Τα θέματα που καλύπτονται περιλαμβάνουν αναπαράσταση χώρου κατάστασης ενός δυναμικού συστήματος, παρατηρησιμότητα και ελεγξιμότητα, ευστάθεια και ασυμπτωτική ευστάθεια, συνάρτηση μεταφοράς ενός δυναμικού συστήματος, ανάδραση κατάστασης που χρησιμοποιείται για την τοποθέτηση πόλων της συνάρτησης μεταφοράς στο μιγαδικό επίπεδο. Τα κλασικά θέματα ελέγχου περιλαμβάνουν ηλεκτρικά και μηχανικά δυναμικά συστήματα, συναρτήσεις μεταφοράς συστημάτων ανάδρασης, χαρακτηριστικά μεταβατικής και μόνιμης κατάστασης συστημάτων ανάδρασης, εισόδους βηματικής συνάρτησης και ράμπας, ευαισθησία συστημάτων σε εξωτερικές διαταραχές και εσωτερικές παραμέτρους συστήματος, ευστάθεια συστημάτων ανάδρασης, κριτήριο Ruth-Hurwitz, μέθοδος root-locus, κριτήριο Nyquist, διαγράμματα Bode, προδιαγραφές συστήματος και μεθοδολογίες σχεδιασμού, ελεγκτής αναλογικού-ολοκληρωτικού παραγώγου (PID). Όλα τα θέματα καλύπτονται στην τάξη με παρουσίαση αντίστοιχης θεωρίας και παραδειγμάτων. Οι εργαστηριακές ασκήσεις που χρησιμοποιούν το εργαλείο Simulink επιτρέπουν στους μαθητές να προσομοιώσουν διάφορες μεθόδους και να πειραματιστούν με παραμέτρους για τις αντίστοιχες μεθόδους. Μια τελική ολοκληρωμένη εξέταση εκθέτει τους φοιτητές τόσο σε αναλυτικά προβλήματα στον κλασικό και σύγχρονο έλεγχο, όσο και στο σχεδιασμό ενός συστήματος ελέγχου σύμφωνα με ένα σύνολο προδιαγραφών.

Αναλυτικά, τα θέματα που καλύπτονται στο μάθημα περιλαμβάνουν:

• Εισαγωγικές έννοιες: Σύντομη εισαγωγή, ιστορικά στοιχεία, παραδείγματα. Ταξινόμηση συστημάτων. Συστήματα ελέγχου ανοιχτού και κλειστού βρόχου.
• Παράσταση συστημάτων: Μετασχηματισμός Laplace, Συνάρτηση μεταφοράς, Πίνακας μεταφοράς, Διαγράμματα βαθμίδων, Συστήματα ανάδρασης, Κανόνες απλοποίησης διαγραμμάτων βαθμίδων. Ασκήσεις-Παραδείγματα.
• Περιγραφή και ανάλυση συστημάτων ελέγχου στο χώρο κατάστασης: Εξισώσεις κατάστασης, Συναρτήσεις μεταφοράς από εξισώσεις κατάστασης, διαγράμματα κατάστασης, Επιλογή μεταβλητών κατάστασης, Επίλυση εξισώσεων κατάστασης, Χώρος κατάστασης, Χώρος κατάστασης από διαγράμματα βαθμίδων και από συνάρτηση μεταφοράς. Ασκήσεις-Παραδείγματα.
• Χαρακτηριστικά μεγέθη συστημάτων ανάδρασης: Ευαισθησία συστημάτων σε εξωτερικές διαταραχές. Ευαισθησία σε μεταβολές των εσωτερικών παραμέτρων. Συνάρτηση ευαισθησίας. Σήματα διαταραχής σε συστήματα ελέγχου με ανάδραση. Ασκήσεις-Παραδείγματα.
• Ανάλυση στο πεδίο του χρόνου: Χρονική απόκριση συστημάτων. Χαρακτηριστικά χρονικής απόκρισης προτύπου συστήματος δεύτερης τάξης (Λόγος απόσβεσης, φυσική συχνότητα, μέγιστη υπερύψωση, χρόνος υστέρησης, χρόνος ανύψωσης, χρόνος αποκατάστασης). Σήματα δοκιμής, Ανάλυση σημάτων σφάλματος. Σφάλματα σταθερής κατάστασης. Ασκήσεις-Παραδείγματα.
• Ελεγξιμότητα: Διερεύνηση της ελεγξιμότητας με βάση τον ορισμό, Ελεγξιμότητα εξόδου. Παρατηρησιμότητα: Αρχή της δυικότητας, Διαχωρισμός σε παρατηρήσιμο και μη παρατηρήσιμο υποσύστημα, εναλλακτικές δοκιμές παρατηρησιμότητας. Ασκήσεις – Παραδείγματα.
• Ευστάθεια Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου: Κριτήριο ευστάθειας Routh-Hurwitz, Πίνακας Routh, Ειδικές περιπτώσεις πίνακα Routh. Κριτήριο ευστάθειας Nyquist (Απεικόνιση καμπυλών στο μιγαδικό επίπεδο, Διαδρομή Nyquist, Κριτήριο Nyquist, Σχετική ευστάθεια και κριτήριο Nyquist). Ασκήσεις-Παραδείγματα.
• Γεωμετρικός τόπος των ριζών (ΓΤΡ): Βασικές ιδιότητες ΓΤΡ, Ιδιότητες ΓΤΡ και χάραξή του. Ασκήσεις – Παραδείγματα.
• Ανάλυση συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας: Λογαριθμικά διαγράμματα μέτρου και φάσης (Διαγράμματα Bode), Ευστάθεια και διαγράμματα Bode. Ασκήσεις – Παραδείγματα.

