CONTROLLI AUTOMATICI

Ingegneria Informatica CONTROLLI AUTOMATICI

0612700118
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE ED ELETTRICA E MATEMATICA APPLICATA
CORSO DI LAUREA
INGEGNERIA INFORMATICA
2022/2023



OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2017
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
432LEZIONE
540ESERCITAZIONE


Obiettivi
L’INSEGNAMENTO FORNISCE ALLO STUDENTE I METODI DI BASE PER L’ANALISI E IL CONTROLLO DEI SISTEMI DINAMICI.

CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
ANALISI DI SISTEMI DINAMICI A TEMPO CONTINUO E A TEMPO DISCRETO. COMPRENSIONE DELLE CARATTERISTICHE PRINCIPALI DEI SISTEMI DI CONTROLLO IN RETROAZIONE. PROGETTO DI CONTROLLORI IN RETROAZIONE CAPACI DI GARANTIRE LA STABILITÀ E MINIMIZZARE GLI ERRORI A REGIME. SINTESI DI ALGORITMI DI CONTROLLO DIGITALI EQUIVALENTI AD UN CONTROLLORE ASSEGNATO. REGOLATORI STANDARD.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE:
ANALIZZARE SISTEMI DINAMICI ATTRAVERSO AMBIENTI DI SIMULAZIONE. PROGETTARE E REALIZZARE CONTROLLORI IN RETROAZIONE PER GARANTIRE LA STABILITÀ A CICLO CHIUSO E MINIMIZZARE GLI ERRORI A REGIME. VALIDARE IL PROGETTO UTILIZZANDO AMBIENTI DI SIMULAZIONE.
Prerequisiti
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI FORMATIVI SONO RICHIESTE CONOSCENZE MATEMATICHE DI BASE, CON PARTICOLARE RIFERIMENTO AL CALCOLO MATRICIALE E ALLE EQUAZIONI DIFFERENZIALI.

SONO PROPEDEUTICI GLI INSEGNAMENTI DI ANALISI MATEMATICA 1, FISICA 1, FONDAMENTI DI PROGRAMMAZIONE, GEOMETRIA ALGEBRA E LOGICA.
Contenuti
UNITÀ DIDATTICA 1 - SISTEMI DINAMICI TEMPO CONTINUO
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/4/0)
- 1 (2 ore lezione): Introduzione ai sistemi dinamici – Sistemi dinamici a tempo continuo – Sistemi dinamici lineari
- 2 (2 ore esercitazione): Esempi di derivazione di modelli in vari campi applicativi
- 3 (2 ore lezione): Sistemi dinamici lineari (evoluzione libera e risposta forzata) – Linearizzazione ed equilibrio - Rappresentazioni dello stato - Stabilità dei sistemi dinamici
- 4 (2 ore esercitazione): Ricerca di stati di equilibrio e linearizzazione intorno ad essi
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Modelli standard dei sistemi dinamici - Comprensione dei concetti di stato , di linearizzazione, di evoluzione libera, di risposta forzata, di stabilità
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE:
Trovare gli stati di equilibrio per ingressi costanti. Linearizzare intorno ad uno stato di equilibrio. Cambiare la rappresentazione dello stato di un sistema.

UNITÀ DIDATTICA 2 - ANALISI MEDIANTE TRASFORMATA DI LAPLACE
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/4/2)
- 1 (2 ore lezione): Utilizzo delle trasformazione – Definizione e proprietà della Laplace-trasformata e trasformate notevoli – Risposta dei sistemi dinamici lineari
- 2 (2 ore lezione): Antitrasformata delle risposte di un sistema dinamico lineare – Antitrasformata di funzioni razionali fratte – Modi di evoluzione – Criteri di stabilità
- 3 (4 ore esercitazione): Calcolo della risposta di sistemi dinamici lineari utilizzando la trasformata di Laplace
- 4 (2 ore laboratorio): Dimostrazione dell’utilizzo di un ambiente di programmazione e calcolo numerico (MATLAB) per l’analisi della risposta di sistemi dinamici.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Utilizzo della trasformata di Laplace per calcolare la risposta di sistemi dinamici lineari - Rapporto tra autovalori della matrice dinamica e modi di evoluzione - Criteri di stabilità dei sistemi dinamici lineari.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE:
Calcolo della risposta di sistemi dinamici lineari - Analisi della stabilità di sistemi dinamici lineari

