Mekatronikk, masterprogram Påbyggingsstudium - 120 Studiepoeng - 2 år - Grimstad MASTMEK Opptakskrav Opptakskravet er bachelorgrad i ingeniørfag fra studieprogram mekatronikk, maskin, elektro, fornybar energi eller tilsvarende utdanning og bestått eksamen i Matematikk 3. Se nærmere detaljer i forskrift om opptak til mastergradsstudier og videreutdanningsstudier ved Universitetet i Agder og utfyllende regler for opptak til mastergradsstudiet i teknologi. Anbefalte forkunnskaper Det anbefales at søkere har materiallære og reguleringsteknikk. Generell beskrivelse av studiet Studiet skal utdanne kandidater med høy kompetanse i mekatronikk. Mekatronikk er integrasjonen av maskinteknikk, analog og digital elektronikk og styringsteknikk ved design og framstilling av produkter og prosesser. Studiet skal utvide og styrke kompetansen til ingeniører innen dette feltet, med særlig vekt på elektriske systemer (studieretning Design av fornybare energisystemer) og på mekaniske systemer hvor store krefter er involvert (studieretning Mekatronikk). Det blir lagt vekt på å bruke den teoretiske kunnskapen til relevante anvendelser og produktutvikling, der alle sider av en produktutviklingsprosess blir behandlet. Studiet bygger på bachelorgrad i ingeniørfag fra studieprogram mekatronikk, maskin elektro eller fornybar energi. Studentene vil derfor ved opptak til studiet ha ulik bakgrunn og kompetanse avhengig av studieprogram. Det første semesteret i studiet kompenserer for den ulike bakgrunnen ved at det tilbys tre "harmoniseringsfag", hvert på 10 studiepoeng. Studentene kan velge mellom to studieretninger: Mekatronikk og Design av fornybare energisystemer. I studieretningen Mekatronikk inngår emnene MAS402 Hydraulikkomponenter og systemer (5 sp), MAS403 Maskintekniske systemer for mekatronikk (10 sp), MAS400 Industriell IT, MAS503 Produktutvikling (10 sp) og MAS504 Elementmetoden (5 sp). I studieretning Design av fornybare energisystemer inngår emnene ENE401 Fuel Cell Technology (5 sp), ENE404 Renewable Energy (10 sp), ENE402 Power Electronics for Renewable Energy (10 sp), ENE501 Photovoltaic Technology (5 sp) og ENE405 Wind Power. Øvrige emner er felles for begge studieretninger. Når det gjelder harmonisering i 1. semester, studieretning Mekatronikk, må studenter med maskinbakgrunn ta emnet MAS404: Analog og digital elektroteknikk (10 sp), og 1
studenter med elektrobakgrunn må ta emnet MAS405: Maskinelementer og hydraulikk (10 sp). MAS405 vil også inneholde elementer om 3D-modellering og FEM-analyse. Emnet MAS406: Mekanisk materialteknologi (10 sp) vil bli undervist til studenter som kommer inn med full fordypning i mekatronikk. Det vil ikke bli bygget videre på MAS406 i masterprogrammet, slik at studenter med bakgrunn fra elektrolinje ikke vil mangle nødvendig kunnskap seinere i studiet. Studenter som kommer inn med maskinbakgrunn, antas allerede å ha kunnskap tilsvarende MAS406. Når det gjelder harmonisering i 1. semester, studieretning Design av fornybare energisystemer, må studentene som velger denne studieretningen, ta MAS406 Mekanisk materialteknologi (10 sp). Matematikk er et viktig og nødvendig verktøy i de fleste emnene i masterprogrammet. Studiet inneholder derfor et matematikkemne på 10 studiepoeng som bygger på de obligatoriske matematikkemnene og valgemnet Matematikk 3 i bachelorstudiet. Hovedvekten i emnet MA-417: Matematikk for mekatronikk er lagt på løsning av høyere ordens differensiallikninger (lineære, ikke-lineære og partielle), teori og anvendelse av Laplace-transformasjonen og optimeringsteori (lineær, kvadratisk og mixed-integer). I konstruksjon og produksjon av utstyr rettet mot maritim- og offshoresektor vil ofte "sluttproduktet" (det man styrer og regulerer) være mekaniske systemer i lineær eller roterende bevegelse der store krefter og momenter inngår og skal reguleres og styres. Industriens behov på dette området er tatt hensyn til ved utformingen av studiet. Emnene MAS401: Elektriske motordrifter og MAS402: Hydraulikkkomponenter og -systemer gir det nødvendige grunnlaget for