Το μάθημα αυτό εισάγει τους φοιτητές στα συστήματα ελέγχου, την ανάλυση, το σχεδιασμό και τις εφαρμογές τους. Το μάθημα, με θεωρία και εφαρμογές, παρέχει στους φοιτητές τις θεμελιώδεις δεξιότητες ανάλυσης συστημάτων, με ιδιαίτερη έμφαση στη βασική έννοια της ευστάθειας, της μόνιμης κατάστασης έναντι μεταβατικής συμπεριφοράς, χώρο κατάστασης, σχέσεις εισόδου-εξόδου, πόλοι και μηδενικά ρητών μιγαδικών συναρτήσεων, πολύπλοκες λειτουργίες και τεχνικές σύνθεσης μέσω ανάλυσης. Επιτρέπει στους ενδιαφερόμενους σπουδαστές να προχωρήσουν περισσότερο στο σχεδιασμό και την υλοποίηση/εφαρμογή συστημάτων ελέγχου σε ηλεκτρικά και μηχανικά δυναμικά συστήματα σε μεταγενέστερα εξάμηνα και να ακολουθήσουν συναφή σταδιοδρομία

Με την επιτυχή του μαθήματος οι φοιτητές θα είναι σε θέση:

• Να αναγνωρίζουν τα στοιχεία με βάση τα οποία σχεδιάζεται ένα σύστημα ελέγχου
• Να περιγράφουν και αναλύουν συστήματα με κλασικές και σύγχρονες μεθόδους (Συνάρτηση Μεταφοράς, Εξισώσεις Κατάστασης), και να επιλύουν ηλεκτρικά κυκλώματα σε δυναμικές καταστάσεις
• Να κατανοούν τη χρήση των μετασχηματισμών Laplace, την έννοια της συνάρτησης μεταφοράς, και το ρόλο της μοντελοποίησης στη σχεδιαστική διαδικασίας στα συστήματα ελέγχου
• Να απλοποιούν πολύπλοκα συστήματα κλειστού βρόχου με ισοδύναμα συστήματα ανοικτού βρόχου
• Να προσδιορίζουν τη χρονική απόκριση (μόνιμη και μεταβατική) συστημάτων πρώτης και δεύτερης τάξης.
• Να κατανοούν τις έννοιες των μεταβλητών κατάστασης και των εξισώσεων κατάστασης και εξόδου σε ένα σύστημα ελέγχου και να έχουν επίγνωση των μεθόδων επίλυσης
• Να εκφράζουν ένα σύστημα ανάδρασης από τη συνάρτηση μεταφοράς στην ισοδύναμη μορφή χώρου κατάστασης και αντιστρόφως
• Να αποφαίνονται για την ελεγξιμότητα και παρατηρησιμότητα ενός συστήματος
• Να κατανοούν τις θεμελιώδεις έννοιες της απόλυτης και σχετικής ευστάθειας των δυναμικών συστημάτων
• Να ελέγχουν την ευστάθεια των συστημάτων χρησιμοποιώντας το κριτήριο ευστάθειας Routh-Hurwitz
• Να αναλύουν και να διερευνούν την ευστάθεια και τη συμπεριφορά των συστημάτων ανάδρασης χρησιμοποιώντας γραφικές μεθόδους (γεωμετρικός τόπος των ριζών, διαγράμματα Bode, Nyquist) με χρήση Η/Υ και προσεγγιστικά χρησιμοποιώντας θεωρητικούς κανόνες.
• Να σχεδιάζουν απλά συστήματα αυτομάτου ελέγχου

