Controlli Automatici - Appunti

Ingegneria

FACOLTÀ 2012 2013

2013-2014

ANNO ACCADEMICO Ingegneria Elettronica

CORSO DI LAUREA Controlli Automatici

INSEGNAMENTO Caratterizzante

TIPO DI ATTIVITÀ Ingegneria Informatica

AMBITO DISCIPLINARE 02190

CODICE INSEGNAMENTO NO

ARTICOLAZIONE IN MODULI

NUMERO MODULI ING-INF/04

SETTORI SCIENTIFICO DISCIPLINARI Francesco Alonge

DOCENTE RESPONSABILE Professore Ordinario

Università di Palermo

12

CFU 180

NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO

STUDIO PERSONALE 120

NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE

ATTIVITÀ DIDATTICHE ASSISTITE Insegnamenti nel settori della Matematica

PROPEDEUTICITÀ 2

ANNO DI CORSO Consultare il sito www.ingegneria.unipa.it

SEDE DI SVOLGIMENTO DELLE

LEZIONI Lezioni frontali, Esercitazioni in aula

ORGANIZZAZIONE DELLA DIDATTICA Facoltativa

MODALITÀ DI FREQUENZA Prova Orale, Prova Scritta

METODI DI VALUTAZIONE Voto in trentesimi

TIPO DI VALUTAZIONE Consultare il sito www.ingegneria.unipa.it

PERIODO DELLE LEZIONI Consultare il sito www.ingegneria.unipa.it

CALENDARIO DELLE ATTIVITÀ

DIDATTICHE Martedì-Mercoledì-Giovedì ore 9-10

ORARIO DI RICEVIMENTO DEGLI

STUDENTI

RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding):

• Il corso di Controlli Automatici è un corso di base nell’ambito dell’analisi dei sistemi

dinamici e del progetto di sistemi di controllo per sistemi reali di qualunque natura. E’

infatti rivolto ad allievi sia dei Corsi di Laurea di Ingegneria dell’Informazione che di

alcuni dei Corsi di Laurea di Ingegneria Industriale (Elettrica, Meccanica). Lo studente, al

termine del corso, avrà acquisito un nuovo approccio per affrontare e risolvere problemi

ingegneristici di notevole importanza dal punto di vista applicativo. Tale approccio si basa

sulla costruzione di un modello matematico del sistema sotto studio, sulla validazione

sperimentale di tale modello, sulla individuazione e verifica di diverse proprietà del

modello utili anche al fine di determinare le tecniche idonee per il progetto del sistema di

controllo, sulla validazione delle prestazioni del sistema di controllo mediante esperimenti

di simulazione digitale effettuata su Personal Computer utilizzando strumenti software

adeguati e, infine, sulla verifica sperimentale su prototipo utilizzando dispositivi di

prototipazione rapida per l’implementazione della parte controllante del sistema di

controllo stesso.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate (applying knowledge and understanding):

• Il corso di Controlli Automatici è un corso di base nell’ambito dell’analisi dei sistemi

dinamici e del progetto di sistemi di controllo per sistemi reali di qualunque natura. E’

infatti rivolto ad allievi sia dei Corsi di Laurea di Ingegneria dell’Informazione che di

alcuni dei Corsi di Laurea di Ingegneria Industriale (Elettrica, Meccanica). Lo studente, al

termine del corso, avrà acquisito un nuovo approccio per affrontare e risolvere problemi

ingegneristici di notevole importanza dal punto di vista applicativo. Tale approccio si basa

sulla costruzione di un modello matematico del sistema sotto studio, sulla validazione

sperimentale di tale modello, sulla individuazione e verifica di diverse proprietà del

modello utili anche al fine di determinare le tecniche idonee per il progetto del sistema di

controllo, sulla validazione delle prestazioni del sistema di controllo mediante esperimenti

di simulazione digitale effettuata su Personal Computer utilizzando strumenti software

adeguati e, infine, sulla verifica sperimentale su prototipo utilizzando dispositivi di

prototipazione rapida per l’implementazione della parte controllante del sistema di

controllo stesso.

