B2378 - THEORY OF SYSTEMS AND CONTROLS FOR AUTOMATION

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student handles Linear Time-Invariant systems and their representation through Laplace transform and inverse transform and transfer functions, the basic principles of linear-system stability and the response modes (1st and 2nd order elementary systems and their composition to implemented higher-order systems). Students know how to use Bode and Nyquist diagrams and root locus to describe structural properties of linear systems, and how to design controllers for linear systems, lead and lag networks, PID controllers, cascade controllers. Nonlinear system control, with linearization-based control will also be introduced.

Contenuti

• Cenni storici. Definizione di sistema, collegamento, ingressi di controllo e di disturbo. Modelli matematici. Definizione di controllo automatico. Esempi di sistemi di controllo. Controllo in anello aperto ed in anello chiuso.

• Elementi di Modellistica. Sistemi elettrici. Sistemi meccanici dotati di moto di traslazione e di moto rotatorio. Sistemi idraulici e termici. Sistemi elettromeccanici: servomotori in c.c.

• Analisi nel dominio della frequenza. Problema delle condizioni iniziali. La risposta forzata e la funzione di trasferimento. Passaggio dallo spazio degli stati alla funzione di trasferimento.

• Forme canoniche della f.d.t., poli e zeri, costanti di tempo. Legame tra la mappa dei poli e zeri e l'andamento della risposta all'impulso. Risposte ai segnali canonici dei sistemi di primo e secondo ordine. Risposte dei sistemi di ordine superiore e criteri di dominanza.

• Algebra degli schemi a blocchi e formula di Mason.

• Funzione di risposta armonica: definizione e legami con la risposta all'impulso e con la f.d.t.. Diagramma di Bode e regole per il tracciamento. Diagrammi di Nyquist e loro tracciamento.

• Sistemi in retroazione ed errori in regime permanente. Classificazione dei sistemi in base al tipo. Ruolo degli ingressi. Ingressi canonici.

• Reiezione dei disturbi nei sistemi in anello aperto ed in quelli in anello chiuso. Funzioni sensibilità e sensibilità complementare. Effetto dei disturbi in relazione al punto di ingresso nell'anello di controllo. Sensibilità parametrica nel ramo diretto e nel ramo di retroazione.

• Criterio di Routh. Utilizzo del criterio di Routh e casi particolari.

• Luogo delle radici, luogo delle radici complementare e contorno delle radici. Regole per il tracciamento. Sintesi attraverso il luogo delle radici.

• Metodi di sintesi nel dominio dei tempi e nel dominio delle frequenze. Soddisfacimento specifiche statiche e principio del modello interno.

• Reti correttrici: ritardatrice, anticipatrice. Formule di inversione.

• Regolatore PID e metodo di taratura di Ziegler-Nichols.

• Controllo in cascata, pre&filtraggio segnale di riferimento, schemi di controllo Feedforward/Feedback, desaturazione dell'azione integrale.

• Utilizzo di Matlab/Simulink per il progetto dei sistemi di controllo. Esempi di progetto per modelli lineari e non lineari tramite linearizzazione.

Testi/Bibliografia

• G. Marro. Controlli Automatici. Zanichelli Ed. Bologna

• P.Bolzern, R.Scattolini, N.Schiavoni. "Fondamenti di Controlli Automatici", McGraw Hill 2004

• R. Carloni, C. Melchiorri, G. Palli, "Esercizi di Controlli Automatici e Teoria dei Sistemi", Progetto Leonardo, Bologna

• R. Zanasi, "Esercizi di Controlli Automatici. Testi d'esame svolti", Esculapio, Progetto Leonardo, Bologna

• Dispense e altro materiale forniti dal docente

Metodi didattici

• lezioni frontali da parte del docente

• esercitazioni in aula

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

• orale individuale su argomenti del corso

Strumenti a supporto della didattica

Dispense fornite dal docente, Matlab e Simulink

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gianluca Palli

Consulta il sito web di Umberto Soverini