arbeidet med slike mekaniske systemer. De tekniske emnene MAS501: Reguleringsteknikk, MAS403: Maskintekniske systemer for mekatronikk, MAS407: Modellering og simulering av mekatroniske systemer og MAS502: Instrumentering og måleteknikk på til sammen 35 studiepoeng utgjør kjernen i studieretning Mekatronikk. Dette er emner der samspillet i mekatronikk mellom mekanikk, elektronikk og datateknologi, brukt i mekaniske produkter og systemer, blir utviklet og analysert. Kunnskapene som denne kjernen gir, skal så brukes i emnet MAS503 Produktutvikling og i den avsluttende masteroppgaven (MAS500). Studieretningen Design av fornybare energisystemer tar sikte på å gi studentene et solid grunnlag for å designe, styre og regulere elektriske energisystemer basert på vindkraft, solcelleteknologi og hydrogenteknologi. Andre energisystemer behandles i emnet ENE404 Renewable Energy, herunder solvarme, biodrivstoff, vannkraft med mer. Kjernen i studieretning Design av fornybare energisystemer vil være ENE404 Renewable Energy, som tar for seg hele spekteret av fornybar energi-teknologier. Produksjon av elektrisk energi dekkes via emnene ENE401 Fuel Cell Technology, ENE405 Wind Power og ENE501 Photovoltaic Technology. Integrasjon med det elektriske kraftsystemet og sluttbruk dekkes av emnene ENE402 Power Electronics for Renewable Energy og MAS401 Elektriske motordrifter. Design dekkes av de tre 2
emnene MAS407 Modellering og simulering av mekatroniske systemer, MAS501 Reguleringsteknikk og MAS502 Instrumentering og måleteknikk. Masteroppgaven skal være et selvstendig arbeid innenfor et sentralt fagområde i studiet. Gjennom arbeidet med masteroppgaven og deltakelse i metodeseminaret som inngår i MAS500, vil studentene få en innføring i forsknings- og utviklingsarbeid. De vil lære å vurdere forskning og vitenskapelige publikasjoner, og de vil få nødvendige kunnskaper om dokumentasjon av utviklings- og forskningsarbeider. Studieplanramme: 2010 Studieretning Mekatronikk 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1sem høst 2sem vår 3sem høst 4sem vår MAS401-G Elektriske motordrifter 5 sp Harmonisering * 10 sp MAS402-G Hydraulikkomponenter og -systemer 5 sp MAS501-G Reguleringsteknikk 10 sp MAS407-G Modellering og simulering av mekatroniske systemer 10 sp MAS400-G Industriell IT 10 sp MAS503-G Produktutvikling 10 sp MAS500-G Masteroppgave 30 sp MA-417-G Matematikk for mekatronikk 10 sp MAS502-G Instrument. og måletekn. 5 sp MAS403-G Maskintekniske systemer for mekatronikk 10 sp MAS504-G Elementmetoden 5 sp Harmonisering: MAS404/MAS405/MAS406 1sem høst 2sem vår 3sem høst Studieplanramme: 2010 Studieretning Design av fornybare energisystemer ENE401 Fuel Cell Technology 5 sp MAS401 Elektriske motordrifter 5 sp MAS502 Instrument. og måletekn. 5 sp MAS406 Materialteknologi 10 sp ENE404 Renewable Energy 10 sp MAS501-G Reguleringsteknikk 10 sp MA-417 Matematikk for mekatronikk MAS407 Modellering og simulering av mekatroniske systemer 10 sp 10 sp ENE405 Wind Power 10 sp ENE501 Photovoltaic Technology 5 sp ENE402 Power Electronics for Renewable Energy 10 sp 4sem vår MAS500 Masteroppgave 30 sp Læringsutbytte Kandidatene skal etter endt studium kunne sette opp relevante problemstillinger for et dynamisk, mekanisk eller elektrisk system som skal reguleres og styres, og de skal 3
kunne analysere dette systemet. Videre skal kandidatene kunne vurdere systemets konstruksjon og delta i utviklingen av systemet/produktet. Kandidatene skal også kunne bidra i ledelsen av et prosjekt og etter noe erfaring kunne være prosjektleder. Dessuten skal kandidatene ha fått en innføring i forsknings- og utviklingsarbeid som gjør dem i stand til å planlegge og gjennomføre større prosjekter logisk og effektivt, samt rapportere og presentere resultatene på en profesjonell måte. Arbeidsformer Undervisnings- og arbeidsformene i studiet går fram av emnebeskrivelsene i studieplanen. Det vil bli brukt en rekke forskjellige undervisnings- og arbeidsformer: vanlige forelesninger, individuelle øvinger, gruppeøvinger, laboratoriearbeid og