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Roberto ZANASI
Professore Ordinario
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Modeling and Control of Electromechanical Systems
Electronics Engineering - Ingegneria Elettronica (Offerta formativa 2022)
Obiettivi formativi
Il corso fornisce gli strumenti base per modellare, simulare e controllare sistemi elettromeccanici. In particolare, verrà presentata e discussa la tecnica modellistica Power-Oriented Graphs (POG). Nel corso verranno presentati molti esempi applicativi, sua lineari che non lineari. Gli esempi applicativi verranno sviluppati, prevalentemente, in ambiente Matlab/Simulink.
Prerequisiti
Trasformate di Laplace. Analisi temporale e frequenziale dei sistemi dinamici lineari. Stabilità dei sistemi dinamici retroazionati.
Programma del corso
1) Tecnica modellistica Power-Oriented Graphs (POG) (2 CFU)
Sezioni di potenza e flussi di potenza.
Tecniche modellistiche basate sui flussi di potenza: BG, POG e EMR.
Blocchi di tipo Elaborazione e di tipo Connessione. Domini energetici.
Struttura dinamica POG dei sistemi fisici.
Connessioni in serie e in parallelo di elementi fisici.
Esempi di modellazione di sistemi fisici.
2) Modello dinamico POG nello spazio degli stati. (1 CFU)
Come leggere il modello dinamico POG di un sistema fisico.
Trasformazioni nello spazio degli stati.
Trasformazione di Similitudine e trasformazione Congruente.
Come ottenere un modello ridotto utilizzando le trasformazioni congruenti.
3) Programma POG Modeler (0,5 CFU)
Caratteristiche principali e come utilizzare il programma.
4) Esempi di modellazione POG e simulazione di sistemi fisici (2,5 CFU)
Ambienti Matlab e Simulink
Sistema di frizione idraulica
Sistema meccanico con non linearità (gioco e attrito Coulombiano).
Sistemi lineari POG tempo-varianti.
Sistema fisico biella manovella.
Sistemi meccanici epicicloidali: modello completo e modello rigido ridotto.
Sistemi meccanici epicicloidali: modello elastico ridotto.
Sistemi meccanici epicicloidali: modellazione veloce. Esempi
Inversione ingresso-uscita di un sistema dinamico POG.
Sistemi POG non lineari: il caso vettoriale ed esempi di sistemi scalari non lineari.
Full Toroidal Variator (KERS).
Continuous Variable Transmission (CVT).
Collegamento dinamico di sottosistemi POG.
Metodi didattici
Le lezioni teoriche verranno svolte a distanza in modo asincrono a causa della situazione sanitaria COVID19. Le registrazioni video e i lucidi delle lezioni saranno disponibili sulla piattaforma Dolly.
Testi di riferimento
- Video e lucidi delle lezioni del docente.
- Videos and slides of the teacher's lessons.
Verifica dell'apprendimento
L'esame si compone di una parte teorica A) (max. 28 punti) e di un progetto scritto B) (max. 5 punti).
A) La parte teorica verrà svolta in forma scritta negli appelli di Gennaio/Febbraio e in forma orale negli appelli di Giugno/Luglio/Settembre.
A1) Compito scritto sulla parte teorica negli appelli di Gennaio/Febbraio (max. 28 punti).
a) durata: 90 minuti circa;
b) 12-16 domande teoriche o esercizi numerici;
c) durante il compito non sarà consentito consultare materiale didattico;
d) Se possibile, il compito verrà svolto in presenza.
e) Nel caso in cui il compito venga svolto da remoto (online), il compito si svolgerà sotto la supervisione video del docente e dei suoi collaboratori.
A2) Esame orale sulla parte teorica negli appelli di Giugno/Luglio/settembre (max. 28 punti).
Durata: 60 min se l'esame è in presenza e 90 min se l'esame è svolto in forma telematica.
Struttura dell'esame orale: domande teoriche e piccoli esercizi sui principali argomenti del corso.
B) Il progetto scritto (5-10 pagine, max 5 punti) consiste nella modellistica e nella simulazione in ambiente Matlab/Simulink di un sistema fisico.
Il titolo del progetto scritto va concordato con il docente. Il progetto, una volta terminato, va inviato per email al docente.
Il punteggio finale è dato dalla somma dei punteggi ottenuti nella parte teorica (max. 28 punti) e nel progetto scritto (max 5 punti)
La lode verrà assegnata se il punteggio finale supera 31.5.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione: Tramite lezioni in aula lo studente apprende i principali metodi per modellare, simulare e controllare sistemi elettromeccanici.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente è in grado di modellare e simulare sistemi elettromeccanici utilizzando la tecnica modellistica Power-Oriented Graphs (POG).
Autonomia di giudizio: la tecnica modellistica POG fornisce allo studente la possibilita' analizzare, modellare e simulare sistemi fisici di qualunque natura.
Abilità comunicative: Le lezioni teoriche e le esercitazioni in aula 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.