Inlämningsuppgift
Vid behov kan informationen på denna webbsida ändras under kursens gång. Du meddelas i så fall via kursens e-postlista att så skett.Inom många ämnesområden finns fysikaliska system som kan approximeras med (modelleras som) linjära system. I den här uppgiften skall ni undersöka egenskaperna hos något mekaniskt svängningssystem, som kan modelleras med ett andra ordningens LTI-system där förhållandet mellan systemets insignal och utsignal kan beskrivas med en andra ordningens linjär differentialekvation med konstanta koefficienter.
Ni jobbar i grupper om fyra studenter och skall göra enligt följande:
- Anmäl medlemmarna i er grupp.
Som du kan läsa i slutet av denna webbsida, så kommer en godkänd rapport att slutbedöms med G (godkänd) eller VG (väl godkänd), vilket kan påverka det slutbetyg du får på kursen (läs mer i den allmänna kursinformationen - under rubriken Examination).
Bilda därför gärna grupper där medlemmarna har samma ambition när det gäller arbetets och rapportens nivå. - Välj ett lämpligt fysikaliskt/mekaniskt svängningssystem som kan modelleras enligt den inledande texten ovan.
- Tag fram en förenklad fysikalisk och matematisk modell av det
praktiska fysikaliska systemet.
I princip handlar det om en lämplig modell som beskrivs av komponenter som massa, fjäder och dämpare. Ansätt relevanta fysikaliska och matematiska samband för det förenklade systemet och identifiera/definiera systemets insignal och utsignal. Utgående från era samband tar ni sedan fram en matematisk (linjäriserad) modell av systemet, i form av en andra ordningens linjär differentialekvation med konstanta koefficienter. - Gör en utförlig matematisk analys av systemets olika tids- och frekvensegenskaper samt presentera sambanden/resultaten grafiskt.
- Redovisa allt enligt ovan i en rapport, skriven med
ordbehandlare.
Sikta högt när det gäller kvalitén på rapportens innehåll och utformning! En välskriven rapport (se instruktioner nedan) ger större förtroende för rapportens innehåll än en slarvigt skriven rapport.
OBS: Vid all e-postkontakt från
gruppen till examinatorn eller lektionsassistenten skall den som
skickar e-brevet samtidigt låta en kopia gå till gruppens övriga medlemmar, så att
alla har samma information och så att svar når hela gruppen. Gruppnumret skall också alltid
ingå i e-brevens ämnesrad.
Inledningsfas – andra halvan av VT1
- Punkt 1
ovan – senast den 10
februari:
Anmäl de 4 medlemmarna i er projektgrupp!
Om antalet studenter inte är delbart med 4, så kan det bli en eller två grupper av annan storlek än 4. Detta beslutas av examinatorn.
- Punkt 2 ovan:
- Senast den 11 februari:
Meddela
examinatorn via e-post vilket
system er grupp önskar analysera, samt
vad som är systemets insignal och
utsignal. Ange då även det
gruppnummer som ni fick när ni anmälde
gruppen i föregående punkt samt personnummer
för gruppens alla medlemmar.
Välj t.ex. bland följande systemexempel:- Fjädrings-/dämpningssystemet på ett fordon (cykel, motorcykel, bil, lastbil, tåg, noshjulet på rymdfärjan Endeavour etc, etc.).
- En trampolin.
- En kabelbro.
- En studsmatta.
- En babygunga eller något annat som hänger i en dämpad fjädrande anordning.
- Den fjädrande brickhållaren i Zenit-restaurangen.
- ... Eller något annat mekaniskt svängningssystem
som ni själva gärna vill undersöka –
det finns många sådana i vår omgivning!
Två grupper får inte analysera samma fysikaliska system, t.ex. samma typ av fordon.
Här finns en lista på årets valda & godkända system! (Webbsidan uppdateras löpande, för varje nytt system som examinatorn godkänner)
- 11–15 februari:
Diskutera olika systemförslag (se exempel nedan) inom gruppen och bolla era funderingar med examinatorn (via e-post eller besök på tjänsterummet) när ni funderar på vilket svängningssystem ni vill undersöka och hur det kan/bör modelleras!
OBS: Inled era interna diskussioner i god tid innan det slutliga systemförslaget skickas till examinatorn, så att ni har så bra förståelse för det system som ni nästa vecka kommer att diskutera med examinatorn (se nästa punkt)! Ju tidigare ni bestämmer system, desto mer tid har ni på er att arbeta fram till nästa deadline (se nästa punkt)!