prosjektarbeid. Innslaget av forelesninger er størst i begynnelsen av studiet. Utover i studiet er det sterkere innslag av prosjektarbeid med strenge krav til rapportering og presentasjon av prosjektet. Det er ikke frammøteplikt til de ordinære forelesningene, men enkelte deler av et emne kan ha obligatorisk frammøte. Arbeidsformene skal foruten å legge til rette for faglig utvikling også utvikle studentenes evne til praktisk problemløsning og teamarbeid. Gjennom hele studiet er prosjektarbeid i grupper sentralt. Prosjektarbeidet skal gi studentene trening i å anvende teoretisk kunnskap og verktøy til å sette opp og analysere konkrete problemstillinger og til utvikling av nye systemer og produkter. I tillegg skal gruppearbeidet utvikle studentenes evner til samarbeid og kommunikasjon. Vurderingsformer Vurderingsformene er varierte og nært knyttet til arbeidsformen i hvert enkelt emne. I to emner (MAS400 og MAS503) skjer vurderingen på grunnlag av gjennomføring, rapportering og presentasjon av prosjektarbeid. De fleste emner vil imidlertid bli avsluttet med individuell skriftlig eksamen som utgjør hele eller deler av vurderingsgrunnlaget. Prosjektoppgave og deleksamener vil utgjøre en annen del av vurderingsgrunnlaget i emner der dette inngår. I alle emner med skriftlig eksamen er det krav om godkjente obligatoriske øvingsoppgaver eller prosjektarbeid for å kunne gå opp til eksamen. Studentutveksling Fakultet for teknologi og realfag har en rekke samarbeidsavtaler med utenlandske universiteter. De mest aktuelle samarbeidspartnerne innen mekatronikk er Technische Universität Dresden i Tyskland, Danmarks Tekniske Universitet (DTU) og Aalborg Universitet i Danmark og Huazhong University of Science and Technology i Kina. Fakultetet har avtaler om studentutveksling med alle disse fire universitetene. For øvrig er University of Bath i England, Kungliga Tekniska Högskolan og Linköpings Universitet i Sverige blant de ledende universitetene i Europa innen det området av mekatronikken som fakultetet har valgt å satse på i sitt masterprogram. Fakultetet ønsker å inngå avtaler om studentutveksling med disse universitetene. 4
Lappeenranta University of Technology i Finland og Chalmers Universitet i Göteborg, samt Fachhochschule Stralsund - University of Applied Science, Tyskland, vil også være interessante utvekslingsinstitusjoner især med hensyn til fornybar energi. Studentene bør oppholde seg første semester av masterstudiet ved Fakultet for teknologi og realfag, fordi dette semesteret er spesielt tilrettelagt for å utjevne forskjellene i studentenes bakgrunn og forkunnskaper. Forøvrig vil det være mulig å avtale studentutveksling i hvilket som helst av de tre andre semestrene. Vilkår for å gå videre i studiet For å få starte på masteroppgave, må minst 70 studiepoeng i utdanningsplanen være bestått før starten på det semesteret masteroppgaven skal skrives. Emner som masteroppgaven bygger videre på, må være bestått. Yrkesmuligheter og videre utdanning Med avsluttet mastergrad skal kandidaten kunne gå direkte inn i profesjonelt arbeid som sivilingeniør på ulike områder. Utdanningen kvalifiserer særskilt for stillinger i industri og næringsliv. Direkte relevans har studiet til maritim og offshore utstyrskonstruksjon og -produksjon eller tilsvarende industriell virksomhet, men arbeidsmulighetene er ikke begrenset til slik virksomhet. Energiverk, energidistributører, kraftintensiv industri, konsulent- og rådgivningsbransjen, offshorevirksomhet, transportselskaper og offentlig virksomhet vil også være aktuelle arbeidsplasser. Studiet skal også kvalifisere for forskerutdanning som leder til graden Ph.D innen ingeniørvitenskap på fagfelt som omhandler styring, regulering og produktutvikling av mekaniske og elektriske komponenter og systemer. Relevante Ph.D -program finnes blant annet ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU), Aalborg Universitet, Danmarks Tekniske Universitet (DTU), Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), Linköpings Universitet i Sverige, Høgskolen i Telemark (HiT) og Universitetet i Agder (UiA). Fører til grad Kandidatene tildeles etter fullført studium graden og tittelen master i teknologi / sivilingeniør - mekatronikk. Studiekoordinator Kjell Gunnar Robbersmyr og studiekonsulent Åse Linn Berntsen 5