1. Ατομικές/Ομαδικές Εργασίες (20%) που περιλαμβάνουν:
   • Επίλυση προβλημάτων
   • Μελέτες
   • Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας
2. Γραπτή εξέταση προόδου (20%) που περιλαμβάνει:
   • Επίλυση προβλημάτων
   • Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας
3. Γραπτή τελική εξέταση (60%) που περιλαμβάνει:
   • Επίλυση προβλημάτων
   • Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας

Εβδομάδα 1:

• Εισαγωγικές έννοιες: Σύντομη εισαγωγή, ιστορικά στοιχεία, παραδείγματα. Ταξινόμηση συστημάτων. Συστήματα ελέγχου ανοιχτού και κλειστού βρόχου.

Εβδομάδα 2-3:

• Παράσταση συστημάτων: Μετασχηματισμός Laplace, Συνάρτηση μεταφοράς, Πίνακας μεταφοράς, Διαγράμματα βαθμίδων, Συστήματα ανάδρασης, Κανόνες απλοποίησης διαγραμμάτων βαθμίδων. Ασκήσεις-Παραδείγματα.

Εβδομάδα 4

• Περιγραφή και ανάλυση συστημάτων ελέγχου στο χώρο κατάστασης: Εξισώσεις κατάστασης, Συναρτήσεις μεταφοράς από εξισώσεις κατάστασης, διαγράμματα κατάστασης, Επιλογή μεταβλητών κατάστασης, Επίλυση εξισώσεων κατάστασης, Χώρος κατάστασης, Χώρος κατάστασης από διαγράμματα βαθμίδων και από συνάρτηση μεταφοράς. Ασκήσεις-Παραδείγματα.

Εβδομάδα 5

• Χαρακτηριστικά μεγέθη συστημάτων ανάδρασης: Ευαισθησία συστημάτων σε εξωτερικές διαταραχές. Ευαισθησία σε μεταβολές των εσωτερικών παραμέτρων. Συνάρτηση ευαισθησίας. Σήματα διαταραχής σε συστήματα ελέγχου με ανάδραση. Ασκήσεις-Παραδείγματα.

Εβδομάδα 6-7

• Ανάλυση στο πεδίο του χρόνου: Χρονική απόκριση συστημάτων. Χαρακτηριστικά χρονικής απόκρισης προτύπου συστήματος δεύτερης τάξης (Λόγος απόσβεσης, φυσική συχνότητα, μέγιστη υπερύψωση, χρόνος υστέρησης, χρόνος ανύψωσης, χρόνος αποκατάστασης). Σήματα δοκιμής, Ανάλυση σημάτων σφάλματος. Σφάλματα σταθερής κατάστασης. Ασκήσεις-Παραδείγματα.

Εβδομάδα 8

• Ελεγξιμότητα: Διερεύνηση της ελεγξιμότητας με βάση τον ορισμό, Ελεγξιμότητα εξόδου. Παρατηρησιμότητα: Αρχή της δυικότητας, Διαχωρισμός σε παρατηρήσιμο και μη παρατηρήσιμο υποσύστημα, εναλλακτικές δοκιμές παρατηρησιμότητας. Ασκήσεις – Παραδείγματα.

Εβδομάδα 9—11

• Ευστάθεια Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου: Κριτήριο ευστάθειας Routh-Hurwitz, Πίνακας Routh, Ειδικές περιπτώσεις πίνακα Routh. Κριτήριο ευστάθειας Nyquist (Απεικόνιση καμπυλών στο μιγαδικό επίπεδο, Διαδρομή Nyquist, Κριτήριο Nyquist, Σχετική ευστάθεια και κριτήριο Nyquist). Ασκήσεις-Παραδείγματα.

Εβδομάδα 12

• Γεωμετρικός τόπος των ριζών (ΓΤΡ): Βασικές ιδιότητες ΓΤΡ, Ιδιότητες ΓΤΡ και χάραξή του. Ασκήσεις – Παραδείγματα.

Εβδομάδα 13

• Ανάλυση συστημάτων στο πεδίο της συχνότητας: Λογαριθμικά διαγράμματα μέτρου και φάσης (Διαγράμματα Bode), Ευστάθεια και διαγράμματα Bode. Ασκήσεις – Παραδείγματα.