UNITÀ DIDATTICA 3 - FUNZIONE DI TRASFERIMENTO
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 5/7/2)
- 1 (2 ore lezione): Rappresentazioni della funzione di trasferimento – Risposta forzata e regime costante
- 2 (2 ore lezione): Schemi a blocchi e calcolo della funzione di trasferimento complessiva per sistemi collegati in cascata, in parallelo e in retroazione – Realizzazione della funzione di trasferimento – Sistemi con ritardi temporali
- 3 (1 ora lezione): Risposta al gradino di sistemi del primo e del secondo ordine
- 4 (7 ore esercitazione): Calcolo della risposta di sistemi dinamici interconnessi la cui struttura cambia in maniera discontinua
- 5 (2 ore laboratorio): Dimostrazione dell’utilizzo di un ambiente di programmazione e calcolo numerico (MATLAB) per l’analisi della risposta di sistemi dinamici interconnessi la cui struttura cambia in maniera discontinua
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Concetto di funzione di trasferimento, sue diverse rappresentazioni, collegamenti con le equazioni dinamiche del sistema. Sistemi realizzati con interconnessione di sottosistemi. Componenti transitorie e di regime della risposta forzata di un sistema
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE:
Determinare dalla funzione di trasferimento le caratteristiche principali della risposta forzata. Calcolo della risposta di sistemi dinamici interconnessi la cui struttura cambia in maniera discontinua.

UNITÀ DIDATTICA 4 - RISPOSTA IN FREQUENZA
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 5/5/2)
- 1 (1 ora lezione): Teorema della risposta armonica - Caratteristiche filtranti dei sistemi
- 2 (3 ore lezione): Rappresentazione grafica della G(jw) (diagrammi di Bode e scale degli assi, analisi dei fattori monomio, binomio e trinomio della funzione di trasferimento in termini di modulo e fase)
- 3 (1 ore lezione): Diagrammi polari - Effetto di un ritardo temporale sui diagramme frequenziali
- 4 (4 ore, esercitazione): Tracciamento dei diagrammi di Bode approssimati
- 5 (1 ora, esercitazione): Tracciamento dei diagrammi polari approssimati
- 6 (2 ore laboratorio): Dimostrazione dell’utilizzo di un ambiente di programmazione e calcolo numerico (MATLAB) per la rappresentazione grafica della G(jw) e l'analisi della risposta a segnali sinusoidali
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Risposta armonica e caratteristiche filtranti. Concetto di diagrammi frequenziali
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE:
Calcolo della risposta armonica - Tracciamento di diagrammi frequenziali approssimati

UNITÀ DIDATTICA 5 - SISTEMI DINAMICI TEMPO DISCRETO
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 4/4/2)
- 1 (2 ore lezione): SISTEMI TEMPO DISCRETO: CLASSIFICAZIONE, STABILITA', CRITERI DI STABILITA' ASINTOTICA - ESEMPI
- 2 (2 ore lezione): FUNZIONE DI TRASFERIMENTO TEMPO DISCRETO. RISPOSTA FORZATA TRAMITE TRASFORMATA Z - Modi di evoluzione - Teorema del regime costante
- 3 (4 ore esercitazione): Calcolo della risposta di sistemi dinamici lineari a tempo discreto utilizzando la trasformata zeta
- 4 (2 ore laboratorio): Dimostrazione dell’utilizzo di un ambiente di programmazione e calcolo numerico (MATLAB) per l’analisi della risposta di sistemi dinamici a tempo discreto.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Modelli standard dei sistemi dinamici a tempo discreto. Equilibrio e linearizzazione - Utilizzo della trasformata zeta per calcolare la risposta - Rapporto tra autovalori della matrice dinamica e modi di evoluzione - Criteri di stabilità.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE:
Trovare gli stati di equilibrio per ingressi costanti. Linearizzare intorno ad uno stato di equilibrio. Calcolo della risposta - Analisi della stabilità