ENE401 Fuel Cell Technology 5 ECTS credits 1 semester Autumn Grimstad Study program Master Mechatronics. Study profile Design of Renewable Energy systems Learning outcomes After completing the course, the students are expected to have gained an advanced understanding of fuel cells, the various types available and how they work have knowledge of the basic principles of operation allowing the students to appreciate the advantages and benefits that fuel cells offer over conventional energy systems evaluate/analyse system integration and performance characteristics have an advanced knowledge on different fuels, how they are produced and the impact they have on the environment. measure current-voltage and power curves for PEM, DMFC and AFC fuel cells and stacks be able to design and build a fuel cell stack have knowledge of selection of materials and the design of components used to make up the fuel cell stack including: experiment with various fuel cells and fuel cell materials construct a fuel cell and obtain power from it determine current voltage characteristics and know how to optimize cell performance. Contents The course will cover the major types of fuel cells, their principle of operation, system engineering, vontrol, fuel processing and applications. Laboratory experience will be gained in single cell design, performance testing, and stack design concepts. Fuel processing will explore renewable sources such as biogas, wood gasification and hydrogen derived from waste, as well as hydrogen derived from electrolysis. Part 1 Principles and Operation A summary of basic thermodynamics relevant to fuel cells. The fundamentals of operation of a single cell. Basic electrode kinetics. Description of the main types of fuel cells including PEM, AFC, DMFC, PAFC, MCFC and SOFC. The gas diffusion electrode, the active layer, bi-polar plate and current collection, the production and removal of product water, effect of temperature. The concept of a fuel cell stack. Performance characteristics. Fuel cell system requirements and system integration. Fuel types and fuel processing methods. Emphasis will be on the use of renewable fuels such as hydrogen derived from the electrolysis of water. Part 2 Practical Experience Experience with single cell fuel cells based on Nafion electrolyte and also on liquid alkaline electrolytes. Measurements of current-voltage and power curves for PEM, DMFC and AFC fuel cells and stacks with up to 10 cells. Use of electrolyser to generate both hydrogen and oxygen for the fuel cells. Use of hydride storage media including nickel metal hydride systems. Construction of small fuel cell systems including control circuits. Examination of fuel cell materials under optical and electron microscopes. Teaching methods 6
Lectures 2 hours per week. Practical experience in the laboratory 2 hours per week. Parts of the syllabus must be read as self-study. Examination requirement Satisfactory submission of compulsory exercises Examination Individual oral examination (20 minutes per student). Graded assessment. Language of instruction English Course literature: Fuel Cell Systems Explained, by James Larminie and Andrew Dicks Wiley, 2nd edition ISBN 0-470-84857 7
