AUTOMATICA A - L

Modulo CONTROLLI AUTOMATICI

Il modulo si prefigge di raggiungere i seguenti obiettivi, in linea con i descrittori di Dublino:

1. Conoscenza e capacità di comprensione: gli studenti impareranno a:
- comprendere le basi del controllo in retroazione di un sistema dinamico lineare, tempo continuo e
tempo discreto;
-analizzarne la stabilità a ciclo chiuso anche a seguito di disturbi o variazioni parametriche;
- conoscere le specifiche di un sistema di controllo, sia nel dominio del tempo che della frequenza;
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: gli studenti saranno in grado di:
- eseguire il progetto di un controllore in retroazione per un sistema dinamico lineare, tempo
invariante e tempo continuo, con la possibilità di derivarne una versione digitale;
- eseguire il progetto utilizzando i regolatori standard di tipo PID
3. Autonomia di giudizio: gli studenti saranno in grado di giudicare il potenziale e i limiti della
Teoria del Controllo di Sistemi Lineari e Tempo-Invarianti (LTI) .
4. Abilità comunicativa: gli studenti saranno in grado di illustrare gli aspetti di base della Teoria
del Controllo di Sistemi LTI, interagire e collaborare in team con altri esperti nel settore del
controllo.
5. Capacità di apprendimento: gli studenti saranno in grado di estendere autonomamente le
proprie conoscenze sulla Teoria del Controllo di Sistemi LTI, attingendo alla vasta letteratura
disponibile nel settore.

I metodi didattici utilizzati durante il corso consistono essenzialmente in lezioni frontali sia eseguite alla lavagna, che con l'ausilio di personal computer  tramite cui possono essere proiettate sia slide su argomenti teorici che, presentati tramite supporto informatico, possono massimizzare gli obbiettivi formativi, sia  esempi di applicazione e simulazioni al calcolatore.

Sono previste anche esercitazioni in cui taluni studenti vengono invitati a parteciare attivamente all'esercizio, onde stimolare l'attenzione collettiva ed anche ricavare una valutazione 'a campione' dei risultati di apprendimento.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte
le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il
programma previsto e riportato nel syllabus.

Conoscenza degli argomenti del modulo di Teoria dei Sistemi, con particolare riferimento a:

Algebra dei numeri complessi; equazioni differenziali lineari; algebra delle matrici;

Il corso non prevede frequenza obbligatoria. L'assidua frequenza alle lezioni ed alle esercitazioni è  tuttavia  fortemente raccomandata per il
conseguimento dei previsti obiettivi formativi nei tempi stabiliti.

Modulo 1 Introduzione ai sistemi di controllo; performance della  risposta di sistemi lineari del primo e secondo ordine nel dominio del tempo: costanti di tempo, tempo di risposta,  tempo di salita, tempo di assestamento. Dipendenza delle caratteristiche della risposta dalla posizione dei poli del sistema nel piano s.  Caratteristiche della risposta in frequenza di sistemi del primo e del secondo ordine, pulsazione di attraversamento, banda passante, modulo alla risonanza. Sistemi a fase non-minima. Diagrammi polari. (Ore di didattica:9)

Modulo 2  Controllo a catena aperta e a catena chiusa. Effetto della retroazione sulla sensitività' alle  variazioni parametriche, sui disturbi in catena diretta ed in catena di retroazione  e sulla banda passante di un sistema lineare. Accuratezza a regime di un sistema retroazionato per ingressi a gradino, a rampa, a parabola, classificazione dei sistemi di controllo a controreazione in tipi. Analisi della  stabilita' dei sistemi lineari retroazionati mediante il criterio di Nyquist. Margine di fase e di guadagno. Metodo del luogo delle radici - Regole di tracciamento ed esempi. (Ore di didattica: 12)

Modulo 3 Specifiche di un sistema di controllo: specifiche statiche e dinamiche. Trasformazione di specifiche nel dominio del tempo in specifiche sulla risposta armonica. Carta di Nichols. Sintesi per tentativi. Reti compensatrici elementari: reti anticipatrici e reti attenuatrici. Sintesi per tentativi per compensazione della risposta in frequenza.  Sintesi con l'ausilio del luogo delle radici. (Ore di didattica: 12)

Modulo4 Realizzazione di reti compensatrici  tramite sia reti elettriche passive che amplificatori operazionali. Controllori standard di tipo PID: metodi di taratura empirici, metodi analitici di taratura.(Ore di didattica:6)

Modulo 5 Relazione tra il piano Z ed il piano S. Discretizzazione e ricostruzione. Teorema di Shannon.  Specifiche di un sistema di controllo nel discreto. Progettazione di un sistema di controllo discreto. Sintesi  del controllore discreto per traslazione. (Ore di didattica:5)

Modulo 6. Esercitazioni con l'ausilio del codice Matlab  (Ore di didattica: 6)

1. Norman Nise, Controlli Automatici,,CittàStudi;

2. Dorf, Bishop, Controlli Automatici, Pearson

Sono previste due prove in itinere, ciascuna con un punteggio fino a 15 punti. Gli studenti che cumulano un punteggio complessivo maggiore o uguale a  18 possono evitare di eseguire la parte di Controlli Automatici all'interno del compito scritto di Automatica, limitatamente agli  appelli della sessione estiva.

Gli appelli alla fine del corso fanno riferimmento alla intera materia "Automatica". Questi prevedono un prova scritta ed una orale. La prova scritta consisterà in un compito diviso in due parti: una riferita alla Teoria dei sistemi, l'altra ai Controlli Automatici, ciascuna consistente in esercizi e quesiti, con un punteggio complessivo di 15 punti ciascuna. Lo studente avrà accesso alla prova orale se avrà cumulato un punteggio maggiore o uguale a 18.

Per superare l'esame con la votazione minima di 18/30 lo studente dovrà dimostrare di saper rappresentare e analizzare le proprietà strutturali di un sistema LTI e progettare un controllore in retroazione con almeno una delle tecniche trattate nel corso.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Esempi di esercizi

1. Dato un sistema sotto forma di funzione di trasferimento, progettare un controllore in retroazione che soddisfi opportune specifiche statiche e dinamiche, utilizzando la sintesi per tentativi nel dominio della frequenza.

2. Dato un sistema sotto forma di funzione di trasferimento, determinarne la stabilità a ciclo chiuso utilizzando il criterio di Nyquist

Esempi di domande

1. Come si analizza la stabilità di un sistema retroazionato,

2. Criterio di nyquist: enunciato e dimostrazione,

3. Quali sono le specifiche di un sistema di controllo?

4. Come si trasformano le specifiche di un sistema di controllo dal dominio del tempo al dominio della frequenza,

5. Come si effettua la sintesi per tentativi?

6. Come si effettua la sintesi di un cun controllore standard di tipo PID?

7. Come si effettua la traslazione di un controllore analogico in forma digitale?