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Paolo FALCONE
Professore Associato Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Systems and Control Theory
Electronics engineering (D.M.270/04) (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Il corso fornisce le metodologie di base nello spazio degli stati per l'analisi ed il controllo di sistemi dinamici lineari, non lineari, continui, discreti, di tipo SISO e MIMO.
Prerequisiti
Trasformate di Laplace. Analisi temporale e frequenziale dei sistemi dinamici lineari. Stabilità dei sistemi dinamici retroazionati.
Programma del corso
1. Modelli dinamici nello spazio degli stati
Sistemi dinamici descritti nello spazio degli stati. Trasformazioni di coordinate nello spazio degli stati. Forma canonica di Jordan. Matrice di trasferimento. Analisi modale. (1 CFU, 10h)
2. Stabilità dei sistemi lineari e non lineari
Stabilità secondo Lyapunov. Linearizzazione nell'intorno dei punti di equilibrio. Criterio ridotto di Lyapunov. Forme quadratiche. Criterio diretto di Lyapunov. (1 CFU, 10h)
3. Controllabilità e raggiungibilità
Definizioni di controllabilità e raggiungibilità. Matrice di raggiungibilità. Forma standard di raggiungibilità. Forma canonica di controllo. Retroazione dello stato ed allocazione degli autovalori. Formula di Ackermann. (1 CFU, 10h)
4. Osservabilità e sintesi del regolatore
Definizione di osservabilità. Matrice di osservabilità. Dualità dei sistemi dinamici lineari. Forma standard e forma canonica di osservabilità. Stimatori asintotici dello stato in catena aperta e in catena chiusa. Sintesi del regolatore. (1 CFU, 10h)
5. Tecniche avanzate di controllo
Controllo Ottimo LQ. Filtro di kalman. MPC - Model Predictive Control (cenni). (2 CFU, 20h)
6. Esercitazioni in ambiente Matlab/Simulink.
Metodi didattici
Lezioni frontali con lucidi ed esercizi svolti insieme con l'ausilio di un Computer-Aided Control Systems Design software (Matlab/Simulink).
Testi di riferimento
- Bernard Friedland: "Control System Design: An Introduction To State-Space Methods", Dover Publications, 2012.
- Ettore Fornasini: "Appunti di Teoria dei Sistemi", Ed. Libreria Progetto (Padova), 2012.
- G.F. Franklin, J.D. Powell, A. Emami-Naeini, "Feedback Control of Dynamic Systems", Third Edition, Addison Wesley.
- B. C. Kuo, "Automatic Control Systems", Prentice Hall.
-J.B. Rawlings, D.Q. Mayne: Model Predictive Control, Theory and Design. Nob Hill Publishing 2009
Verifica dell'apprendimento
Esame orale sugli argomenti teorici del corso. Progetto o prova pratica al calcolatore con l'ausilio di un Computer-Aided Control Systems Design software (Matlab/Simulink).
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione: Tramite lezioni in aula lo studente apprende i principali metodi di analisi dei sistemi dinamici nello spazio degli stati e di sintesi dei sistemi di controllo.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente è in grado di analizzare la dinamica di sistemi fisici lineari e non lineari. Le esercitazioni pratiche al computer consentono allo studente di verificare in simulazione l'efficacia delle tecniche di controllo studiate nel corso.
Autonomia di giudizio: I metodi di analisi e le tecniche di controllo studiate forniscono allo studente la possibilita' di analizzare e controllare sistemi fisici di qualunque natura.
Abilità comunicative: Le lezioni teoriche e le esercitazioni in laboratorio forniscono allo studente la capacità di esprimere i concetti appresi con linguaggio appropriato e di sostenere una discussione in merito agli argomenti trattati.
Capacità di apprendimento: le attività descritte consentono allo studente di acquisire gli strumenti metodologici per proseguire gli studi e per potere provvedere autonomamente al proprio aggiornamento.