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Lorenzo SABATTINI

Professore Associato
Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria

Insegnamento: Controlli automatici

Ingegneria meccatronica (D.M.270/04) (Offerta formativa 2021)

Obiettivi formativi

Il corso di controlli automatici fornisce le basi metodologiche per le applicazioni dei controlli automatici, con particolare riferimento alla analisi e controllo dei sistemi dinamici, categoria che comprende la maggior parte dei sistemi fisici e astratti (ad esempio una parte di macchinario in movimento, oppure una serie storica di fluttuazione del valore di una azione). Il corso quindi risulta indispensabile per la comprensione del funzionamento e per il progetto di controllori di tali sistemi.

Prerequisiti

Corsi di Analisi Matematica, Geometria, Fisica ed Elettrotecnica.

Programma del corso

1. Fondamenti: Terminologia. Schemi a blocchi. Regole di riduzione di schemi a blocchi. Modelli lineari, definizione di linearità. Esempi di modelli (circuito elettrico, sistemi meccanici, effetti non lineari nei sistemi meccanici)
2. Basi matematiche: Equazioni differenziali lineari. Trasformata di Laplace e Funzione di trasferimento. Antitrasformata. Modi del sistema. Analisi Armonica. Trasformata di Fourier. Relazione tra trasformata di Fourier e trasformata di Laplace. Teorema sul regime sinusoidale. Diagrammi di Bode e di Nyquist
3. Stabilità e sistemi in retroazione: Definizione di stabilita'. Stabilita' del sistema e modi del sistema. Stabilita' ingresso limitata - uscita limitata. Criterio di Routh e di Nyquist. Controllo in Retroazione. Specifiche. Risposta di sistemi elementari (primo e secondo ordine). Controllo ad azione diretta. Controllo in retroazione. Controllo proporzionale. Errori a regime. Guadagno statico e tipo del sistema. Specifiche frequenziali. Margine di fase e margine di ampiezza. Banda passante
4. Il metodo del luogo delle radici: Dinamica del sistema e luogo delle radici. Tracciamento qualitativo del luogo delle radici. Proprieta' del luogo delle radici. Sintesi del controllore mediante il luogo delle radici
5. Teoria dei Regolatori standard PID
6. Strumenti software per la modellistica e il progetto del controllo. Matlab e Simulink.

Metodi didattici

Il corso prevede lezioni teoriche in aula e esercitazioni di laboratorio sulla analisi dei sistemi dinamici tramite modelli matematici simulati con il linguaggio Matlab/Simulink.

Testi di riferimento

- Dispense su dolly

- Richard C. Dorf, Robert H. Bishop, Modern Control Systems, 13th edition. Pearson, Prentice Hall.

Verifica dell'apprendimento

L'esame prevede una prova orale, in cui verranno valutate tutte le competenze (sia teoria che esercizi).

È inoltre prevista una prova intermedia, per gli studenti in corso. Si tratterà di una prova scritta, erogata unicamente in presenza, nella quale verranno verificate le competenze apprese nella prima parte del corso (sia teoria che esercizi).
In caso di esito positivo della prova intermedia (valutazione >=18/30), gli studenti dovranno sostenere la prova orale, che verterà sugli argomenti appresi nella seconda parte del corso (sia teoria che esercizi) nella sessione estiva immediatamente successiva alla fine del corso. In caso di esito insufficiente della prova orale, l'esame dovrà essere svolto nuovamente in modalità standard (prova orale su tutto il programma).

Le regole illustrate si applicano ad esami in presenza. Tempi e modalità potranno variare a seguito di situazioni contingenti che costringano ed erogare esami online

Risultati attesi

Gli obiettivi di apprendimento attesi a seguito del completamento del corso e superamento del relativo esame sono, con riferimento ai descrittori di Dublino, i seguenti:

Conoscenza e capacità di comprensione:

Tramite lezioni in aula, lo studente apprende i metodi principali della modellistica e della progettazione dei sistemi di controllo.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:

Tramite le esercitazioni pratiche (svolte tramite esercizi alla lavagna e al calcolatore), lo studente è in grado di applicare le conoscenze acquisite per l'analisi e la progettazione di sistemi di controllo.

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.

Abilità comunicative:

Lo studente avrà sviluppato la capacità di esporre in modo chiaro gli argomenti affrontati nel corso argomentando con precisione.

Autonomia di giudizio:

Lo studente avrà sviluppato la capacità di scegliere autonomamente le metodiche di analisi e soluzione dei problemi relativi alle tematiche affrontate nel corso.