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Tipologia

Ingegneria dell'automazione

SSD

ING-INF/04

Anno

2º anno

Semestre

2º semestre

CFU

6

Distribuzione delle ore

36 classroom hours, 24 training hours

Docenti

PAOLO DI GIAMBERARDINO
PAOLO DI GIAMBERARDINO

Tipologia

Ingegneria dell'automazione

SSD

ING-INF/04

Anno

2º anno

Semestre

1º semestre

CFU

6

Distribuzione delle ore

36 classroom hours, 24 training hours

Docenti

EMANUELE DE SANTIS
EMANUELE DE SANTIS
Danilo Menegatti
Danilo Menegatti

Scopo del corso è introdurre ai concetti di modellistica e ai principali metodi di studio dei sistemi dinamici orientati, con particolare riferimento alla classe dei sistemi lineari e stazionari, a tempo continuo e a tempo discreto, nonché illustrare le principali tecniche di sintesi di sistemi di controllo lineari per sistemi dinamici aventi modello lineare o linearizzabile mediante approssimazione. Le tecniche introdotte si riferiscono sia a sintesi di controllori continui, implementabili mediante semplici architetture elettroniche o elettro-meccaniche, che a controllori numerici ottenuti per via indiretta, ossia mediante approssimazione discreta di controllori continui, e per via diretta, a partire dalla rappresentazione esatta del sistema campionato.
Gli studenti, al superamento dell'esame, avranno acquisito sufficienti conoscenze per quanto concerne la modellistica di sistemi fisici da diversi settori disciplinari (elettrico, meccanico, elettronico, economico, ambientale, gestionale, ecc.), con particolare riferimento ai casi lineari e alla approssimazione lineare di sistemi non lineari, la loro analisi dinamica, con caratterizzazione delle evoluzioni libere e forzate, le relazioni ingresso-uscita e i tipi di comportamento, le proprietà strutturali per l'analisi delle relazioni ingresso-stato-uscita, la stabilità . Essi saranno in grado di ricavare il modello matematico di sistemi fisici da diversi settori disciplinari (elettrico, meccanico, elettronico, economico, ambientale, gestionale, ecc.) nella rappresentazione con lo spazio di stato o come relazione ingresso-uscita; saranno in grado di analizzarne le caratteristiche dinamiche, determinandone il comportamento in funzione degli ingressi e delle condizioni iniziali; sapranno studiarne la stabilità; potranno essere in grado di ricavare informazioni sul comportamento del sistema, effettuare previsioni, identificare parametri, migliorando la conoscenza del sistema modellato. Conosceranno le principali tecniche di sintesi di sistemi di controllo lineari, a tempo continuo e a tempo discreto e sapranno scegliere, in funzione del problema dato, delle informazioni disponibili e delle specifiche poste, la migliore tecnica che consente di giungere alla soluzione più efficiente. Saranno inoltre in grado di predisporre lo schema a blocchi del sistema controllato individuando le grandezze da misurare. In alcuni casi sapranno fare riferimento a schemi realizzativi, analogici o digitali, di implementazione. Essi, inoltre, saranno in grado di: analizzare le specifiche per un sistema di controllo; definire lo schema del controllore, dalla misura all'azione di controllo; progettare un controllore, secondo la procedura più opportuna in funzione dell'oggetto e degli obiettivi; scegliere il dominio del tempo più opportuno per una più semplice ed efficace implementazione; effettuare delle simulazioni numeriche per verificare la rispondenza ai requisiti; individuare i dispositivi che possono realizzare il controllore sintetizzato.

Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA II
Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di tradurre specifiche fornite verbalmente in linguaggio corrente in una serie di proprietà di un sistema di controllo; sulla base di questo, dovrà essere in grado di progettare, nello schema di controllo più adatto, un controllore tale da soddisfare le specifiche.
Dat ala natura di corso di base, il tutto è limitato a sistemi lineari e stazionari, con maggiore enfasi per i sistemi a tempo continuo, con qualche apertura a sistemi piò complessi riconducibili ai casi studiati.


Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA I
Scopo del corso è introdurre ai concetti di modellistica e ai principali metodi di studio dei sistemi dinamici orientati, con particolare riferimento alla classe dei sistemi lineari e stazionari, a tempo continuo e a tempo discreto.
Gli studenti, al superamento dell'esame, avranno acquisito sufficienti conoscenze per quanto concerne la modellistica di sistemi fisici da diversi settori disciplinari (elettrico, meccanico, elettronico, economico, ambientale, gestionale, ecc.), con particolare riferimento ai casi lineari e alla approssimazione lineare di sistemi non lineari, la loro analisi dinamica, con caratterizzazione delle evoluzioni libere e forzate, le relazioni ingresso-uscita e i tipi di comportamento, le proprietà strutturali per l'analisi delle relazioni ingresso-stato-uscita, la stabilità . Essi saranno in grado di ricavare il modello matematico di sistemi fisici da diversi settori disciplinari (elettrico, meccanico, elettronico, economico, ambientale, gestionale, ecc.) nella rappresentazione con lo spazio di stato o come relazione ingresso-uscita; saranno in grado di analizzarne le caratteristiche dinamiche, determinandone il comportamento in funzione degli ingressi e delle condizioni iniziali; sapranno studiarne la stabilità; potranno essere in grado di ricavare informazioni sul comportamento del sistema, effettuare previsioni, identificare parametri, migliorando la conoscenza del sistema modellato.

Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA II
Conoscenze di Analisi Matematica:
Funzioni di una e più variabili nel dominio reale e complesso; loro rappresentazioni grafiche;
Conoscenza delle basi del calcolo differenziale ed integrale;

Conoscenze di Geometria:
Elementi di Algebra lineare, operatori lineari, spazi vettoriali.

Conoscenze di Fisica:
Conoscenze di base nei diversi campi della fisica, sufficienti a comprendere gli esempi applicativi utilizzati.



Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA I
Geometria, Analisi Matematica I, Fisica.

Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA II
1. Rappresentazioni con lo spazio di stato, a dimensione finita, lineari e stazionarie
2. Caratteristiche dinamiche dell'evoluzione nel tempo: evoluzione libera e modi naturali
3. Caratteristiche dinamiche dell'evoluzione nel tempo: effetti del forzamento
4. Proprietà strutturali
5. Il problema della realizzazione
6. Fondamenti di teoria della stabilità
7. Sistemi interconnessi
8. Introduzione al controllo a controreazione e sue proprietà
9. Metodi di analisi e di sintesi basati sulla risposta armonica
10. Metodi di analisi e di sintesi basati sul luogo delle radici
11. Tecniche di sitesi diretta
12. Sintesi nel dominio del tempo
13. Applicazioni di sistemi di controllo


Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA I
Sistemi dinamici orientati e rappresentazioni con lo stato: dal fenomeno, al modello, al sistema astratto.

Concetto di sistema dinamico causale e le loro rappresentazioni: i sistemi lineari, stazionari, a dimensione finita; la rappresentazione implicita ed esplicita; la decomposizione della risposta in libera e forzata; la matrice di transizione e la matrice delle risposte impulsive e le loro proprietà.


Analisi nel dominio del tempo

I modi naturali nell'evoluzione libera dello stato per le rappresentazioni regolari; leggi di moto e traiettorie dei modi naturali; i modi naturali nella risposta forzata nello stato e in uscita e loro proprietà (eccitabilità e osservabilità).


Analisi nel dominio della variabile complessa

La trasformata di Laplace per l'analisi dei sistemi a tempo continuo; la trasformata Z per l'analisi dei sistemi a tempo discreto.
La funzione di trasferimento e le sue rappresentazioni.
La risposta forzata come modello del sistema: la risposta indicale e il guadagno.


Modelli ingresso-uscita e rappresentazioni con lo stato

Il problema della realizzazione e il calcolo delle rappresentazioni nello spazio di stato a partire dai modelli ingresso-uscita.
Realizzazioni in forma canonica raggiungibile e in forma canonica osservabile.
Le realizzazioni minime: il metodo di Gilbert; cenni alla realizzazione mediante metodi di riduzione.


Elementi di teoria della stabilità

Cenni alla stabilità dei punti di equilibrio dei sistemi dinamici.
Definizione di stabilità per i sistemi lineari; condizioni e criteri.
La stabilità interna: il criterio di Routh per i sistemi a tempo continuo.
La stabilità esterna nelle rappresentazioni lineari: condizioni; legami tra stabilità esterna ed interna.


