AUTOMATICA M - Z
Modulo CONTROLLI AUTOMATICI

Anno accademico 2024/2025 - Docente: Giuseppe NUNNARI

Risultati di apprendimento attesi

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. Progettazione di controllori digitali nel piano z.
  • eseguire il progetto utilizzando i regolatori standard di tipo PID
  • Eseguire il controllo di un sistema non lineare mediante il metodo della linearizzazione.

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.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

L'insegnamento verrà svolto mediante lezioni frontali e avvalendosi, quando ritenuto utile, del proiettore e di programmi software per la simulazione di sistemi dinamici e di controllo. Ciò servirà a rafforzare i concetti esposti nel corso delle lezioni frontali. 

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.

Prerequisiti richiesti

Aver seguito il modulo di Teoria dei Sistemi erogato nel primo modulo del corso di Automatica
Algebra dei numeri complessi; equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti; algebra delle matrici;
 

Frequenza lezioni

L'assidua frequenza alle lezioni ed alle esercitazioni è fortemente raccomandata per il conseguimento dei previsti obiettivi formativi.

Contenuti del corso

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)
Modulo 4 Realizzazione di reti compensatrici tramite sia reti elettriche passive che amplificatori operazionali. Controllori standard di tipo PID: metodi di taratura analitici ed empirici. (Ore di didattica:6)
Modulo 5 Relazione tra il piano z ed il piano s. Discretizzazione e ricostruzione. Criteri per la scelta del tempo di campionamento. Specifiche di un sistema di controllo nel discreto. Sintesi del controllore a tempo discreto per traslazione di un controllore a tempo continuo. Progettazione di un sistema di controllo a tempo discreto operando nel piano z. Sintesi di sistemi di controllo digitale a risposta piatta e tempo di risposta minimo. (Ore di didattica:5)

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

Testi di riferimento

1. Norman Nise, Controlli Automatici, CittàStudi;
2. Dorf, Bishop, Controlli Automatici, Pearson

Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
11 * 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.Libro di testo 1: capp.1-4 Dispense
22* 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.Libro di testo 1: capp.1-4 Dispense
33* Diagrammi polari. 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.Libro di testo 1: cap.10 Dispense
44* Accuratezza a regime di un sistema retroazionato per ingressi a gradino, a rampa, a parabola, classificazione dei sistemi di controllo a controreazione in tipi.Libro di testo 1: cap.10 Dispense
55* Analisi della stabilita' dei sistemi lineari retroazionati mediante il criterio di Nyquist. Margine di fase e di guadagno.Libro di testo 1: cap.10 Dispense
66 Metodo del luogo delle radici - Regole di tracciamento ed esempi.Libro di testo; cap.10 Dispense del docente
77* 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.Libro di testo 1: capp.8-10-11 Dispense
88* Sintesi per tentativi. Reti compensatrici elementari: reti anticipatrici e reti attenuatrici. Sintesi per tentativi per compensazione della risposta in frequenza.dispense del docente
99 Sintesi con l'ausilio del luogo delle radici. Libro di testo 1: capp.8-10-11 Dispense
1010 Realizzazione di reti compensatrici tramite sia reti elettriche passive che amplificatori operazionali.Libro di testo 2; dispense
1111* Controllori standard di tipo PID: metodi di taratura empirici, metodi analitici di taratura.Libro di testo 1: cap.9 Dispense
1212 Relazione tra il piano Z ed il piano S. Discretizzazione e ricostruzione. Teorema di Shannon. Specifiche di un sistema di controllo nel discreto.Libro di testo 1: capp.11 Dispense
13* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame. N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

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 riferimento 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.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

I testi dei compiti assegnati nel corso dei vari appelli saranno disponibili per il download nel sito dedicato al corso per gli studenti registrati. Essi consistono di  esercizi di esercizi da svolgere che esplorano tutti i principali argomenti del corso. Per quanto riguarda l'esame orale esso riguarda in primo luogo la discussione dell'elaborato scritto. Nel corso di tale discussione il docente effettua delle domande del tipo: 

Spiegare cosa si intende per sistema di controllo.

Spiegare vantaggi e svantaggi dei sistemi di controllo retroazionati rispetto ai sistemi di controllo a ciclo aperto.

Come si analizza la stabilità di un sistema retroazionato?

Enunciare il criterio di stabilità di Nyquist.

Cos'è e come si traccia il luogo delle radici ?

Quali sono le principali specifiche di un sistema di controllo ?

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

Esporre il metodo di sintesi per tentativi in frequenza.

Esporre il metodo di sintesi diretta.

Esporre il metodo di sintesi per tentativi mediante il luogo delle radici.

Esporre il metodo di taratura analitica di controllori standard di tipo PID.

Esporre i principali metodi di  taratura empirica per controllori di tipo PID.

Cosa si intende per sistema di controllo digitale

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

Spiegare come si progetta un controllore digitale operando nel dominio della variabile z.

Spiegare come si progetta un controllore digitale a risposta piatta e tempo di risposta minimo.

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