49765 - DIAGNOSTICA E CONTROLLO LS

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso, collocato al terzo ciclo del primo anno della LS di Ingegneria dell'Automazione, intende fornire una visione sistematica delle principali metodologie disponibili e delle norme tecniche utilizzabili per un razionale superamento dei problemi dovuti a guasti e malfunzionamenti che possono presentarsi nei moderni sistemi automatizzati.

La problematica è largamente sentita in diverse aree ingegneristiche, dai sistemi manifatturieri ai sistemi di trasporto, dall'industria di processo chimico e petrolchimico a quella della produzione di energia, fino ad arrivare alle macchine automatiche per il packaging e in generale ai sistemi elettromeccanici.

L'attenzione generale del corso è rivolta ad introdurre il concetto che la  soluzione del problema passa attraverso un'attenta integrazione di ridondanze HW e di funzioni SW model based.

Contenuti

Introduzione

Definizione e modellistica di fault

Definizione di sistema di controllo tollerante ai guasti

Problema della diagnostica

Problema della riconfigurazione

Approcci tradizionali

Definizione di ridondanze analitiche

Definizione dei requirements

Approccio attivo Vs. Approccio passivo

Diagnostica dei guasti consistency based

Il problema dell'isolamento

Fault Accommodation Vs. Controller Reconfiguration

Metodologia di progettazione volta alla safety e alla fault tolerance

I sistemi safety critical e la loro progettazione

Fault avoidance, removal, tolerance

Gli indici di sicurezza e availability

Fault tolerance per i componenti

Fault tolerance per il sistema di controllo

Specifiche di sicurezza e tolleranza secondo la normativa IEC 61508

Analisi dei guasti: gli strumenti della norma

Seminario su sicurezza nel controllo di processo – Prof. Gigliola Spadoni

Seminario su sicurezza e affidabilità in ambito ferroviario – Ing. Cristian Vercilli

Diagnostica e isolamento dei guasti

Principi di diagnostica model-based

Il generatore di residui

Diagnosi mediante osservatore dello stato

Diagnosi mediante equazioni di parità

Diagnosi mediante stima dei parametri

La valutazione dei residui

Seminario su diagnostica e fault tolerance in ambito Automotive – Prof. Carlo Rossi

Cenni di tecniche avanzate

Diagnostica di guasti mediante problema di stima (Unknown Input Observers)

Diagnostica di guasti mediante Filtro di Kalman

Diagnostica di guasti nei sistemi ad eventi discreti

Seminario sulla diagnostica di macchine elettriche – Prof. Fiorenzo Filippetti

Testi/Bibliografia

Per slides ed approfondimenti, Progetto E-learning, biblioteca digitale della Facoltà di Ingegneria, Bologna:  http://elearning.ing.unibo.it/

Bibliografia

Blanke, M., Kinnaert, M., Lunze, J., Diagnosis and Fault-tolerant Control, Springer, ISBN 3-540-01056-4, 2003.

Patton, R.J., Frank, P.M., Clark, R.N., Issues of Fault Diagnosis for Dynamic Systems, Springer, ISBN 3-540-19968-3, 2000.

Isermann, R., Schwarz, R., Stolz, S., Fault-Tolerant drive-by-wire systems, IEEE Control Systems Magazine, October 2002.

Smith, D.J.. Simpson, K.G.L, Functional safety: A Straightforward Guide to Applying IEC 61508 and Related Standards, Elsevier, ISBN 0750662697, 2004.

Andrews, J.D., Moss, T.R., Reliability and Risk Assessment, Professional Engineering Publications, ISBN 1 86058 290 7, 2002.

Simani, S., Fantuzzi, C., Patton, R.J., Model-based Fault Diagnosis in Dynamic Systems using Identification Techniques, Springer, ISBN 1-85233-685-4, 2003.

Ding, S.X., Model-Based Fault Diagnosis Techniques: Design Schemes, Algorithms, and Tools, Springer, ISBN 3540763031, 2008.

Bonivento, C., On-line state estimation and indirect measurement in safeguards systems, in: Argentesi, F., Avenhaus, R. Franklin, M., Shipley, J.P., Mathematical and Statistical Methods in Nuclear Safeguards, Harwood Academic Publishers, ISBN 3-7186-0124-9, 1981.

Zhang, Q., Basseville, M., Benveniste, A., Fault detection and isolation in nonlinear dynamic systems: a combined input-output and local approach, Technical note n. 1074, IRISA-INRIA, www.irisa.fr, 1996.

Sampath, M., Sengupta, R., Lafortune, S., Sinnamohideen, K., Failure Diagnosis Using Discrete Event Models,  IEEE Trans. on Control Systems Technology, Vol. 4, No. 2, March, 1996, pp. 105-124.

Paoli, A., Lafortune, S., Safe diagnosability for fault-tolerant supervision of discrete-events systems, Automatica, Vol. 41, No. 8, August, 2005.

Proceedings of the Ph.D. School “Diagnostica e Controllo Tollerante ai Guasti di Sistemi Dinamici”,  15-17 Luglio 2004, Bertinoro, http://control.units.it/Bertinoro_2004, Coordinators: Edoardo Mosca e Thomas Parisini, Speakers: Giovanni Marro, Jakob Stoustrup, David Angeli, Claudio De Persis, Lorenzo Marconi, Thomas Parisini, Andrea Paoli, Eva Wu, Carlo Rossi

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni di gruppo. Gli studenti sono incoraggiati a sviluppare e discutere un progetto relativo all'analisi di sicurezza di un sistema di produzione.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova di esame consisterà di norma in una prova orale con domande sui vari argomenti sviluppati durante il corso.
E' obbligatoria l'iscrizione su Uniwex entro il giorno precedente la data scelta tra quelle fissate per l'esame.
E' opzionale poter sviluppare uno studio dei problemi legati alla diagnostica di guasti sul sistema micro-FMS disponibile presso l'ex-Lab2 o su un sistema di propulsione navale simulato tramite Matlab/Simulink. In tal caso la discussione dei contenuti della relazione costituisce parte dell'esame stesso.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Claudio Bonivento