UNITÀ DIDATTICA 6: CONTROLLO IN RETROAZIONE
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 8/6/4)
- 1 (3 ore lezione): Vantaggi del controllo in retroazione - Specifiche per un sistema di controllo - Soddisfacimento delle specifiche di regime - Stabilità a ciclo chiuso
- 2 (3 ore esercitazione): Progetto di controllori per il soddisfacimento di specifiche di regime e di stabilità a ciclo chiuso
- 3 (2 ore lezione): Regolatori standard
- 4 (2 ore laboratorio): Dimostrazione dell’utilizzo di un ambiente di programmazione e calcolo numerico (MATLAB) come ausilio al progetto e alla verifica di semplici sistemi di controllo
- 5 (3 ore lezione): Schema di un sistema di controllo digitale e principali problematiche - Progetto di controllori digitali equivalenti e derivazione del corrispondente algoritmo di controllo.
- 6 (3 ore esercitazione): Progetto di controllori digitali per il soddisfacimento di specifiche di regime e di stabilità a ciclo chiuso e realizzazione dei corrispondenti algoritmi di controllo.
- 7 (2 ore laboratorio): Dimostrazione dell’utilizzo di un ambiente di programmazione e calcolo numerico (MATLAB) come ausilio al progetto e alla verifica di semplici sistemi di controllo digitale.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Controllo in retroazione. Specifiche per un sistema di controllo. Criteri di progetto per controllori che soddisfano specifiche di regime e di stabilità a ciclo chiuso. Regolatori standard. Sistemi di controllo digitale.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE:
Progetto di controllori per il soddisfacimento di specifiche di regime e di stabilità a ciclo chiuso e realizzazione dei corrispondenti algoritmi di controllo.

TOTALE ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO (30/30/12)
Metodi Didattici
LEZIONI SUPPORTATE DALLA RISOLUZIONE DI PROBLEMI MIRATI CON ASPETTI PRATICO/IMPLEMENTATIVI DISCUSSI NELL'AMBITO DELLE LEZIONI. NELLE ORE DI LABORATORIO SOFTWARE SARÀ MOSTRATO L’UTILIZZO DI UN AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE E CALCOLO NUMERICO (MATLAB) PER L’ANALISI DI SISTEMI DINAMICI.
LEZIONI: 30 ORE
ESERCITAZIONI: 30 ORE
LABORATORIO: 12 ORE
Verifica dell'apprendimento
L'ESAME CONSISTE IN UNA VERIFICA SCRITTA SULLA CONOSCENZA E LA COMPRENSIONE DEGLI ASPETTI METODOLOGICI E SULLA CAPACITA' DI APPLICARE LA CONOSCENZA ACQUISITA, IN AGGIUNTA, UN COLLOQUIO ORALE POTREBBE ESSERE RICHIESTO.

IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE, PUR DIMOSTRANDO APPLICAZIONE NELLO STUDIO, DIMOSTRA INCERTEZZE NELL’APPLICAZIONE DEI METODI STUDIATI, NE HA UNA LIMITATA CONOSCENZA E PRESENTA UNA SCARSA CAPACITÀ ESPOSITIVA.

IL LIVELLO MASSIMO (30/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA DEI METODI ED È IN GRADO DI RISOLVERE I PROBLEMI PROPOSTI INDIVIDUANDO I METODI PIÙ APPROPRIATI.

LA LODE VIENE ATTRIBUITA AGLI STUDENTI CHE, OLTRE A CONSEGNARE PROVE COMPLETAMENTE CORRETTE, ABBIANO PRESENTATO CON ESTREMA CHIAREZZA LE METODOLOGIE UTILIZZATE.

A SEGUITO DI INDICAZIONI DEL CONSIGLIO DIDATTICO, POTREBBE ESSERE PREVISTA UNA PROVA INTRACORSO CHE SARA' VALIDA AI FINI DEL VOTO FINALE.

Testi
F. BASILE, P. CHIACCHIO, LEZIONI DI AUTOMATICA, MAGGIOLI EDITORE, 2021, ISBN: 978-88-916-4756-6.

MATERIALE DIDATTICO INTEGRATIVO SARÀ DISPONIBILE NELLA SEZIONE DEDICATA DELL'INSEGNAMENTO ALL'INTERNO DELLA PIATTAFORMA E-LEARNING DI ATENEO (HTTP://ELEARNING.UNISA.IT) ACCESSIBILE AGLI STUDENTI DEL CORSO.

LETTURE SUGGERITE:
K.J. ASTROM, R.M. MURRAY, FEEDBACK SYSTEMS: AN INTRODUCTION TO SCIENTISTS AND ENGINEERS, REPERIBILE SUL WEB.
Altre Informazioni
L'INSEGNAMENTO E' EROGATO IN ITALIANO
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2023-01-23]