Ingegneria Informatica e Automatica

Prima parte (circa 45 ore): Il ruolo dell'automatica nell'ambito dell'ICT: esempi e applicazioni. Problematiche inerenti la modellizzazione di processi. Richiami inerenti le rappresentazioni di un processo nel dominio del tempo e nel dominio di Laplace e relative relazioni. Schemi di controllo. Autovalori raggiungibili/irraggiungibili, osservabili/inosservabili; autovalori nascosti in un processo e nell'interconnessione di processi; stabilizzabilità di un processo. Stabilizzazione di processi con il criterio di Routh. Assegnazione degli autovalori nel dominio di Laplace. Tecniche di stabilizzazione con il luogo delle radici. Tecniche di sintesi nel dominio di Laplace di controllori tempo continui che soddisfino simultaneamente specifiche di stabilita', di tracking e reiezione di disturbi. Seconda parte (circa 30 ore): Tecniche di sintesi nel dominio della trasformata zeta di controllori tempo discreti; risposta in tempo finito. Sintesi, basata sulla risposta armonica (diagrammi di Bode e di Nyquist), di controllori che soddisfino simultaneamente specifiche di stabilita', banda passante, margine di fase, etc. Assegnazione di autovalori nel dominio del tempo con reazione dallo stato e con reazione dall'uscita (principio di separazione). L'osservatore asintotico dello stato. Terza parte (circa 15 ore): Cenni a tecniche di controllo avanzate e loro integrazione con le metodologie di Intelligenza Artificiale: Model Predictive Control, Reti Neurali, Reinforcement Learning, Chat GPT.

Nessun prerequisito e' necessario

- A. Isidori: “Sistemi di Controllo”, Vol. 1 e 2, Siderea, 1993 (contiene gli argomenti fondamentali della prima e seconda parte del programma). - R.C. Dorf, R.H. Bishop, "Controlli Automatici", Prentice Hall, 2010 (contiene gli approfondimenti della prima e seconda parte del programma). - F. Delli Priscoli: "Dispense di problemi di controlli automatici " (contiene moltissimi problemi di esame risolti continuamente aggiornati dal docente, riguardanti tutte le parti del programma). - Sutton, Barto, "Reinforcement learning: an Introduction" (contiene gli argomenti della terza parte del programma relativi al Reinforcement Learning) - D. J. Kelleher, "Deep Learning" (contiene gli argomenti della terza parte del programma relativi alle Reti Neurali)

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria, ma è fortemente consigliata

Prova scritta con discussione orale. La prova scritta consiste in tre domande relativi a problemi e/o tematiche teoriche trattate durante il corso. Tutte le domande sono a risposta aperta.

Tradizionale. Il corso viene erogato utilizzando la lavagna.

1. Stabilità dei sistemi retroazionati
 Il criterio di Nyquist. Influenza del guadagno sulla stabilità in retroazione. Margini di stabilità: margine di guadagno e di fase. Il criterio di Bode. 2. Sistemi di controllo: struttura e specifiche di progetto 
Il controllo automatico a retroazione: esempi, struttura e proprietà fondamentali. Precisione di risposta: tipo del sistema e relative condizioni. Limitazioni sull'errore a regime permanente. Reiezione dei disturbi: astatismo e relative condizioni. Attenuazione dei disturbi. Specifiche sulla risposta transitoria e legami con la risposta armonica ad anello aperto. 3. Progetto nel dominio della frequenza Funzioni compensatrici elementari. Sintesi delle funzioni compensatrici mediante rappresentazioni grafiche (diagrammi di Bode) della risposta in frequenza. 4. Progetto nel dominio di Laplace 
Il luogo delle radici e le regole per il suo tracciamento. Stabilizzazione di sistemi a fase minima mediante il luogo delle radici. Stabilizzazione di sistemi a fase non minima. Progetto di controllori a dimensione minima. Progetto mediante assegnazione dei poli. 5. Progetto nel dominio del tempo 
Assegnazione degli autovalori e stabilizzazione mediante retroazione dallo stato. Osservatore asintotico o rilevatore dello stato. Principio di separazione. Assegnazione degli autovalori e stabilizzazione mediante retroazione dall'uscita. Criteri per la scelta degli autovalori ad anello chiuso. Inclusione del segnale di riferimento negli schemi a retroazione dallo stato. 6. Stabilità per sistemi non lineari 
Stabilità dei punti di equilibrio. Il metodo diretto di Lyapunov. Costruzione di funzioni di Lyapunov. Teoremi dell'insieme invariante. Il metodo indiretto di Lyapunov. 7. Stabilizzazione di sistemi non lineari 
Stabilizzazione via retroazione dallo stato. Stabilizzazione mediante linearizzazione approssimata. Stabilizzazione mediante linearizzazione esatta (cenni). 8. Esempi
 Studio di applicazioni delle tecniche di sintesi studiate. Progettazione e simulazione di controllori mediante MATLAB/Control System Toolbox e Simulink.

Fondamenti del calcolo differenziale (in particolare la teoria delle equazioni differenziali lineari), dell'algebra lineare (autovalori, autovettori, forme canoniche di operatori lineari), della fisica (sistemi meccanici ed elettrici) e la teoria della trasformata di Laplace. Automatica: Sistemi dinamici lineari e stazionari. Rappresentazioni ingresso-stato-uscita. Esempi di modellistica. Evoluzione libera: matrice di transizione dello stato, modi naturali. Stabilità asintotica e criterio di Routh. Evoluzione forzata: risposta impulsiva, funzione di trasferimento. Relazioni tra autovalori e poli. Regime permanente e risposta armonica. Diagrammi di Bode. Sistemi interconnessi: serie, parallelo, retroazione..

- Slides disponibili sul sito web del corso - A. Isidori: "Sistemi di Controllo", volumi 1-2, Siderea, 1992 - L. Lanari, G. Oriolo: "Controlli Automatici - Esercizi di Sintesi", EUROMA-La Goliardica, 1997.

La frequenza è raccomandata ma non obbligatoria.

Due modalità alternative: (1) prova intermedia + prova finale (2) prova scritta convenzionale.

Lezioni frontali.