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Docente
ELIO USAI (Tit.)
CARLA SEATZU
Periodo
Annuale 
Modalità d'Erogazione
Blend/modalità mista 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/46 - Ord. 2016]  ELETTRICA ON LINE E IN PRESENZA (BLENDED) 12 72
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/56 - Ord. 2016]  ELETTRONICA ON LINE E IN PRESENZA (BLENDED) 12 72
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/66 - Ord. 2016]  INFORMATICA ON LINE E IN PRESENZA (BLENDED) 12 72

Obiettivi

In coerenza con gli obiettivi formativi del Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica, Elettronica e Informatica, obiettivo dell’insegnamento è quello di far acquisire allo studente conoscenze, abilità e competenze fondamentali nell'ambito dell'Automatica declinate secondo i cinque Descrittori di Dublino, e di seguito dettagliate.

* Conoscenza e capacità di comprensione:
lo studente conoscerà le modalità di rappresentazione dei sistemi dinamici, e gli strumenti per individuare le loro proprietà, comprendendone il relativo significato fisico. Conoscerà i componenti dei sistemi di controllo e saprà valutare le prestazioni dei singoli componenti e del sistema complessivo. Conoscerà le tecniche di base per la progettazione dei controllori single-loop comprendendone l'applicabilità a seconda del contesto.

* Conoscenza e Capacità di comprensione applicate:
lo studente saprà valutare le prestazioni dei sistemi dinamici lineari sulla base delle loro varie rappresentazioni matematiche e grafiche e le prestazioni dei sistemi di controllo in retroazione sulla base delle funzioni di trasferimento dei blocchi componenti. Saprà definire la funzione di trasferimento dei blocchi da inserire in un sistema di controllo single-loop per soddisfare le specifiche di prestazione. Avrà la capacità di individuare la tecnica di sintesi più efficace.

* Autonomia di giudizio:
lo studente sarà in grado di valutare criticamente i risultati della analisi effettuata mediante metodi formali e degli esiti della progettazione, anche mediante metodi approssimati.

* Abilità comunicative:
lo studente sarà capace di esprimere chiaramente concetti tecnici e scientifici nell'ambito dell'automatica, nei contesti dell'ingegneria elettrica e dell'informazione.

* Capacità di apprendere:
lo studente saprà integrare le conoscenze da varie fonti al fine di conseguire una visione ampia delle problematiche connesse alla analisi ed al progetto dei sistemi di controllo.

Prerequisiti

Per poter intraprendere proficuamente lo studio della teoria dei sistemi e dei controlli automatici lo studente deve aver acquisito da precedenti insegnamenti le seguenti conoscenze, abilità e competenze.
Conoscenze:
Elementi di base di algebra lineare. Funzioni trigonometriche, esponenziali e logarimiche e loro proprietà. Equazioni differenziali lineari ordinarie. Integrali. Numeri complessi. Proprietà dei polinomi. Trasformate di Fourier. Principi di fisica del corpo rigido e dei sistemi elettrici.

Abilità:
Calcolo algebrico, matriciale, differenziale. Studio e rappresentazione di funzioni di una o più variabili. Trasformazioni di variabili.

Competenze:
Capacità di applicare le metodologie dell'algebra, del calcolo differenziae e dell'analisi di funzioni per la rappresentazione e l'analisi di sistemi fisici.

E' obbligatorio aver conseguito i crediti relativi agli insegnamenti di Analisi matematica 1 e Fisica 1. E' consigliabile aver conseguito i crediti relativi agli insegnamenti di Matematica e Fisica 2 e seguire con profitto le lezioni di Matematica applicata ed Elettrotecnica.

Contenuti

ANALISI DEI SISTEMI

1. Introduzione (lez: 2 ore)
Automatica e sistemi.

2. Sistemi, modelli e loro proprietà (lez: 6 ore, es: 2 ore)
Descrizione di un sistema in termini di ingresso-uscita (IU) e in variabili di stato (VS). Modelli IU e VS. Esempi. Proprietà.

3. Analisi nel dominio del tempo dei modelli IU (lez: 7 ore, es: 2 ore)
Modello IU e problema di analisi. Eq. omogenea e modi. Evol. libera. Segnali e distribuzioni. La risposta impulsiva. Evol. forzata e integrale di Duhamel.

