Insegnamenti

Seleziona l'Anno Accademico:     2016/2017 2017/2018 2018/2019 2019/2020 2020/2021 2021/2022
Docente
ALESSANDRO PISANO (Tit.)
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/84]  INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2018]  PERCORSO COMUNE 6 60
[70/85]  INGEGNERIA MECCANICA [85/00 - Ord. 2019]  PERCORSO COMUNE 6 60

Obiettivi

Conoscenza e capacità di comprensione:
sviluppare la conoscenza delle proprietà strutturali e delle metodologie di progetto dei sistemi dinamici lineari in retroazione, e la capacità di comprenderne le implicazioni energetiche e progettuali.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
capacità di individuare i fenomeni energetici in sistemi dinamici ai fini di una loro modellazione orientata al controllo.

Autonomia di giudizio:
sviluppare la capacità di utilizzare criticamente e sinergicamente vari strumenti di analisi e progetto di sistemi dinamici in retroazione

Abilità comunicative:
capacità di esprimere chiaramente concetti tecnici.

Capacità di apprendere:
saper integrare le conoscenze da varie fonti al fine di un approfondimento della conoscenza dei fenomeni presenti nei sistemi fisici controllati.

Prerequisiti

Per poter intraprendere proficuamente lo studio dell’insegnamento di Controlli Automatici, è indispensabile che lo studente possieda una adeguata conoscenza degli strumenti matematici fondamentali di calcolo algebrico, integrale e differenziale, ed in particolare delle equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti.
In accordo con il Regolamento Didattico, non sono previste propedeuticità con altri insegnamenti.

Contenuti

Il corso prevede complessivamente 60 ore di lezioni, esercitazioni ed attività di laboratorio, ed è articolato secondo le seguenti macro-voci. Al numero complessivo di ore per ciascuna macro-voce segue la ripartizione tra didattica frontale (DF) esercitazione al calcolatore (ES) ed attività di laboratorio (LAB)

Concetti introduttivi (12 h: 12DF)
Introduzione al corso. Sistemi dinamici lineari tempo invarianti (LTI). Modelli ingresso-uscita e modelli in variabili di stato. Significato e parametri di una funzione di trasferimento. Stabilità. Teoremi fondamentali della Trasformata di Laplace. Criterio di Routh-Hurwitz. Parametri e andamenti tipici della risposta al gradino per sistemi LTI di ordine 1 e 2. Linearizzazione di sistemi non lineari.

Luogo delle Radici (6 h: 4DF, 2ES)
Significato e regole di tracciamento. Taratura del luogo. Equazione dei punti doppi. Esempi ed esercizi.

Sospensioni attive e passive per autoveicoli (4 h: 4DF)
Generalità. Modelli quarter car, half car, e full car. Controllo di sospensioni attive. Miglioramento del confort e controllo dell’assetto. Sospensioni semi-attive.

Specifiche a regime e specifiche sul transitorio (8h: 6DF, 2ES)
Sistemi di controllo di tipo 0,1 e 2. Precisione a regime e reiezione dei disturbi. Principio del modello interno. Legame tra specifiche sul transitorio e posizione dei poli. Pulsazione di attraversamento e margine di fase.

Sistemi con ritardi finiti (4h: 3DF, 1ES)
Esempi. Stabilità a ciclo chiuso di sistemi con ritardo (criterio di Bode). Predittore di Smith.

Sintesi dei regolatori (19h: 14DF, 5 ES)
Sintesi mediante Luogo delle radici. Sintesi diretta. Sintesi mediante regolatori PID: regole di taratura, configurazioni PI-D ed I-PD. Strutture di controllo avanzate; Schemi anti wind-up; Controllo in cascata. Controllo feed-forward. Compensazione di disturbi misurabili. Model-following. Controllo con override. Controllo di rapporto. Sintesi in termini di variabili di stato. Rappresentazione di sistemi di controllo mediante diagrammi P&I (cenni).

Automazione mediante PLC (4 h: 2 DF, 2ES)
Generalità. Linguaggio a contatti e SFC

Attività di laboratorio (3h: 3LAB)
Controllo PC-based di un motore in corrente continua.

Contenuti

Il corso prevede complessivamente 60 ore di lezioni, esercitazioni ed attività di laboratorio, ed è articolato secondo le seguenti macro-voci. Al numero complessivo di ore per ciascuna macro-voce segue la ripartizione tra didattica frontale (DF) esercitazione al calcolatore (ES) ed attività di laboratorio (LAB)

Concetti introduttivi (12 h: 12DF)
Introduzione al corso. Sistemi dinamici lineari tempo invarianti (LTI). Modelli ingresso-uscita e modelli in variabili di stato. Significato e parametri di una funzione di trasferimento. Stabilità. Teoremi fondamentali della Trasformata di Laplace. Criterio di Routh-Hurwitz. Parametri e andamenti tipici della risposta al gradino per sistemi LTI di ordine 1 e 2. Linearizzazione di sistemi non lineari.

Luogo delle Radici (6 h: 4DF, 2ES)
Significato e regole di tracciamento. Taratura del luogo. Equazione dei punti doppi. Esempi ed esercizi.