Analisi del comportamento in frequenza

Il regime permanente e il regime transitorio; la risposta permanente a ingressi canonici. Le rappresentazioni grafiche della risposta armonica.
La risposta armonica. La rappresentazione della funzione di trasferimento.
I diagrammi di Bode e Polare.
Parametri significativi del modulo della risposta armonica e della risposta indiciale; collegamento tra comportamento nel tempo ed in frequenza.


Elementi di studio delle proprietà strutturali

La raggiungibilità (controllabilità) e l'osservabilità; la composizione rispetto ad esse; la scomposizione di Kalman e la struttura interna del sistema; collegamento con l'eccitabilità e l'osservabilità dei modi.

Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA II
Testi consigliati

Lezioni
1. S. Monaco, C.Califano, P. Di Giamberardino, M. Mattioni, Teoria dei Sistemi. Lineari, stazionari a dimensione finita, Esculapio, 2021
2. A. Isidori, Sistemi di Controllo, I vol. Siderea

Esercitazioni
1. C. Gori Giorgi, S. Monaco, S. Battilotti e S. Di Gennaro, Esercizi e complementi di teoria dei sistemi, Ed. La Goliardica
2. L. Lanari, G. Oriolo: Controlli Automatici - Esercizi di Sintesi, EUROMA-La Goliardica

Riferimenti suggeriti/alternativi

M. Basso, L. Chisci, P. Falugi, Fondamenti di Automatica, Città Studi Edizioni
G. Celentano, L. Celentano, Fondamenti di dinamica dei Sistemi, EdiSES
G. Celentano, L. Celentano, Elementi di Controlli Automatici, vol. III, EdiSES
R.C. Dorf, R.H. Bishop: Controlli Automatici, Pearson Addison-Wesley
G.F. Franklin, J.D. Powell, A.Emami-Naeini, Controllo a retroazione, voll. I e II, EdiSES
A. Giua, C. Seatzu, Analisi dei sistemi dinamici, Springer
N.S. Nise, Controlli Automatici, Città Studi Edizioni


Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA I
S. Monaco, C. Califano, P. Di Giamberardino e M. Mattioni, Teoria dei Sistemi Lineari Stazionari a Dimensione Finita. Ed. Esculapio, 2021.

C. Gori Giorgi, S. Monaco, S. Battilotti e S. Di Gennaro, Esercizi e complementi di teoria dei sistemi, Ed. La Goliardica.

Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA II
N/D
Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA I
T. Kailath, Linear Systems, SIAM

M. Basso, L. Chisci, P. Falugi, Fondamenti di Automatica, Città Studi Edizioni

A. Giua, C. Seatzu, Analisi dei sistemi dinamici, Springer

Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA II
Lezioni per la teoria, esercitazioni per le prove pratiche.


Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA I
Lezioni per la teoria ed esercitazioni per la pratica.

Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA II
Lezioni in presenza in aula. Connessione su piattaforma on line in caso di impedimenti da COVID-19


Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA I
La presenza in aula non è obbligatoria, ma è fortemente consigliata. Il corso non è fruibile a distanza.

Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA II
Media pesata dei risultati delle due prove


Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA I
L'esame consiste di una prova di valutazione intermedia, e di una prova scritta ed una orale (da sostenere nel corso dello stesso appello)

Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA II
Prova scritta:
1. Dato il sistema S (modello) progettare un controllore tale che...
2. Dato il sistema S (modello) studiarne la proprietà X (proprietà dinamiche, strutturali, modali, stabilità, ...) in uno schema di controllo Y

Prova orale:
1. Fornire la definizione di ... (tipo di sistema, astatismo, luogo delle radici,...)
2. Dimostrare che se accade X allora segue Y (sistema tipo k -> poli in zero, numero giri funzione polare -> stabilità/instabilità,..)


Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA I
Domande di teoria su teoremi e dimostrazioni presenti nel programma e mostrate a lezioni. Esercizi misti riguardanti il programma d'esame

Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA II
N/D
Modulo: FONDAMENTI DI AUTOMATICA I
N/D