- Hjälp vid val av fysikaliskt system och definition av
insignal x(t) & utsignal y(t):
- Om man har en sinusformad insignal x(t)
till ett linjärt system, så kommer utsignalen y(t)
också att vara sinusformad.
Det har ni redan jobbat med i jw-metoden i elektriska kretsar och det gäller allmänt för alla (stabila) linjära system. Jag pratade på seminariet och på den första föreläsningen om att detta gäller för mitt exempelsystem med en häftapparat som hänger i en gummisnodd - Stabila linjära system uppför sig också så att om
man har en snabb ändring av insignalen x(t)
från en konstant nivå till en annan konstant nivå
(en stegformad ändring), så kommer utsignalen
y(t) också
att svänga in sig mot en konstant nivå.
Reflektera t.ex. på hur mitt fysikaliska system med häftapparaten & gummisnodden rör sig, om jag från ett viloläge snabbt höjer infästningspunkten en decimeter.
Om ni inte kan uppfylla båda egenskaperna (för sinusformad respektive stegformad insignal), så är det antingen så att ert system inte kan modelleras som ett linjärt system eller så behöver ni justera er definition på insignalen och/eller utsignalen.
- Om man har en sinusformad insignal x(t)
till ett linjärt system, så kommer utsignalen y(t)
också att vara sinusformad.
- OBS: Studera examinatorns exempel med den pendlande
linjalen i systemförslagsmallen
som hjälp vid och definition av insignal och utsignal,
referensnivåer m.m!
- Senast den 15 februari kl. 13:
Skicka, via e-post, ert systemförslag att analysera till examinatorn i enlighet med systemförslagsmallen.
Skriv i valfri ordbehandlare (men jag rekommenderar starkt LaTex – även för rapporten), men systemförslaget som skickas in ska vara i form av ett pdf-dokument.
- Den 18
februari kl. 10–12 & den 19 februari kl. 13–15:
Diskussion med examinatorn i ca 20 minuter per grupp, om valt system. Alla gruppmedlemmar måste närvara! Kontakta examinatorn om synnerliga skäl föreligger att inte närvara.
Examinatorn meddelar, efter att alla anmält sina respektive grupper, vilken tid din grupp kommer för samtal om gruppens system.
Lokal: Konferensrummet Filtret på ISY, där korridor B29 och korridor D möts.
OBS: När din grupp kommer till diskussionstillfället, så ska ni ha med en utskriven version av ert systemförslag i enlighet med systemförslagsmallen, dvs. den ni skickade in i den föregående punkten.
Efter gruppdiskussionen får gruppen antingen ett ok för sitt
val av system/insignal/utsignal, eller så behöver gruppen
jobba vidare på sina definitioner m.m. för att få dessa
godkända senast
den 21 februari. Då ska ett nytt uppdaterad
systemförslag (enligt systemförslagsmallen) skickas in.
Den systembeskrivning som ni får godkänd kommer att utgöra en inledning till er rapport – även om ni är fria att utveckla den ytterligare i rapporten, för att eventuellt förtydliga vissa delar.
- Punkt 3
ovan – senast den 11 mars:
En tydlig beskrivning av det fysikaliska systemet och er linjära modell av systemet, med insignal och utsignal samt med olika fysikaliska och matematiska samband som leder fram till den efterfrågade differentialekvationen, skall författas och lämnas in för bedömning och återkoppling från examinatorn. Eftersom ni tar fram en linjär modell, så skriver ni naturligtvis också något om vad som menas med linjäritet, samt visar att er matematiska systemmodell verkligen utgör ett linjärt system. (Läs även ytterligare instruktioner i avsnittet "Rapporten och eventuell komplettering" nedan, under "Målgrupp:", "Teoridel:" och "Röd tråd:".)
OBS: Ni ska inte bestämma/ansätta numeriska värden på de ingående systemparametrarna (massa, fjäderkonstant och dämpningskonstant) i denna första rapportdel - det gör ni vid lämpligt tillfälle senare i rapporten.
Dokumentet, som skall omfatta ca 4–5 A4-sidor (utöver en framsida med rapporttitel, era namn m.m.), lämnas i skriftlig form: - Använd ordbehandlare - det ni skriver skall ingå i den slutliga rapporten.
- Fyll i och underteckna det obligatoriska försättsbladsbladet. (Försättsbladet ingår ej i de ca 4–5 rapportsidorna.)
- Sätt, med ett gem, ihop försättsbladet med
de övriga sidorna som lämnas in. Alternativt lämnas
lösblad i en plastmapp.
Försättsbladet skall senare häftas ihop med den slutliga rapporten, så häfta inte samman era papper nu! - Lämna pappren i hyllskåpet som står i B-husets korridor
D, mellan ingång 25 & 27, alternativt personligen på
en lektion eller föreläsning. (OBS: korridoren låses
ca. kl. 17.)
