CONTROLLI AUTOMATICI

CONTROLLI AUTOMATICI

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iten
Codice
80102
ANNO ACCADEMICO
2020/2021
CFU
9 cfu al 3° anno di 8719 INGEGNERIA INFORMATICA (L-8) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-INF/04
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA INFORMATICA )
periodo
Annuale
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Il corso tratta delle metodologie di analisi e di sintesi di sistemi di controllo per impianti a singola variabile controllata. In particolare gli impianti di interesse sono lineari e tempo invarianti (LTI), quindi rappresentabili con funzioni di trasferimento. Queste ultime possono essere dedotte dai principi primi delle leggi fisiche che governano i sistemi oppure sperimentalmente.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso ha l'obiettivo di fornire all'allievo gli strumenti concettuali e metodologici di base per affrontare problemi di analisi e sintesi relativi al controllo di sistemi dinamici caratterizzanti impianti e processi fisici di natura ingegneristica.

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.

Impiegare l'algebra dei blocchi per dedurre le funzioni di trasferimento di interesse ai fini del controllo, valutando anche tutti gli aspetti che le caratterizzano (ordine, poli/zeri, loro proprietà di stabilità in ciclo aperto). 

Svolgere l'analisi in frequenza di funzioni di trasferimento tracciando i diagrammi di Bode e polari delle stesse.

Effettuare l'analisi di stabilità in ciclo chiuso in corrispondenza di una assegnato blocco di controllo, impiegando tutti i metodi sviluppati (in frequenza e nel dominio del tempo), verificando nel la coerenza tra di loro.

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  generalizzando quanto illustrato nel corso ad impianti SISO lineari tempo invarianti arbitrari.

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 sviluppati nel corso di Teoria dei Sistemi.

Modalità didattiche

  • Lezioni frontali in aula (teoria ed esercitazioni sviluppate alla lavagna);
  • Disponibilità delle dispense del corso;
  • Verifiche scritte di apprendimento durante l'anno;
  • 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.

Parte 3: Metodi di analisi della stabilità in ciclo chiuso: Metodo di Routh-Hurwitz; metodo del Luogo delle radici; metodo di Nyquist; metodo degli attraversamenti di fase; metodo 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. Metodi di valutazione approssimata delle funzioni di trasferimento in ciclo chiuso.

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
  • Karl J. Åström and Richard M. Murray: "Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers", Princeton University Press, 2019 (reperibile all'indirizzo http://www.cds.caltech.edu/~murray/amwiki/Main_Page )

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;
  • Verifiche scritte di apprendimento durante l'anno;
  • Esecitazioni in aula; 
  • Illustrazione dell'impiego di esistenti strumenti SW per l'analisi e la sintesi di sistemi di controllo.

ORARI

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

Vedi anche:

CONTROLLI AUTOMATICI

ESAMI

Modalità d'esame

Da una a tre prove scritte (non obbligatorie) per la verifica di apprendimento durante il corso.

Colloquio finale obbligatorio. In assenza del superamento delle prove di verifica durante il corso, il candidato dovrà svolgere in autonomia uno o più esercizi prima del colloquio.

Modalità di accertamento

I risultati delle prove intermedie di apprendimento, qualora sostenute con esiti positivi, costituiranno la base di partenza per la votazione finale, successiva ad un colloquio integrativo rispetto le verifiche intermedie.

In assenza del superamento delle prove di verifica durante il corso, lo studente dovrà sostenere un colloquio inerente il programma del corso e preceduto dallo svolgimento in autonomia di uno o più esercizi scritti.