Autonomia di giudizio (making judgements)

• Lo studente sarà capace di verificare le proprietà del modello sotto studio e, di

conseguenza, di valutare le azioni da intraprendere per conseguire gli obiettivi finali del suo

studio che sono quelli di costruire un sistema di controllo che permetta di soddisfare

assegnate specifiche di progetto.

Abilità comunicative (communication skills)

• Le abilità comunicative dello studente verranno evidenziate nel corso delle prove orali di

esame.

Capacità di apprendere (learning skills)

• Il corso si pone anche l’obiettivo di stimolare l’interesse dello studente per l’approccio di

tipo sistematico utilizzato nella trattazione dei vari argomenti oggetto del corso stesso. Lo

studente che acquisirà tale metodologia di studio sarà sicuramente in grado di proseguire gli

studi di ingegneria con maggiore autonomia e con maggiore profitto.

OBIETTIVI FORMATIVI

Gli obiettivi del corso sono quelli dello studio dei sistemi reali mediante un approccio basato su di

un modello matematico del sistema stesso. Tale modello viene utilizzato sia per valutare il

comportamento dinamico e a regime mediante simulazione su PC in ambiente software dedicato,

usualmente l’ambiente Matlab-Simulink, sia per definire e valutare importanti aspetti del

comportamento del sistema reale stesso a partire dalla definizione e dallo studio di certe proprietà

del modello, fra le quali rivestono fondamentale interesse la stabilità, la controllabilità,

l’osservabilità, il comportamento a regime permanente e quello transitorio. Il modello matematico

viene anche utilizzato per la progettazione di un controllore da associare al sistema reale in modo

che l’intero sistema sia in grado di conseguire prefissate prestazioni. In vista anche della

opportunità di implementare il controllore su supporto digitale, ad esempio un processore digitale

di segnale, vengono forniti metodi di studio dei sistemi a tempo discreto e dei sistemi a dati

campionati. Controlli Automatici

ORE FRONTALI LEZIONI FRONTALI

2 Introduzione al corso

4 Modellistica ω

12 Studio di modelli lineari e tempo-invarianti nei domini del tempo, di s e di

8 Proprietà dei modelli: controllabilità, osservabilità e stabilità

6 Risposta in frequenza, legami globali

3 Sistemi di controllo a catena aperta e a catena chiusa

3 Criterio di Nyquist

4 Comportamento in regime permanente e transitorio dei sistemi di

asservimento e di regolazione

2 Carte di Hall, Nichols ω

6 Progetto di controllori basato su reti di correzione nel domini di

2 Luogo delle radici

4 Sintesi per tentativi nel dominio di s

4 Controllori PID

2 Modelli ingresso-uscita, problema della realizzazione

2 Teoremi di Kalman

4 Sintesi con reazione dallo stato, Osservatore di Luenberger, Sintesi con

reazione dall’uscita

4 Studio dei modelli a tempo discreto lineari e stazionari nel dominio del tempo

e di z

2 Studio nel dominio della frequenza

ESERCITAZIONI

4 Trasformata e anti trasformata di Laplace: richiami ed esercizi

2 Modellistica ω

10 Studio di modelli lineari e tempo-invarianti nei domini del tempo, di s e di

1 Proprietà dei modelli: controllabilità, osservabilità e stabilità

2 Criterio di Nyquist ω

10 Progetto di controllori basato su reti di correzione nel domini di

4 Luogo delle radici

5 Sintesi in s

3 Progetto regolatori PID

5 Discretizzazioni di modelli a tempo continuo, sintesi con reazione dallo stato,

Sintesi osservatori, sintesi con reazione dall’uscita per il controllo del moto

longitudinale di un aeromobile

Appunti dalle lezioni: parte in rete e parte copia cartacea

TESTI Bolzern-Scattolini-Schiavoni. Fondamenti di Controlli Automatici, terza

CONSIGLIATI edizione, McGraw-Hill

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