00196 - CONTROLLI AUTOMATICI

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze di base sui principi fondamentali di funzionamento dei sistemi di controllo automatico in catena aperta ed in catena chiusa, sulle tecniche elementari per l'analisi delle proprietà dei sistemi dinamici lineari stazionari (SISO), sulla sintesi dei sistemi di controllo in retroazione, sulle modalità di utilizzo dei principali componenti (attuatori e sensori) nelle catene di controllo.

Programma/Contenuti

Il corso si propone di fornire i principi fondamentali di funzionamento dei sistemi di controllo automatico in catena aperta ed in catena chiusa.

Vengono introdotte le tecniche elementari per:

- l'analisi delle proprietà dei sistemi dinamici lineari stazionari SISO

- la sintesi dei sistemi di controllo in retroazione

- le modalità di utilizzo dei principali componenti (attuatori e sensori) nelle catene di controllo.

Durante il corso vengono presentate alcune applicazioni di analisi e controllo: sospensioni meccaniche di un veicolo, modi autopilota di regolazione rollio/beccheggio, servi di posizione/velocità, stabilizzazione e controllo di un Hoverboard.

Programma

1) Generalità

Concetti introduttivi sui controlli automatici. I sistemi dinamici. Modelli matematici. Esempi. Sistemi lineari. Regole di composizione di diagrammi a blocchi.

I sistemi automatici di controllo: il controllo in catena aperta ed il controllo in retroazione

Esempi di sistemi automatici di controllo: asservimenti di posizione, velocità, livello e temperatura.

2) Modelli matematici e metodi trasformazionali

Equazioni differenziali ordinarie. Trasformate di Laplace: definizioni e proprietà.

Funzione di trasferimento e funzione di risposta impulsiva. Esempi

3) Analisi dei sistemi dinamici

Antitrasformate di Laplace. Parametri della risposta dei sistemi del I° e 2° ordine in risposta ad un ingresso a gradino.

4) Stabilità

Definizione di Stabilità. Stabilità alle perturbazioni. Stabilità ILUL. Criterio di Routh. Effetto degli zeri.

5) Analisi armonica

La funzione di risposta armonica. Legame con la funzione di risposta impulsiva e proprietà. Diagrammi di Bode. Diagrammi polari.

6) Retroazione

Proprietà della retroazione. Errori a Regime. Il criterio di stabilità di Nyquist per la stabilità dei sistemi in retroazione. I margini di ampiezza e di fase per l'analisi del comportamento dinamico. Sistemi con ritardo. Luogo delle radici.

7) Sintesi dei regolatori

Specifiche dei sistemi di controllo. Progetto nel dominio delle frequenze. Reti correttrici. Regolatori standard. Progetto mediante luogo delle radici. Unità stabilizzante e unità di regolazione asintotica.

Testi/Bibliografia

Dispense fornite dal docente su AMS Campus

R. C. Dorf, R. H. Bishop, Controlli Automatici – undicesima edizione, Pearson Italia (Prentice Hall), Milano Torino, 2010

G. Marro, Controlli Automatici - Quinta Edizione, Zanichelli, Bologna, 2006

M.E. Penati, G. Bertoni, Automazione e sistemi di controllo Vol.I, II. Esculapio, Bologna, 2000

F. Golnaraghi, B. Kuo, Automatic Control Systems – Ninth Edition, John Wiley & Sons, 2010

G. F. Franklin, J. D. Powell, A. Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, 6th edition, Prentice-Hall, 2010

Metodi didattici

Lezioni frontali.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’appello di esame si svolge in due giorni: il primo giorno c’è uno scritto in cui lo studente deve svolgere un esercizio scritto articolato in alcuni quesiti di analisi e di progetto di un sistema di controllo. Ogni domanda ha un punteggio assegnato. Lo scritto è superato se il punteggio ottenuto è superiore a 14/30.

E’ obbligatorio iscriversi nella lista per lo scritto, pubblicata con sufficiente anticipo prima dell’esame, e che si chiude tre giorni prima dello scritto.

Il risultato dello scritto viene pubblicato su ALMAesami entro il giorno precedente la data dell’orale che coincide con quella di verbalizzazione del voto.

Chi supera lo scritto può sostenere l’orale, che è facoltativo. La data dell’orale è quella pubblicata immediatamente successiva a quella dello scritto, dopodiché lo scritto non è più valido ed occorre rifarlo. Non si può sostenere l’orale in un appello successivo a quello dello scritto.

Nel caso in cui si sostenga l’orale, il voto finale è quello ottenuto con l’orale, che può essere qualsiasi, indipendentemente da quanto ottenuto allo scritto. Il tipo e numero di domande all’orale invece dipende da come è andato lo scritto. L’orale consiste in domande di teoria del controllo, di cui lo studente deve dimostrare sufficiente padronanza, ed anche di esercizi.

Nel caso in cui non si faccia l’orale il voto finale è verbalizzato secondo quanto indicato nella seguente tabella riassuntiva complessiva.

 

Sia nel caso si sostenga l’orale che nel caso non lo si sostenga ma si voglia verbalizzare il voto, è obbligatorio iscriversi nella lista dell’orale/verbalizzazione. Tale lista resta aperta fino al giorno dell’orale compreso. La verbalizzazione del voto viene fatta il giorno dell’orale. Se si desidera verbalizzare senza fare l’orale si può anche mandare comunicazione via email al docente che si accetta il voto dello scritto, con le regole stabilite in tabella. La comunicazione deve comunque avvenire entro il giorno dell’orale/verbalizzazione, e in questo caso è possibile non presentarsi fisicamente il giorno dell’orale/verbalizzazione, pur restando necessaria l’iscrizione in lista orale/verbalizzazione.

Il giorno dell’orale/verbalizzazione si può anche controllare il proprio compito assieme al docente, anche per coloro che non hanno superato lo scritto. Questi ultimi non devono mettersi in lista.

Allo scritto è permesso portare e consultare le dispense del corso, libri, i propri appunti, purché su supporto cartaceo. Non è permesso utilizzare dispositivi di comunicazione quali computer, smartphone e/o tablet. E’ consigliato portare allo scritto una propria calcolatrice, programmabile o no.

Strumenti a supporto della didattica

Prevalentemente si utilizza la lavagna.

Si utilizza qualche volta anche la proiezione di video e slide.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Matteo Zanzi