Lämna i det glasade fack som är märkt "TSKS06" (där ni lämnade lösningar till inlämningsuppgifterna i elektriska kretsar).
- Ert inlämnade material returneras i återlämningsfacket för TSKS06, bakom inlämningsfacket, efter att examinatorn har läst igenom och lämnat återkoppling på allas rapportdelar. Ni underrättas via e-post när dokumenten är återlämnade i facket.
- Läs återkopplingskommentarerna i det returnerade materialet (se även försättsbladets baksida) och justera den inledande rapportdelen i enlighet med kommentarerna. Nivån på och bedömningen av er slutliga rapport kommer att bero mycket på i vilken omfattning ni tar till er av kommentarerna och åtgärdar eventuella brister. Notera att den angivna bedömningsnivån (U/G/VG) anger vilken betygsnivå en inlämnad motsvarande slutlig rapport ligger på, inte nivån på den inledande rapportdelen.
- När gruppen har läst och börjat åtgärda de lämnade
kommentarerna så kontaktar ni examinatorn och bestämmer
tid för ett möte, där ni kan få ytterligare muntlig
återkoppling på ert uppdaterade dokument.
Projektuppgiftens huvudsakliga
genomförande – VT2
Analys av det fysikaliska systemet
Systemets olika egenskaper beror på era tre systemparametrar m, k och c (massa, fjäderkonstant respektive dämpningskonstant). Eftersom ert system är av ordning 2, så kommer systemfunktionens två poler att vara 1) komplexvärda, 2) reellvärda och lika eller 3) reellvärda och olika. Detta motsvarar tre fundamentalt olika systemtyper och ni ska i rapporten undersöka tre sådana varianter av ert fysikaliska system, vilka erhålls genom olika val av m, k och c.
- Bestäm först lämpligt värde på m, k respektive c som resulterar i ett referenssystem/huvudsystem med önskvärda svängnings- och dämpningsegenskaper (fall 1, 2 eller 3 i föregående stycke). Här nedan kallas detta system för HA. Genom att ändra på systemparametrarna (en i taget) ska ni sedan ta fram två alternativa system HB respektive HC, som är ekvivalenta med de två andra systemtyperna.
- Instruktion för val av systemparametrarna m, k och c:
- För ert system väljer ni först en, för ert
system, lämplig massa m.
- Utgående från något lämpligt statiskt läge för ert
system (ofta viloläget) kan ni sedan enkelt erhålla
fjäderkonstanten k.
- För att bestämma ett lämpligt värde på
dämpningskonstanten c, så behöver ni testa
er fram till önskat systemuppförande (t.ex. hos
stegsvaret eller amplitudkaraktäristiken) för ert
önskade huvudsystem HA.
Studera gärna (om möjligt) ert verkliga fysikaliska
system för att se vilken dämpningsegenskap det har,
eller bestäm själv hur svag eller stark dämpning ni
önskar ha för ert huvudsystem. Testa olika värden på c
i era beräkningar och skisserande av t.ex stegsvaret
och/eller amplitudkaraktäristiken tills ni erhåller
ett önskat uppförande för huvudsystemet.
- Utgående från er systembeskrivande differentialekvation skall ni analytiskt ta fram och grafiskt rita systemets
- Systemfunktion H(s)
för HA, HB och HC (pol-nollställediagrammen
ritas).
- Impulssvar h(t)
för HA, HB och HC.
- Stegsvar g(t)
för HA, HB och HC –
ska beräknas/redovisas m.h.a. faltning.
Rita A⋅g(t) där skalningsfaktorn A relateras till lämplig stegformad ändring hos ert fysikaliska system.
- Utsignal y(t)
från HA för en relevant insignal,
som t.ex. en ramp eller exponentiellt
avtagande/växande signal (beräknas m.h.a.
laplacetransformen).
- Frekvensfunktion H(w)
för HA, HB och HC
(bara |H(w)|
och arg H(w)
nedan ritas).
- Amplitudkaraktäristik |H(w)|
och faskaraktäristik arg H(w)
för HA, HB och HC.
- Utsignal y(t)
från HA då det matas med minst två
olika stationära sinusformade insignaler
med, för just ert system, väl valda/motiverade och
intressanta frekvenser och amplitud(er). Tips: Har ert
system någon resonansfrekvens?
- När ni rapporten redovisar beräkningarna av de tre
systemens respektive systemfunktion, impulssvar, stegsvar,
frekvensfunktion osv, så utgå från systemfunktionerna med
siffervärden för m, k och c.