Sospensioni attive e passive per autoveicoli (4 h: 4DF)
Generalità. Modelli quarter car, half car, e full car. Controllo di sospensioni attive. Miglioramento del confort e controllo dell’assetto. Sospensioni semi-attive.

Specifiche a regime e specifiche sul transitorio (8h: 6DF, 2ES)
Sistemi di controllo di tipo 0,1 e 2. Precisione a regime e reiezione dei disturbi. Principio del modello interno. Legame tra specifiche sul transitorio e posizione dei poli. Pulsazione di attraversamento e margine di fase.

Sistemi con ritardi finiti (4h: 3DF, 1ES)
Esempi. Stabilità a ciclo chiuso di sistemi con ritardo (criterio di Bode). Predittore di Smith.

Sintesi dei regolatori (19h: 14DF, 5 ES)
Sintesi mediante Luogo delle radici. Sintesi diretta. Sintesi mediante regolatori PID: regole di taratura, configurazioni PI-D ed I-PD. Strutture di controllo avanzate; Schemi anti wind-up; Controllo in cascata. Controllo feed-forward. Compensazione di disturbi misurabili. Model-following. Controllo con override. Controllo di rapporto. Sintesi in termini di variabili di stato. Rappresentazione di sistemi di controllo mediante diagrammi P&I (cenni).

Automazione mediante PLC (4 h: 2 DF, 2ES)
Generalità. Linguaggio a contatti e SFC

Attività di laboratorio (3h: 3LAB)
Controllo PC-based di un motore in corrente continua.

Metodi Didattici

Il corso prevede complessivamente 60 ore di lezioni ed esercitazioni, più precisamente 45 ore di didattica frontale e 15 ore di esercitazioni al pc e attività di laboratorio. Le ore di didattica frontale sono normalmente svolte proiettando e commentando delle slides, che sono messe a disposizione degli studenti prima delle lezioni. Le esercitazioni consistono nella risoluzione di esercizi di analisi e progetto, e vengono svolte facendo uso anche del calcolatore per mezzo del software di simulazione “Matlab-Simulink”. All’interno delle complessive 15 ore sono previste 3 ore di attività di laboratorio durante le quali si svolgono attività sperimentali impiegando apparati didattici da laboratorio.

Verifica dell'apprendimento

Il superamento dell’esame viene ottenuto secondo due diverse modalità:
1. colloquio orale;
2. preparazione di un elaborato (tesina).

Per quanto concerne il colloquio orale, il primo quesito verte sulla risoluzione di un esercizio di analisi o progetto, mentre i due quesiti successivi prevedono l’illustrazione discorsiva di determinati argomenti presenti nel programma. In funzione della bontà della risposta, ad ogni quesito si attribuisce un punteggio che va da 0 a 10, ed il voto finale è determinato mediante la somma dei voti conseguiti nelle singole domande. La tipologia di quesiti/esercizi è scelta in modo da testare l’effettiva acquisizione dei risultati di apprendimento in accordo con le linee guida precedentemente esposte.
Per quanto concerne la preparazione di un elaborato (tesina), il relativo svolgimento prevede che un problema di controllo concreto venga analizzato e risolto nella sua interezza (a partire dalla modellazione matematica, quindi la redazione delle specifiche, il progetto di controllori impiegando almeno due diverse metodologie viste nel corso, la simulazione con il software Matlab Simulink e l’esecuzione di un confronto prestazionale ragionato, comprendente anche l’inclusione di effetti di nonidealità (ad es. il rumore di misura, o la dinamica dei sensori e degli attuatori). La tesina viene esposta al docente durante un colloquio orale durante il quale lo studente ne riassume i contenuti ed i risultati ottenuti, e chiarisce dubbi emersi formulati dal docente. Appare chiaro come una simile struttura consenta la verifica pressoché completa della effettiva acquisizione dei risultati di apprendimento in accordo con le linee guida precedentemente esposte. Il voto viene attribuito all’elaborato sommando tra di loro i voti separatamente ottenuti per le parti di modellazione, progetto (con i vari approcci) del controllore, verifica simulativa, ed analisi critica dei risultati. Il voto finale è la somma dei punteggi ottenuti nelle varie parti.

Testi

P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, quarta edizione, McGraw Hill, 2015.

G. Magnani, G. Ferretti, P.Rocco, Tecnologie dei sistemi di controllo, seconda edizione, McGraw Hill,2007

Testi

Testi di riferimento

P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, quarta edizione, McGraw Hill, 2015.

G. Magnani, G. Ferretti, P.Rocco, Tecnologie dei sistemi di controllo, seconda edizione, McGraw Hill,2007

Altre Informazioni

All’interno della pagina web del docente vi è una sezione appositamente dedicata al corso, dalla quale è possibile scaricare il materiale didattico e nella quale vengono anche riportate informazioni organizzative.
Le lezioni frontali vengono eseguite proiettando delle slides, predisposte dal docente, scaricabili dal sito web del corso. Con riferimento a circa la meta del programma, sono state sviluppate dal docente, e messe a disposizione nella pagina web del corso, dispense didattiche idonee per lo studio a casa. Sono inoltre messe a disposizione sempre nel sito web del corso esercitazioni con traccia della soluzione.

Questionario e social

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