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NICOLA MIMMO
Docente Interateneo Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Electronic Systems/Automatic Controls
Advanced Automotive Engineering (D.M.270/04) (Offerta formativa 2020)
Obiettivi formativi
MODULO SISTEMI ELETTRONICI
Il corso si propone di fornire agli studenti gli strumenti per conoscere e comprendere gli elementi fondamentali sulla base dei quali operano i sistemi elettronici in uso in ambito automotive. La finalità non è quella di formare progettisti elettronici, quanto di offrire una competenza larga e di base sul funzionamento dei sistemi elettronici, ovvero sviluppare la capacità di lavorare all’interno di team interdisciplinari che comprendano anche progettisti elettronici ed esperti di tecnologie dell’informazione.
MODULO CONTROLLI AUTOMATICI
After a brief summary on elementary concepts of linear algebra, the course will provide students with the fundamental tools for the modelling and analysis of (multivariable) dynamic systems and their structural properties. Basic tools of system theory will be introduced, and the design of advanced control schemes addressed
Prerequisiti
MODULO SISTEMI ELETTRONICI
- Fondamenti di Teoria dei Circuiti
- Elementi di base di informatica e reti logiche
MODULO CONTROLLI AUTOMATICI
- Algebra Lineare;
- Analisi dei sistemi SISO: Trasformata di Laplace; Diagrammi di Bode e di Nyquist; Criteri di stabilità per sistemi SISO;
- PID for SISO systems;
Programma del corso
MODULO SISTEMI ELETTRONICI
Introduzione: sensing, condizionamento di segnale, elaborazione dell’informazione, attuazione. Struttura di sistemi elettronici interfacciati con parti meccaniche. Richiami di teoria dei circuiti.
Gli ingredienti: elementi di base su dispositivi. Diodi, transistor MOS, dispositivi di potenza. Uso dei transistor come interruttori e come regolatori continui.
Elementi di tecnologie per la realizzazione di sensori e trasduttori.
Sistemi digitali: elementi di reti logiche; segnali digitali; reti combinatorie e sequenziali; famiglie logiche; rappresentazione di numeri; blocchi funzionali fondamentali. ALU e microcontrollori. PLA e FPGA.
Sistemi analogici: amplificatore operazionale, filtri elementari, tecniche di condizionamento del segnale.
Acquisizione dati e rappresentazione dell’informazione: conversione D/A e A/D. Time encoding: conversione V/F e F/V; modulazioni a larghezza di impulso e a densità di impulso.
Cenni su attuazione e conversione di potenza: ancora sulla regolazione continua e la regolazione a commutazione.
MODULO CONTROLLI AUTOMATICI
PARTE 1 - TEORIA DEI SISTEMI
Rappresentazione nello spazio egli stati, stabilità, controllabilità, stabilizzabilità, osservabilità, detectabilità, decomposizione canonica di Kalman, controllo ottimo, stima ottima dello stato
PARTE 2 - DINAMICA DELGI AUTOVEICOLI
Pneumatici, dinamiche longitudinali, laterali e verticali
PARTE 3 - Applicazioni di controllo
Controlli longitudinali: Anti-Lock Braking System (ABS), Traction Control System (TCS), Adaptive Cruise Control (ACC)
Controlli verticali: Active Suspension Systems (ASS)
Controlli Laterali: Electronic Stability Control (ESC)
PARTE 4 - APPLICAZIONI DI STIMA
Velocità, rateo di imbardata, Scivolamento laterale, coefficienti di attrito
Metodi didattici
L’insegnamento prevede lezioni frontali teoriche, presentate sia alla lavagna, sia con l’ausilio di diapositive. Alcune lezioni saranno dedicate alla presentazione di esercizi, esempi, casi di studio sia alla lavagna sia con dimostrazioni basate sull’uso di sistemi di calcolo numerico (p.e., Matlab), ambienti grafici di programmazione e simulazione di sistemi dinamici multidominio (p.e., Simulink), o simulatori circuitali (p.e., Spice). Le diapositive del corso saranno rese disponibili agli studenti. Lo stesso avverrà per il codice utilizzato per gli esempi, le dimostrazioni e i casi di studio.
Testi di riferimento
- A. Smaili, F. Mrad, “Applied Mechatronics”, Oxford University Press, 2008
- W. Ribbens, “Understanding automotive electronics: an engineering perspective”, Elsevier, 8th Edition, 2017
AUTOMATIC CONTROLS MODULE
PART 1
[1] P. J. Antsaklis, A. N. Michel, "Linear Systems" - Birkhauser (2006) - - ISBN 978-0-8176-4434-5
[2] K. Zhou, J. C. Doyle, K. Glover, “Robust and Optimal Control” – Prentice Hall (1996)
[3] D. Simon, “Optimal State Estimation: Kalman, H Infinity, and Nonlinear Approaches” – Wiley (2006)
PARTS 2 to 4
[4] T. Gillespie, “Fundamentals of Vehicle Dynamics” - Weber (1992)
[5] U. Kiencke, L. Nielsen. “Automotive Control Systems: For Engine, Driveline and Vehicle” - Second Edition – Springer (2005) - ISBN 978-3-642-06211-7
[6] R. Rajamani. “Vehicle Dynamics and Control” – Springer (2012) - ISBN 978-1-4899-8546-0
[7] W. Chen, H. Xiao, Q. Wang, L. Zhao, M. Zhu. “Integrated Vehicle Dynamics and Control” – Wiley (2016)
Verifica dell'apprendimento
La valutazione dell’apprendimento si basa su una prova scritta e una prova orale.
La prova scritta comprende alcuni esercizi finalizzati a verificare sia la comprensione dei contenuti del corso (e in particolare di alcune parti di esso), sia l’acquisizione di una capacità pratica di maneggiare alcuni strumenti di analisi e di progetto.
La prova orale complementa quella scritta con l’approfondimento di aspetti teorici.
Risultati attesi
MODULO SISTEMI ELETTRONICI
Al termine del corso, lo studente possiede conoscenze utili a praticare forme semplici di condizionamento del segnale, acquisizione dati ed elaborazione dell’informazione con specifico riferimento ad applicazioni meccatroniche e automotive.
Inoltre, è educato a leggere documentazione tecnica, a interpretare i risultati di simulazioni di sistema e circuitali e a utilizzare formalismi, notazioni e indici di merito che ne favoriscano il proficuo inserimento in team interdisciplinari comprendenti esperti di tecnologie dell’informazione ed elettronica.
MODULO CONTROLLI AUTOMATICI
Al termine del corso, lo studente possiede conoscenze utili ad analizzare il comportamento dei sistemi dinamici nel dominio del tempo. E’ inoltre in grado di progettare strutture e algoritmi per il controllo della dinamica dei veicoli.