ENE402 Power Electronics for Renewable Energy 10 ECTS credits 1 semester Spring Grimstad Study program Master s programme in Mechatronics Learning outcomes After completing the course, the student is expected to: be able to characterize a power electronics system account for a range of power electronics applications, especially applications for renewable and distributed electricity supply describe and analyze basic topologies of both line commutated and switch mode converters understand disturbances from power electronics on the power grid understand and analyze harmonic components and simple filters understand and analyze the solar resource and photovoltaic power systems Contents Conversion and control of electric energy by means of semiconductor elements. Basic components for power electronics, such as diodes, thyristors and transistors are explained in terms of their terminal behavior. Ideal characteristics are used in the analysis of converters. Basic power electronics circuits, such as diode rectifiers and thyristor converters, as well as DC-DC and DC-AC converters are discussed. A range of applications are discussed, especially applications for sustainable electricity supply and end-use. The solar resource and photovoltaic power systems. Teaching methods Lectures 4 hours per week. Instruction 4 hours per week. Parts of the syllabus must be read as self-study. Examination requirement Satisfactory submission of compulsory exercises and/or laboratory assignments. Examination 4-hour individual written examination (60 % contribution to final assessment), and portfolio (40 % contribution to final assessment). Graded assessment. Language of instruction English Offered as a free-standing module No Course literature Ned Mohan, Power Electronics, MNPERE 2009. G.M. Masters, Renewable and efficient electric power systems, Wiley 2004. Pages 385-392. Supplementary lecture notes and other material prepared by the lecturer. 8
ENE501 Photovoltaic Technology 5 ECTS credits Autumn 1 semester - Grimstad Study programme Master s programme in Mechatronics Recommended courses ENE 223 Materials for Renewable Energy or an introductory course in Solid State Physics. Learning outcomes After completing the course, the students are expected to have an advanced understanding of photovoltaic conversion principles from photons to electricity. do solar cell research work in selected areas under supervision. be able to analyze theoretical problems and apply results to experimental studies execute applications in photovoltaic devices (will be emphasized) be able to present advanced concepts in a professional manner Contents The course will contain selected topics from the following list: Electrons and Holes in Semiconductors Generation and Recombination Junctions Monocrystalline Solar Cells Si-based Multicrystalline Solar Cells Thin Film Solar Cells Strategies for High Efficiency Modules and their Application Solar Cell Systems. Some selected topics will be discussed in the context of current research. Teaching methodes Lectures 2 hours per week and exercises 2 hours per week Examination requirement Satisfactory submission of compulsory exercises. Examination 3-hour individual written examination. Graded assessment. Offered as a free-standing module No Faculty Faculty of Engineering and Science Course literature 9
Wenham, S.R., Green, M.A., Watt., M.E., Corkish R.: Applied Photovoltaics, Barnes & Noble. Course specific notes and selected scientific papers 10
ENE404-G Renewable Energy 10 ECTS credits - Spring - 1 semester - Grimstad Study programmes Master's Programme in Mechatronics Recommended course(s) ENE104 Renewable energy Learning outcomes After completing the course, the students are expected to calculate the energy potential of the sources that are treated have a good theoretical understanding of possibilities and limitations of the different forms of renewable energy technologies be able to evaluate and compare different processes for energy conversion be able to participate in the planning and construction of equipment for production and use of energy Contents The following subjects are covered: Basic principles (including thermodynamics) The solar energy resource Solar thermal engineering Introduction to wind turbine technology Bio-energy resources Thermomechanical conversion of biomass Biochemical methods of conversion Liquid fuel from biomass Gas turbines Teaching methods Lectures 4 hours per week and exercises 4 hours per week Examination requirement Satisfactory submission of compulsory exercises. Examination 4-hour written individual examination. Graded assessment. Offered as a free-standing module No Faculty Faculty of Engineering and Science Course literature: Kishore: Renewable energy engineering and technology (chaps. 3, 4, 6, 9, 12-15) Da Rosa, A.V.: Fundamentals of Renewable Energy Processes, Elsevier Academic Press, 2005, ISBN-12 978-0-12-088510-7: Mechanical Heat Engines (chap. 3) 11
