ADVANCED CIRCUIT ANALYSIS AND DESIGN

Il corso fornisce una introduzione ai fondamenti della simulazione e dell'ottimizzazione dei circuiti.

Conoscenza e comprensione

Conoscenza di base della formulazione delle equazioni circuitali orientata alla simulazione e alla soluzione di circuiti lineari e non lineari.

Conoscenza di base dei simulatori circuitali e delle tecniche di ottimizzazione.

Comprensione di base dei problemi di simulazione circuitale e progettazione ottima.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Gli studenti saranno in grado di utilizzare correttamente i simulatori circuitali e gli algoritmi di ottimizzazione per la progettazione di circuiti e reti elettriche.

Autonomia di giudizio

Gli studenti potranno scegliere l'approccio di simulazione e ottimizzazione più adatto alla loro applicazione.

Abilità comunicative

Lo studente apprenderà il linguaggio tecnico della simulazione e ottimizzazione dei circuiti. Il corso prevede seminari che consentono l'interazione tra studenti ed esperti  del settore industriale.

Capacità di apprendimento

Lo studente acquisirà i fondamenti necessari per comprendere argomenti più complessi di simulazione circuitale e di progettazione ottima non trattati nel corso. Tale capacità verrà affinata attraverso la partecipazione a seminari la cui comprensione presuppone la conoscenza e la comprensione degli argomenti trattati nel corso.

Lezioni in aula. Laboratorio CAD.

Conoscenza dei fondamenti di Algebra Lineare ed Elettrotecnica.

La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma è fortemente consigliata.

Panoramica sulla simulazione circuitale

Equazioni dei dispositivi. Formulazione delle equazioni. Tecniche di soluzione. Circuiti non lineari. Circuiti dinamici. Flusso di simulazione dei circuiti dinamici non-lineari.

Soluzione di equazioni circuitali algebriche lineari

Metodo del Tableau sparso e metodo dei nodi: approccio basato sul componente. Risolvibilità unica. Metodo dei nodi modificato: approccio basato sul componente. Formulazione di equazioni dinamiche lineari. Soluzione di equazioni circuitali algebriche lineari. Eliminazione gaussiana. Cenni sulla fattorizzazione LU.

Soluzione di equazioni circuitali algebriche non-lineari

Elementi non lineari. Formulazione del Metodo dei nodi modificato per circuiti non lineari. Introduzione all'analisi DC non lineare. Introduzione al metodo di Newton. Il caso unidimensionale. Panoramica del caso multidimensionale. Cenni sui metodi Quasi-Newton. Applicazione alla simulazione circuitale.

Cenni di soluzione di equazioni circuitali differenziali

Elementi dinamici. Formulazione del Metodo dei nodi modificato per circuiti dinamici non lineari. Cenni sul sistema di equazioni differenziali algebriche e ordinarie nell'analisi dei circuiti. Introduzione al metodo di Eulero. Cenni sull'applicazione alla simulazione circuitale.

Qualità della potenza

Introduzione alla qualità della potenza. Carichi non lineari nelle reti elettriche. Effetti delle macchine elettriche e dei convertitori elettronici di potenza. Introduzione ai filtri. L'approssimazione di Butterworth. L'approssimazione di Chebyshev. Trasformazione di frequenza e impedenza. Trasformazione da passa basso a passa alto. Trasformazione da passa basso a passa banda. Trasformazione da passa basso a notch. Realizzazione di filtri passivi.

Modellazione, simulazione e ottimizzazione di circuiti

Simulatori e netlist Spice. Simulatore circuitale Simscape: interfaccia grafica, simulazione e acquisizione forme d'onda. Integrazione netlist Spice in Simscape e interazione con MATLAB per l'analisi parametrica dei circuiti. Cenni sull'ottimizzazione stocastica e deterministica. Strumenti per l’ottimizzazione in MATLAB. Progettazione ottima dei circuiti. Modellazione industriale dei dispositivi MOSFET al carburo di silicio.

1) Farid N. Najm, “Circuit Simulation”, John Wiley & Sons, 2010.

2) H. Michael Thomas, “Advanced Circuit Analysis and Design”, CreateSpace Independent Publishing Platform 2014.

3) Bhim Singh, Ambrish Chandra, Kamal Al-Haddad, “Power Quality: Problems and Mitigation Techniques”, John Wiley & Sons, 2015.

4) Slides projected during the lessons.

Esame orale

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.

Una lista di domande tipiche è presente sul portale Studium.