeld. Deze module is momenteel in opbouw!
2.5) Meetbussystemen - standaards
- Een uitgenodigde spreker geeft een overzicht van de standaards en de eigenschappen van de meest gebruikte systemen.
2.6) Drivers en excitatiesystemen
- Voor de sturing van actuatoren en actieve sensors worden enerzijds enkele signaalgeneratoren beschreven(bijvoorbeeld VCO, zaagtand, blokgolf)en anderzijds stroomversterkers (power booster circuits).
2.7) De laboratoriumsessies
-(1) Inleidende sessie om de studenten vertrouwd te maken met de uitrusting en de laboratoriumomgeving, inleiding tot labview, rondleiding in de clean room, illustratie van een CMOS ontwerpcyclus, een blik op de onderzoeksactiviteiten in robotica en computervisie; (2)Gebruik van operationele versterkers in elektronische schakelingen; (3)Digitale schakelingen; (4) Computergestuurd meten en regelen (bijvoorbeeld thermostatische regeling).
De cursus wordt in het Nederlands gedoceerd en het meeste lesmateriaal is in het Nederlands opgesteld. - Laboratoriumboek met opgaven, praktische informatie en specificaties van de gebruikte componenten.
- Het cursusmateriaal bestaat uit slides en uitgeschreven elektronisch cursusmateriaal welke beschikbaar wordt gesteld via de elektronische leeromgeving.
Deze cursus introduceert de basisconcepten van de elektronica, via de analyse van generische meet- en regelsystemen. Specifiek wordt ingegaan op het ontwerp van zulke systemen en zijn modules.
Doelstellingen:
De algemene principes gebruikt in de elektronica aan de hand van schakelingen met geringe complexiteit en in de context van "meten en regelen" illustreren; inzicht verschaffen in de algemene structuur van regel- en meetketens; basisregels voor het ontwerp en de samenstelling van meet- en regelsystemen en hun modules belichten; aantonen dat met een combinatie van beschikbare standaardmodules en eenvoudige schakelingen heel wat elektronische functies gerealiseerd kunnen worden; overwinnen van de drempelvrees van de studenten bij het ontwerp en het bouwen van elektronische systemen.
De beoordeling bestaat uit volgende opdrachtcategorieën:
Examen Mondeling bepaalt 67% van het eindcijfer
WPO Labowerk bepaalt 33% van het eindcijfer
Binnen de categorie Examen Mondeling dient men volgende opdrachten af te werken:
Binnen de categorie WPO Labowerk dient men volgende opdrachten af te werken:
Mondeling examen. Twee vragen over de cursusinhoud: een hoofdvraag en een bijvraag - meestal een 'inzicht-vraag' in een ander domein dan de hoofdvraag; de cursus mag voor eerst 5 minuten ingekeken worden, waarna er minstens 30 minuten schriftelijk mag worden voorbereid zonder de cursus; daarna ongeveer 20 minuten discussie met de docent.
Laboratorium evaluatie: examen over de practische kennis opgedaan in het laboratorium
Dit studiedeel maakt geen deel uit van vastgelegde afstudeervereisten. Het is aldus een vrij keuzevak.