Savaranamuttoo, Rogers and Cohen: Gas Turbine Theory, Prentisce Hall, 2001, ISBN-13-015847-X: Gas turbines (chaps. 1, 2) 12
MAS401-G Elektriske motordrifter 5 sp - Starter vår - Varighet 1 semester - Grimstad Inngår i studieprogram Mekatronikk, masterprogram Læringsutbytte Kandidaten skal etter endt emne kunne ha forståelse for det fysikalske grunnlaget for elektriske maskiner og elektromekanisk energiomvandling ha en grunnleggende fysisk forståelse for virkemåten til de viktigste DC- og AC maskiner forstå elektriske motordrifter som syntesen av elektriske maskiner, kraftelektronikk og reguleringsteknikk Innhold Elektriske motordrifter kan ses på som syntesen av elektriske maskiner, kraftelektronikk og reguleringsteknikk. Dette faget har hovedvekt på den fysiske forståelsen av elektriske maskiner, ettersom spesielt reguleringsteknikk er dekket av andre fag i studiet. Kraftelektronikk behandles kun som en blokk som er i stand til å prosessere elektrisk energi til den form som er nødvendig for anvendelsen. Følgende emner behandles: repetisjon av nødvendig grunnlag fra elektroteknikken, magnetisme, magnetiske kretser og transformatorer, DC maskiner, AC maskiner og bruk av romvektorer i den matematiske beskrivelsen, synkronmaskiner, asynkronmaskiner Arbeidsformer Forelesninger 2 t/u. Deler av pensum forventes lest som selvstudium. Veiledningstimer 2 t/u. Vilkår for å gå opp til eksamen Obligatoriske oppgaver må være innlevert og bestått. Oppgavene kan være teoretiske og/eller bestå av laboratoriearbeid. Eksamen Individuell skriftlig eksamen, 4 timer. Gradert karakter. Tilbys som enkeltemne Nei Åpent for privatister Nei 13
Fakultet Fakultet for teknologi og realfag Litteratur Ned Mohan: Electric Drives: An integrative approach, MNPERE, Minneapolis, USA, 2001 14
MAS402-G Hydraulikkomponenter og -systemer 5 sp - Starter vår - Varighet 1 semester - Grimstad Inngår i studieprogram Mekatronikk, masterprogram Anbefalte forkunnskaper FYS105 Fysikk, MA-109 Matematikk 1, MA-128 Kalkulus, MA-208 Matematikk 2, MAS107 Reguleringsteknikk 1, MAS211 Hydrauliske Systemer 1 eller tilsvarende. Læringsutbytte Etter å ha tatt dette emnet, skal studenten Kunne forstår grunnleggende funksjonalitet av hydrauliske pumpe- og aktuatorstyringer Kunne oppstille steady state modeller av hydrauliske systemer og komponenter Anvende numeriske metoder til å simulere steady state modeller av hydrauliske systemer og komponenter Kunne oppstille dynamiske modeller av hydrauliske systemer og komponenter Anvende numeriske metoder til å simulere dynamiske modeller av hydrauliske systemer og komponenter Være i stand til å spesifisere og sammensette hydrauliske systemer Anvende modeller og simulering ved konstruksjon av hydraulisk aktuerte mekaniske systemer Innhold Pumpestyring - trykk, flow og effekt. Aktuatorstyring - kraft, hastighet, senkning, bremsning. Steady state ligninger for standardkomponenter. Systematisk modelloppbygning - steady state. Steady state simulering. Systematisk spesifikasjon og konstruksjon av hydraulikksystemer. Dynamiske ligninger for standardkomponenter. Systematisk modelloppbygning - dynamisk. Dynamisk simulering. Hydraulisk-mekanisk modellering og simulering - mekanismer, friksjon, traksjon, impakt, fleksibilitet og suspensjon. Arbeidsformer Forelesning 2 t/u og øving/lab 2 t/u gruppevis. Vilkår for å gå opp til eksamen Obligatoriske øvingsoppgaver må være godkjent for å kunne gå opp til eksamen. Oversikt over obligatoriske øvingsoppgaver gis ved semesterstart i Fronter. Eksamen Individuell skriftlig eksamen, 3 timer. Gradert karakter. 15
Tilbys som enkeltemne Nei Åpent for privatister Nei Fakultet Fakultet for teknologi og realfag Litteratur McCloy D., Martin H.R.: Control of fluid power, Ellis Horwood Ltd., 2.ed. 1980 Manring Noha: Hydraulic Control Systems, John Wiley & Sons Inc., 2005 Materiell fra ulike komponentleverandører 16