Det medför mycket enklare beräkningar än om ni
beräknar dessa funktioner utgående från allmänna
parametrar m, k och c.
- Rapportens grafer och figurer infogas på lämpligt och
snyggt sätt i den löpande texten (bifoga inte
i slutet av rapporten). I texten skall det finnas
referenser till alla grafer/figurer och varje
figur skall vara numrerad och ha en kort förklarande
figurtext.
- Viktigt: Vid beräkning och ritande av de olika
funktionerna ovan så ska resultaten relateras till hur
det motsvarande fysikaliska systemet uppför sig. Är
resultaten rimliga?
- Vad innebär t.ex. stegsvarets eller
amplitudkaraktäristikens utseende för det fysikaliska
systemets uppförande? Jämför
resultaten för era tre systemtyper – kommentera
och dra slutsatser, så att läsaren får en
tydlig förståelse av egenskaperna hos
de olika systemmodellerna.
- I de fall där man kan dra tydliga slutsatser om t.ex.
systemegenskaper och visa olika relationer mellan de
redovisade graferna för ett visst system, så
skall detta naturligtvis finnas med i rapporttexten. Det
handlar t.ex. om hur utseendet hos |H(w)|
för ett system kan relateras till
pol-nollställediagrammet för motsvarande H(s),
hur relationen mellan sinusformad insignal/utsignal, |H(w)|
och arg H(w) ser ut m.m.
- De efterfrågade graferna skall presenteras med
axelgradering och texter i tydlig läsbar fontstorlek, med
tydlighet mellan kurvor i samma graf etc.
- Varje graf skall relateras till (vara en grafisk
beskrivning av) något motsvarande analytiskt uttryck i den
löpande texten.
- Rita graferna i lämpligt valda amplitud-, tids- och
frekvensskalor, så att det intressanta i varje graf
framgår tydligt! Text och axelgraderingar skall också vara
tydligt läsbara.
- Vid kopiering av ett figurfönster i t.ex. Matlab, så
beror textstorlek, linjebredd m.m. på hur stort fönstret
är. Ju större figurfönstret är på
datorskärmen, desto mindre blir text och
grafik vid kopieringen. Välj därför en mindre fönster
storlek innan du kopierar! Lämpligt är att ha ungefär
samma figurfönsterstorlek vid all kopiering, så att
figurerna i rapporten har ungefär samma fontstorlek,
linjebredd m.m.
- Rita inte flera pol-nollställediagram i samma graf.
- Exempel på hur man kan använda Matlab för att generera grafer visas HÄR!
Rapportens målgrupp, utformning och omfattning
Målgrupp:
Vänd er i rapporten till en normalstudent som nyss börjat läsa den här kursen. Ni skall vara så tydliga och pedagogiska att studenten lär sig och förstår rapportens bakgrund, genomförande och resultat. Hur vill ni själva att teori, förklaringar, grafer m.m. skall formuleras och presenteras i de kompendier och läroböcker ni läser? Sträva efter att själva utforma er rapport så!
Teoridel:
Ni måste kunna beskriva/förklara de
olika systemegenskaper, teoretiska samband och grafer som ingår
i rapporten. Skriv dock ingen separat inledande
teoridel om linjäritet, tidsinvarians, stabilitet,
impulssvar, frekvensfunktion osv, utan låt det i stället finnas
med löpande i rapporten, inför och i samband med att de
beräknas, undersöks och tolkas.
När ni i den inledande delen visar att er system-modell är
linjär, så behöver ni naturligtvis samtidigt förklara vad som
menas med linjäritet. Övriga systemegenskaper tas upp senare i
rapporten, där det är lämpligt.
"Gödsla" inte med referenser i
samband med definitioner, förklaringar m.m., där ni citerar från
andra källor. Låt hellre bli att citera definitioner på
systemegenskaper, frekvensfunktion m.m. utan förklara i stället
med egna ord. Det är mer tänkt att ni skall visa att ni
förstår vad ni skriver om än att kopiera definitioner
från annan litteratur.
OBS: Speciellt gäller detta om ni tar med begrepp som
inte ingår i kursen - som t.ex. dämpningskvoten, i samband med
underdämpat, kritiskt dämpat och överdämpat system.
