INGEGNERIA DEI SISTEMI DI CONTROLLO

INGEGNERIA DEI SISTEMI DI CONTROLLO

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iten
Codice
94786
ANNO ACCADEMICO
2020/2021
CFU
5 cfu al 2° anno di 9269 INGEGNERIA MECCANICA - PROGETTAZIONE E PRODUZIONE (LM-33) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-INF/04
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA MECCANICA - PROGETTAZIONE E PRODUZIONE)
periodo
1° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Il corso tratta delle metodologie di analisi e di sintesi di sistemi di controllo per impianti di interesse nell'ambito dei sistemi meccatronici. In particolare sono sviluppati metodi per impianti lineari e tempo invarianti (LTI) di tipo SISO (single input - single output) nel dominio delle frequenze. Il corso mira a fornire una sintetica panoramica degli approcci di controllo per sistemi dinamici lineari multivariabili così come della linearizzazione per impianti non lineari. 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Fornire le conoscenze ed acquisire le capacità per la sintesi ed implementazione di architetture di controllo, con particolare attenzione all'implementazione su sistemi embedded di architetture di guida, navigazione e controllo di sistemi autonomi e semi-autonomi

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Conoscenza e comprensione: Fornire adeguate conoscenze al fine di far comprendere il ruolo dei sistemi di controllo per impianti SISO (single input - single output) lineari tempo invarianti. In particolare i risultati di apprendimento attesi sono relativi alla comprensione dei meccanismi di controllo in catena aperta ed in ciclo chiuso. Centrali sono i concetti di stabilità di sistemi dinamici SISO, robustezza ad incertezze di modello e disturbi esogeni. 

Circa le capacità di applicare conoscenza e comprensione, al termine del corso lo studente dovrà saper:

Modellare semplici sistemi dinamici, deducendo la loro rappresentazione in termini di interconnessione di funzioni di trasferimento.

Svolgere l'analisi in frequenza di funzioni di trasferimento.

Valutare le proprietà comportamentali di un assegnato sistema di controllo (riduzione/annullamento errori a regime in risposta a segnali polinomiali e sinusoidali, valutazione dei comportamenti dinamici i termini di poli dominanti, bande passanti, etc.)

Valutare la compatibilità delle assegnate specifiche di controllo con le caratteristiche dell'impianto dato. In caso di incompatibilità, saper riformulare nuove specifiche compatibili con l'impianto e le condizioni al contorno assegnate. 

Sintetizzare un regolatore per un dato impianto, capace di soddisfare le specifiche di comportamento dinamico e a regime. 

Autonomia di Giudizio, abilità comunicative: L'autonomia di giudizio si dovrà manifestare dimostrando padronanza dei concetti e dei metodi descritti nel corso.

Capacità di apprendimento: La capacità di apprendimento sarà misurata  (qualitativamente) durante le lezioni, i ricevimenti, e le esercitazioni che saranno improntate alla massima partecipazione attiva possibile. La capacità di apprendimento finale sarà valutata globalmente e quantitativamente in sede di esame.

PREREQUISITI

Padronanza dei concetti generali e degli strumenti metodologici dell'analisi funzioanle e dell'algebra lineare.

Modalità didattiche

  • Lezioni frontali in aula (teoria ed esercitazioni sviluppate alla lavagna);
  • Disponibilità delle dispense del corso;
  • Esecitazioni in aula; 
  • Illustrazione dell'impiego di esistenti strumenti SW per l'analisi e la sintesi di sistemi di controllo.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Parte 1: Introduzione alla problematica dei Controlli Automatici, concetti generali relativi agli schemi di controllo in catena aperta e catena chiusa. Introduzione al concetto di robustezza a disturbi esogeni ed a incertezze parametriche. Esempi pratici di modellistica di impianti e loro architetture di controllo; condizioni necessarie di impianto per la sua ammissibilità al controllo in ciclo chiuso. 

Parte 2: Introduzione ai sistemi a fase minima e non minima ivi compresi sistemi con ritardi finiti. Introduzione ai modelli lineari nello spazio degli stati. Introduzione alla linearizzazione di modelli dinamici a tempo continuo non lineari.

Parte 3: Metodi di analisi della stabilità in ciclo chiuso:  Metodo di Nyquist, del margine di fase e di guadagno.

Parte 4: Analisi delle prestazioni, sia nel dominio del tempo che in frequenza, del controllo in ciclo chiuso in regime stazionario e transitorio. 

Parte 5: Sintesi di regolatori: specifiche di un sistema di controllo; metodi generali di sintesi per impianti a fase minima; reti correttrici ad anticipo di fase, a ritardo di fase, e di di tipo proporzionale, integrale e derivativo (PID); metodi generali di sintesi per impianti a fase non minima.

Parte 6: Introduzione alla discretizzazione dei regolartori sintetizzati a tempo continuo per la loro implementazione digitale.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il corso dispone di note messe a disposizione dal Docente. A queste si possono affinacare I seguenti testi:

  • G. Marrro: “Controlli Automatici”, Zanichelli, 1997
  • P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di Controlli Automatici”, McGraw Hill, 1998

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: A margine delle lezioni frontali o su appuntamento per email da concordare con qualche giorno lavorativo di anticipo.

LEZIONI

Modalità didattiche

  • Lezioni frontali in aula (teoria ed esercitazioni sviluppate alla lavagna);
  • Disponibilità delle dispense del corso;
  • Esecitazioni in aula; 
  • Illustrazione dell'impiego di esistenti strumenti SW per l'analisi e la sintesi di sistemi di controllo.

ESAMI

Modalità d'esame

Colloquio orale. 

Modalità di accertamento

Il colloquio d'esame avrà come oggetto il programma del corso risultante dal diario delle lezioni. Sarà oggetto di valutazione anche lo svolgimento di esercizi di analisi e sintesi dei sistemi di controllo durante il colloquio stesso.