MA-417-G Matematikk for mekatronikk 10 sp - Starter høst - Varighet 2 semester - Grimstad Inngår i studieprogram Mekatronikk, masterprogram Læringsutbytte Studentene skal etter fullført emne kunne formulere, og i noen tilfeller utlede, matematiske modeller i mekatronikk, basert på de fysiske lovene i mekanikk, varmeog elektrisitetslære. Studentene skal videre kunne løse de matematiske modellene ved hjelp av analytiske og numeriske metoder. I tillegg skal studentene være i stand til å anvende teori og dataverktøy for å løse praktiske optimeringsproblemer. Innhold Innføring i bruk av Matlab/Simulink. Kort repetisjon av lineære differensiallikninger og Laplace-transformasjonen. De fysiske lovene. Utledning av noen enkle matematiske modeller og matematisk løsning av disse modellene for mekaniske svingninger, elektriske svingninger og distribusjon av varme fra en varmekilde. Løsning av optimeringsproblemer ved bruk av lineær, kvadratisk og mixed-integer programmering. Mekaniske systemer som modelleres ved systemer av lineære (og ikke-lineære) differensiallikninger. Stabilitetsanalyse av stasjonære og periodiske løsninger. Spesielle mekatronikkproblemer som modelleres av varmelikningen (1 og 2 dimensjoner, 1D og 2D), bølgelikningen (1D og 2D) og Laplace-likningen (2D). Noen enkle modeller som løses ved separasjon av de uavhengige variable. Løsninger ved hjelp av endelige differenser. Arbeidsformer Forelesninger, regneøvelser, prosjektoppgave i grupper på to studenter (optimeringsteori og praktisk problemløsning). Eksamen Individuell skriftlig eksamen, 4 timer (teller 70 %), prosjektoppgave (teller 30 %). Gradert karakter. Tilbys som enkeltemne Nei Åpent for privatister Nei Fakultet 17
Fakultet for teknologi og realfag Litteratur W. Kohler and L. Johnsen: Elementary differential equations with boundary value problems, 2nd ed., Pearson Addison-Wesley, 2006 A. Tveito and R. Winther: Introduction to partial differential equations: a computational approach, 2nd print, Springer, 2005 A. Schrijver: Theory of Linear and Integer Programming, John Wiley & sons, 1998. 18
MAS404-G Analog og digital elektroteknikk 10 sp - Starter høst - Varighet 1 semester - Grimstad Inngår i studieprogram Mekatronikk, masterprogram Læringsutbytte Etter gjennomført emne, skal studentene kunne analysere og beregne elektriske kretser og ha kjennskap til operasjonsforsterkere og bruken av dem. Videre skal studentene kunne bruke digitalteknikk til å analysere og utvikle systemer for automatisk styring av prosesser og produkter, der det teoretiske styringssystemet er tilpasset praktisk styringsteknologi og fysisk realisering. Studentene skal kunne modellere, analysere og regulere enkle 1. og 2. ordens systemer beskrevet av differensialligninger og ha kunnskap om servosystemer som DC/AC motorer, lastanalyse og dimensjonering. Innhold Dette emnet består av fire moduler: Elektriske kretser, Digitalteknikk, Servoteknikk og Reguleringsteknikk. Elektriske kretser: Elektriske størrelser og enheter. Kretselementer og strømspennings-karakteristikker. Kirchhoffs lover. Likestrøm og vekselstrøm. Transformerte (komplekse) størrelser. Viserdiagram. Impedans og admittans. Enkle nettverksteoremer. Transformatorer. Innføring i operasjonsforsterkere med anvendelser. Innføring i 3-fase system. Komponenter. Digitalteknikk: Kort om logiske elementer, tids- og sekvenselementer og klokkestyrte systemer. Systemsyntese ved sekvensdiagrammetoden: Struktur i sekvenssystemer. Syntese av system med hukommelser. Tilstandsbeskrivelse av sekvenssystemer: Tilstandstabell og tilstandsdiagram. Synkrone sekvenssystem. Asynkrone sekvenssystem. Funksjonsdiagram: Binærkodetellere og ringtellere. Funksjonsdiagrammets hovedelementer. Fysisk implementering. Programmerbare styresystem: Programmerbare logiske styringer (PLS). PLS etter IEC1131 standarden. Servoteknikk: DC/AC servomotorer og stepp-motorer med drivkretser, Lastanalyse: beregning av massetreghetsmoment, hastighetsprofil, kraft-/momentbehov, Virkemåte, egenskaper, dimensjonering og valg av transmisjonselementer: gir, skruer, aksler, kjeder, tangentielle driv. Reguleringsteknikk: Teoretisk kunnskap og metodelære for regulering av dynamiske systemer og praktiske anvendelser for reguleringsteknikken. Statisk og dynamisk modellering av termiske, mekaniske, hydrauliske og elektriske systemer. Negativ tilbakekobling, blokkdiagrammer og blokkdiagramanalyse. Introduksjon til Laplacetransformasjonen. Standard transferfunksjoner, dynamisk analyse, nullpunkt og poler. Frekvensresponsmetoder og standard former. Arbeidsformer 19
Forelesninger, regneøvinger og laboratoriearbeid. Vilkår for å gå opp til eksamen Fire obligatoriske øvingsoppgaver må være godkjent for å kunne gå opp til eksamen i emnet. Eksamen Vurderingen skjer på grunnlag av en deleksamen (3 timer) og en av sluttende eksamen (4 timer), som begge er individuelle og skriftlige. Elekriske kretser og Digitalteknikk (deleksamenen) teller 40 %, og Servoteknikk og Reguleringsteknikk (avsluttende eksamen) teller 60 %. Gradert karakter. Tilbys som enkeltemne Nei. Åpent for privatister Nei Fakultet Fakultet for teknologi og realfag Litteratur N.S. Nise: Control Systems Engineering, 4th Edition, John Wiley & Sons, 2004. Kerns, David V. Jr. and Irwin, J. David: Essentials of Electrical and Computer Engineering, Pearson Prentice Hall, 2004 Lien, Terje K.: Digital styring for mekatronikk, TAPIR Pensumlitteratur for øvrig opplyses ved semesterstart. 20
MAS405-G Maskinelementer og hydraulikk 10 sp - Starter høst - Varighet 1 semester - Grimstad Inngår i studieprogram Mekatronikk, masterprogram Læringsutbytte Etter fullført emne skal studentene ha grunnleggende kunnskaper om utforming og bruk av de viktigste maskinelementene. De skal ha dypere kunnskaper om dimensjonering og anvendelse av utvalgte maskindeler. Ved hjelp av elementmetodebasert verktøy skal de kunne modellere også mer komplekse maskinkonstruksjoner. Studentene skal kunne anvende 3D-DAK systemet Solid Works for modell- og tegningsgenerering. De skal kunne benytte elementmetode-basert verktøy for optimalisering/verifisering av maskinkonstruksjoner. For hydraulikkdelen skal studentene kunne definere matematiske modeller for strømning og tap i hydrauliske rørledninger, forstå grunnleggende funksjonalitet av hydrauliske komponenter og være i stand til å analysere og sette sammen enkle hydrauliske systemer. Innhold Dette emnet vil bestå av fem moduler: Statikk & Fasthetslære, Konstruksjonsteknikk, 3D Modellering, Finite Element modellering og Hydraulikk. Statikk & Fasthetslære: Beregningsteori for statisk bestemte bjelker, rammer, fagverk og sammensatte konstruksjoner. Moment-skjær-torsjon og aksialpåkjenning. Likevekt, grafisk og analytisk metode. Spenningsanalyse for lineært elastisk materiale. Kjennskap til statisk ubestemte konstruksjoner og nedbøyning. Knekking. Plastisk dimensjonering. Konstruksjonsteknikk: Formgiving. Materialer. Bruddhypoteser. Spenningsanalyse. Beregninger av sikkerhet. Forbindelser. Aksler. Kritisk turtall og utbalansering. Deformasjonsberegninger. Kraftoverføringer, lager og tannhjul. Dimensjonering og livstidsberegninger. Ventiler og tetninger. 3D Modellering: Innføring i bruk av moderne DAK-verktøy og fremstilling av tekniske tegninger. 3D-modellering ved anvendelse av DAK-programmet Solid Works med tilleggsverktøy. Det legges spesielt vekt på anvendelse av Solid Works som designverktøy herunder designendringer etc. Standarder for teknisk tegning. Innføring i mekanismesimulering. Finite-Element modellering: Introduksjon til elementmetoden, matrisestatikk, statisk lineære analyser med anvendelse av stavelement, bjelkeelement, plate/skallelement og volumelement. Anvendelse av programvare. Hydraulikk: Det gis en introduksjon til grunnleggende fluidmekanikk med hensyn til strømning og tap i hydrauliske rørledninger. Videre gis det en innføring i kraft og energi i hydraulikk-komponenter og systemer, samt hydrauliske servosystemer. 21