Röd tråd:
Det är av stor vikt att rapporten blir en sammanhållen enhet, med en klar röd tråd, så se till att alla inblandade förstår helheten och att ni fördelar arbetet i gruppen klokt. Ni har alla ett gemensamt ansvar för hela rapportens innehåll och kvalitet, även om ni på något sätt fördelar det praktiska ansvaret för rapportens olika delar. En ordentlig korrekturläsning av texten och god typsättning av matematiska formler, härledningar och grafer är ett måste för att få till en godkänd rapport! Enkla grammatiska fel skall inte finnas - använd gärna ordbehandlingsprogrammets språkgranskningsfunktion för hjälp med att upptäcka uppenbara felskrivningar!
Omfattning:
Den slutliga rapporten bör omfatta
ca. 25–35 sidor, beroende på textmängd,
antal figurer, figurstorlek, fontstorlek osv. Tänk på att
kvalitet är viktigare än kvantitet!
Rapportens sidor är naturligtvis numrerade...
Inlämning av rapport & Information om komplettering
- Lämna en utskriven version av
rapporten i hyllskåpet där ni tidigare lämnade rapportens
inledande del. Se till att det tidigare använda
försättbladet är först i rapporten och glöm inte att fylla
i inlämningsdatumet. Lämna rapporten i plastmappen
som er första rapportdel returnerades i.
- Skicka även en elektronisk version av er rapport till Urkund. Rapporten
lämnas som en bifogad pdf-fil, wordfil eller liknande i
ett e-brev till
laral31.liu@analys.urkund.se. Det skall
av dokumentets namn tydligt framgå kurskod och efternamn
på de fyra gruppmedlemmarna, som t.ex. "TSKS06_Andersson_Pettersson_Lundstrom_Bernadotte.pdf".
Läs gärna mer här om hur Urkund fungerar. - Du får besked via kursens e-postlista när rapporterna är
färdigrättade – det bör bli senast någon gång i vecka 24. De rättade
rapporterna kan därefter hämtas hos Lasse (rum 2D:549,
mellan ing. B25 & B27, D-korridoren). Rapporterna
läggs inte i återlämningsfacket över sommaren,
p.g.a. risken att de kan komma bort.
En inskannad version av den bedömda rapporten kommer även att skickas via e-post till varje gruppmedlem.
- En godkänd rapport slutbedöms med G
(godkänd) eller VG (väl godkänd),
vilket kan påverka det slutbetyg du får på kursen (läs mer
i den allmänna kursinformationen - under rubriken Examination).
Om er rapport inte godkänns måste den kompletteras senast den 9 september.
- Läs och komplettera enligt
rättningskommentarerna i den returnerade rapporten samt
översiktliga kommentarer på baksidan av försättsbladet.
Skriv ett separat kompletteringsdokument där ni behandlar alla signifikanta brister i rapport, enligt följande:
- Kompletteringsdokumentet ska kunna läsas separat, utan att behöva läsa er rapport parallellt.
- Beskriv, för varje signifikant brist (t.ex.
felaktighet, otydlighet eller saknad del), vilken
rapportsida det gäller, vad ni fått
anmärkning/kommentar på samt en text som
korrigerar/förtydligar hur det "borde stå".
(Att bestämma/förstå vilka brister som är signifikanta är en del av kompletteringsuppgiften! )
Ange då inte en ny mening som ersätter en (grammatiskt eller matematiskt) felaktig mening i rapporten, utan beskriv vad som är fel och skriv en separat kompletteringstext som förklarar sambandet. Tänk på att kompletteringsdokumentet ska förmedla förståelse för det ni fått kommentarer på! - OBS: Ert kompletteringsdokument ska ta upp
bristerna i den ordning de står i rapporten.
- Det är viktigt att tänka på att det ofta inte bara är de rödmarkerade delarna som ni behöver se över – om en felaktighet leder till följdfel, så är det inte säkert att alla sådana följdfel har markerats. Läs därför tillsammans noga igenom hela rapporten och var självkritiska, så ni hittar alla brister som rimligen behöver kompletteras.
- En rapport med få brister kan kompletteras på ett par
A4-sidor medan en rapport med större brister behöver
kompletteras på flera A4-sidor.
- Den första versionen av rapporten (med rättningskommentarer) skall medfölja som separat häftad bilaga. Glöm inte att fylla i kompletteringens inlämningsdatum på försättsbladet.
- Det är inte säkert att varken den först inlämnade rapporten eller kompletteringsdokumentet returneras, så kopiera det ni önskar spara innan ni lämnar in!
- Lämna den skriftliga kompletteringen i samma inlämningsfack som tidigare samt meddela Lasse via e-post när detta är gjort (så inte kompletteringen ligger i facket onödigt länge). Ni skall inte skicka in någon komplettering till Urkund.
- Om en komplettering underkänns, så måste gruppen göra om uppgiften under vårterminen nästa år.
Senast uppdaterad: 2019-06-14