4. Analisi nel dominio del tempo dei modelli VS (lez: 6 ore, es: 2 ore)
Prob. di analisi. Matrice di transizione dello stato e sviluppo di Sylvester. Formula di Lagrange. Trasformazione di similitudine. Diagonalizzazione. Forma di Jordan. Matrice di transizione dello stato e modi.

5. Analisi nel dominio della variabile di Laplace (lez: 12 ore, es: 4 ore)
Trasf. e antitrasf. di Laplace. Proprietà fondamentali. Antitrasformazione delle funzioni razionali. Analisi dei modelli IU e dei modelli in VS. Funz. e matrice di trasferimento. Forme fattorizzate della funzione di trasferimento. Risposta forzata.

6. Analisi nel dominio della frequenza (lez: 6 ore, es: 2 ore)
Risp. armonica. Risp. a segnali dotati di serie o trasformata di Fourier. Diag. di Bode. Parametri caratteristici della risposta armonica ed azioni filtranti.

7. Stabilità (lez: 4 ore, es: 2 ore)
Stabilità BIBO. Stabilità secondo Lyapunov delle rappresentazioni in variabili di stato. Stabilità secondo Lyapunov dei sistemi lineari e stazionari. Criterio di Routh.

8. Laboratorio di analisi dei sistemi (lez: 3 ore)
Il linguaggio MATLAB e il control system toolbox.

CONTROLLI AUTOMATICI

9. Introduzione (lez: 1 ora, test: 1 ora)
Presentazione del modulo. Analisi e sintesi come tecniche complementari. Test di auto-verifica delle conoscenze preliminari.

10. Struttura di un sistema di controllo (lez: 7 ore, es: 2 ore)
Struttura di un sistema di controllo. Esempi di sistemi di controllo a ciclo aperto ed a ciclo chiuso. Richiami sui modelli di sistemi dinamici: la bobina elettrica, il motore in corrente continua a controllo di campo. Sistemi a modo dominante. Algebra degli schemi a blocchi. Effetti di carico. Funz. di trasf. di sist. interconnessi.

11. Stabilità dei sistemi in retroazione (lez: 8 ore, es: 4 ore)
Diagramma e criterio di Nyquist. Sistemi a stabilità regolare e margini di fase e guadagno. Luogo delle radici. Analisi modale dei sistemi in retroazione.

12. Specifiche nei sistemi di controllo (lez: 10 ore, es: 4 ore)
Significato fisico. Funz. di sensibilità ai disturbi. Funz. di sensibilità alle var. parametriche. Errore di tracking. Errore a regime rispetto ad ingressi e disturbi canonici. Tipo di un sistema. Relazioni tra struttura del controllore in bassa frequenza e specifiche a regime. Specifiche nel transitorio. Legami globali. Relazioni fra caratteristiche a ciclo aperto ed a ciclo chiuso.

13. Sintesi in s (lez: 4 ore, es: 2 ore)
Rappresentazione delle specifiche sul transitorio nel dominio complesso. Poli dominanti. Cancellazione e pseudo-cancellazione. Sistemi a fase minima. Effetto delle reti di correzione sul luogo delle radici.

14. Sintesi per tentativi in frequenza (lez: 5 ore, es: 4 ore)
Risposta armonica. Rappresentazione delle specifiche sul transitorio nel dominio della frequenza. Compensazione mediante reti di correzione standard. Carta di Nichols. Realizzazione delle reti di correzione mediante comp. passivi o attivi. Cenni alla sintesi a due gradi di libertà.

15. Regolatori industriali (lez: 4 ore, es: 4 ore)
Regolatori P, PI, PID. Configurazioni e taratura dei regolatori industriali. I e II metodo di Ziegler-Nichols. Realizzazione approssimata delle reti correttrici mediante regolatori industriali. Metodi analitici: criteri di ottimizzazione parametrica (cenni).

Metodi Didattici

Il corso con erogazione on-line della didattica è composto di una componente di Didattica Erogativa, costituita da un insieme di “pacchetti” pre-costituiti, ed una componente di Didattica Interattiva, in cui gli studenti interagiscono col docente od il tutor d''''aula virtuale con modalità scritte o video, utilizzando strumenti quali: e-mail, forum e aula virtuale/videoconferenza.
La Didattica Erogativa è suddivisa in 15 moduli, a loro volta suddivisi in unità didattiche della durata di circa 15 minuti ciascuna. Ciascuna unità didattica è organizzata in modo funzionale allo specifico obbiettivo formativo e può essere costituita da: la registrazione della lezione del docente col supporto di slide, video ed animazioni; da un insieme di slide e video volti a presentare, principalmente, esemplificazioni degli aspetti applicativi della materia; da test a correzione automatica per una auto-valutazione da parte dello studente.
Le video-lezioni sono fruibili in rete in maniera asincrona mediante i più comuni supporti multimediali (pc, smartphone, tablet) ed i più comuni software di collegamento in rete (Explorer, Crome, Mozilla, etc).
È inoltre possibile scaricare sul proprio supporto multimediale, per una fruizione off-line, alcuni contenuti specifici quali slide, tabelle, esercizi proposti e svolti.

