Ingegneria Chimica - Chemical Engineering

Introduzione: sistema di controllo di un processo, terminologia e obiettivi del controllo di processo automatico, controllo in regolazione e in servomeccanismo, trasmissione dei segnali, strategie di controllo. Strumenti matematici per l’analisi dei sistemi di controllo: la trasformata di Laplace, soluzione di equazioni differenziali mediante la trasformata di Laplace, caratterizzazione della risposta del processo, risposta dei sistemi del primo ordine e del secondo ordine, linearizzazione. Sistemi dinamici del primo ordine: importanza delle caratteristiche di processo, modellazione matematica dei processi, tempo morto, funzioni di trasferimento e diagrammi a blocchi, reattori chimici, effetti delle non linearità del processo. Sistemi dinamici di ordine superiore: sistemi non interagenti, sistemi interagenti, risposta dei sistemi di ordine superiore. Componenti fondamentali dei sistemi di controllo: sensori e trasmettitori, valvole di controllo, controllori feedback. Progetto dei sistemi di controllo a loop singolo: il loop di controllo feedback, stabilità del loop di controllo. Tuning dei controllori feedback: risposta con rapporto di decadimento un quarto mediante il guadagno ultimo, caratterizzazione del processo a loop aperto, tuning dei controllori per processi integranti, sintesi dei controllori feedback. Tecniche del luogo delle radici e della risposta in frequenza: analisi dei sistemi di controllo feedback mediante il luogo delle radici, disegno dei diagrammi del luogo delle radici, analisi dei sistemi di controllo mediante la risposta in frequenza e stabilità. Controllo in cascata: esempio di processo, considerazioni sulla stabilità, implementazione e tuning dei controllori. Controllo di rapporto, override e selettivo: segnali, software e algoritmi di calcolo, controllo di rapporto, controllo override o vincolato, controllo selettivo, progetto dei sistemi di controllo. Controllo feedforward: il concetto di feedforward, progetto del diagramma a blocchi di controllori lineari feedforward, elemento lead/lag, progetto dei controllori feedforward non lineari dai principi fondamentali, indicazioni per il progetto dei controllori feedforward. Controllo di processo multivariabile: interazioni tra loop, accoppiamento tra variabili manipolate e controllate, disaccoppiamento di loop interagenti, controllo multivariabile e ottimizzazione, analisi dinamica di sistemi multivariabile, progetto dei sistemi di controllo per impianti completi.

Per un proficuo apprendimento, sono indispensabili approfondite conoscenze in analisi matematica, termodinamica per l’ingegneria chimica, macchine e progettazione delle operazioni unitarie dell’industria di processo.

N. Verdone. Sistemi di Controllo degli Impianti Chimici, Dispense dalle lezioni, 2010. C.A. Smith, A.B. Corripio. Principles and Practice of Automatic Process Control, 3rd ed., Wiley (2005). D.E. Seborg, D.A. Mellichamp, T.F. Edgar, F.J. Doyle. Process Dynamics and Control, 4th ed., Wiley (2017).

La partecipazione alle lezioni non è obbligatoria. L'organizzazione delle attività didattiche prevede, per ciascun argomento, la presentazione degli aspetti di teoria e lo svolgimento di esercitazioni numeriche di applicazione dei concetti appresi. Sono previste attività in aula per l’apprendimento dell’utilizzo dei simulatori Scicos (Scilab) e Simulink (Matlab).

La partecipazione alle lezioni non è obbligatoria.

La prova d’esame consiste nella soluzione di un problema pratico di controllo e nella verifica della conoscenza dei principi della teoria del controllo. Per il superamento dell'esame, lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito una sufficiente conoscenza delle problematiche relative all'analisi e alla progettazione dei sistemi di controllo applicati nell’industria chimica. La valutazione dell'esame si basa sulla capacità di applicare le nozioni acquisite nella soluzione di problemi pratici ed è subordinata anche alla capacità di esposizione dei concetti in maniera chiara e puntuale.

La partecipazione alle lezioni non è obbligatoria. L'organizzazione delle attività didattiche prevede, per ciascun argomento, la presentazione degli aspetti di teoria e lo svolgimento di esercitazioni numeriche di applicazione dei concetti appresi. Sono previste attività in aula per l’apprendimento dell’utilizzo dei simulatori Scicos (Scilab) e Simulink (Matlab).