Verifica dell'apprendimento

La valutazione prevede una prova orale finale durante la quale lo studente dovrà dimostrare la conoscenza delle tecniche e delle metodologie di base per l'analisi dei sistemi dinamici lineari, di saper discutere criticamente un esercizio di analisi relativo ad un sistema in retroazione e saper progettare un controllore tale da soddisfare un insieme di specifiche rispetto al comportamento a ciclo chiuso.
Per superare la prova lo studente dovrà dimostrare una appropriata e corretta conoscenza delle metodologie di analisi dei sistemi in retroazione nonché di quelle per la sintesi della legge di controllo. Dovrà inoltre mostrare una adeguata abilità e competenza nell'applicare tale conoscenza ad un caso specifico, mostrando di saper cogliere gli aspetti basilari del problema.
Lo studente dovrà inoltre dimostrare una adeguata padronanza linguistica generale e tecnica, nonché una sufficiente capacità di sintesi ed analisi critica.
Il punteggio finale, espresso in trentesimi, è attribuito mediante una media pesata delle valutazioni attribuite alle varie domande ed alla capacità espositiva.

Gli studenti frequentanti potranno partecipare alla prova in intinere ad alla prova intermedia previste per il modulo di Analisi dei sistemi. Queste prevedono una prova scritta sulle tematiche della analisi dei sistemi dinamici rappresentati sia mediante variabili di stato che funzioni di trasferimento nelle quali lo studente dovrà dimostrare, complessivamente, la conoscenza delle tecniche e delle metodologie di base per l'analisi dei sistemi dinamici lineari. Il punteggio della prova intermedia è attribuito mediante una media pesata dei risultati ottenuti sulle singole domande della prova e sull'esito della eventuale prova in itinere.

Agli studenti che abbiano superato la prova intermedia non verranno poste specifiche domande sugli argomenti di Analisi dei sistemi durante la prova finale orale. Tuttavia lo studente dovrà comunque dimostrare una adeguata conoscenza delle metodologie tipiche della analisi dei sistemi sviluppate nel primo modulo.
La valutazione della prova intermedia, qualora positiva, concorre all'attribuzione del voto finale con un peso decrescente nel tempo a partire dal primo appello della sessione di recupero di settembre.

È sempre fatta salva la possibilità che lo studente che abbia superato la prova intermedia possa chiedere di sostenere la prova finale orale completa.

Testi

Alessandro GIUA, Carla SEATZU, Analisi dei sistemi dinamici- 2a edizione, Springer-Verlag Italia, MIlano, 2009.

Norman S. Nise, Controlli automatici - a cura di Paolo Pugliese, Edizioni Città studi, De Agostini Scuola, Novara, 2013.

Altri testi utilizzabili / Other references

Paolo Bolzern, Riccardo Scattolini, Nicola Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici- 4ª edizione, McGraw-Hill, Milano, 2015.

Giovanni Marro, Controlli automatici - 4ª ed., Zanichelli, Bologna, 1997.

J.J. D’Azzo, C.H. Houpis, Linear control systems analysis & design – Conventional and modern (3rd edition), McGraw-Hill, 1988.

Altre Informazioni

Il materiale didattico disponibile per lo studente sul sito dei docenti comprende:
* Programma del modulo di Controlli automaticicon specifiche indicazioni ai capitoli dei testi di riferimento;
* Esercitazioni di Controlli automatici svolte;
* Problemi di sintesi del controllore (senza soluzione);
* Carta semi-logaritmica per il tracciamento dei diagrammi di Bode;
* Carta di Nichols;
* Diagrammi normalizzati per la rete anticipatrice;
* Diagrammi delle relazioni ciclo-aperto/ciclo-chiuso con riferimento al margine di fase;
* Tutorials;
* Slides attinenti alle lezioni di Controlli automatici.

Questionario e social

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