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70/LM-0088 - SISTEMI AUTOMATICI DI MISURA

Anno Accademico 2017/2018

Docente
PAOLO ATTILIO PEGORARO (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/83]  INGEGNERIA ELETTRONICA [83/00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

Il corso di "Sistemi automatici di misura" si propone di fornire agli studenti del primo anno della Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica conoscenze approfondite nell'ambito delle misure, con particolare attenzione alle tecnologie avanzate, alle metodologie di elaborazione di segnali e alle misure di grandezze elettriche.
Il corso è stato quindi concepito per fornire una conoscenza esaustiva su hardware e software utili alla progettazione e all'utilizzo di sistemi automatici di misura per applicazioni industriali.

Più in dettaglio, gli obiettivi formativi del corso possono essere espressi secondo i cinque seguenti descrittori:
- Conoscenza e comprensione.
Conoscenza approfondita e comprensione degli aspetti teorici e applicativi fondamentali delle misure industriali in generale e di quelle automatiche in particolare. Conoscenza degli strumenti e delle tecniche per progettare e realizzare un sistema automatico di misura.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Capacità di impostare la progettazione e la gestione di sistemi di misura automatici anche molto complessi, con la scelta dei componenti più adatti da un punto di vista tecnico ed economico. Capacità di coniugare tecniche avanzate di misura con strumentazione e dispositivi di livello industriale.
- Autonomia di giudizio.
Capacità di valutare i risultati, selezionare le informazioni rilevanti e le approssimazioni appropriate per la realizzazione dei sistemi di misura d'interesse. Si considera fondamentale che lo studente metta alla prova la sua capacità di fare scelte progettuali e giustificarle adeguatamente.
- Abilità comunicative.
Capacità di comunicare le informazioni tecniche in forma sia orale che scritta. Capacità di illustrare e giustificare le scelte progettuali. Capacità di discutere problemi e soluzioni con interlocutori specialisti e non specialisti. Capacità di essere sia sintetici che accurati a seconda del contesto.
- Capacità di apprendere autonomamente.
Capacità di apprendimento continuo, mediante la corretta interpretazione di bibliografia tecnica e scientifica, manuali di costruttori, norme tecniche e di legge.

Prerequisiti

I prerequisiti sono quelli indicati nel Regolamento didattico della Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica per l’ammissione al primo anno di corso. In particolare è fondamentale una conoscenza di base dell’elettronica e della strumentazione convenzionale utilizzata nel campo delle grandezze elettriche.
Indispensabile inoltre la conoscenza dei metodi fondamentali di misurazione e di valutazione dell'incertezza.

Contenuti

Introduzione (4 ore -lezione)
Presentazione del corso (competenze attese, linee guida dell'esame, materiale di riferimento).
Sistema di misura digitale, componenti e prestazioni.
Sistemi automatici di misura: concetti.
Rumore e altri segnali di disturbo.
Misure in ambiente industriale (6 ore - lezione)
Principi di funzionamento dei sensori e trasduttori più utilizzati.
Sensori di temperatura e relativi sistemi di condizionamento.
Ponti per la misura di resistenza.
Sistemi di misura basati su microprocessore (8 ore - lezione)
Sistemi di acquisizione dati I/O analogico e digitale. Prodotti commerciali disponibili.
Convertitori A/D e D/A.
Strumentazione modulare.
Strumentazione su rack.
Sistemi per misure real-time.
Sistemi di test.
Controllo remoto di dispositivi di misura (10 ore- lezione)
Sistemi di misura distribuiti e architetture su larga scala.
Sistemi di comunicazione, bus seriali e paralleli.
Principali standard per l'interfacciamento di strumentazione di misura.
Sistemi di sincronizzazione.
Trattamento del segnale (12 ore – lezione)
Trattamento digitale di segnale misurati.
Analisi di Fourier. Trasformata Discreta di Fourier (DFT e FFT).
Tecniche di riduzione di aliasing e leakage. Finestre di Smoothing.
Filtri digitali: teoria e progettazione.
Tecniche di misura di ampiezza, fase e frequenza per segnali sinusoidali. DFT interpolata.
Laboratorio – Strumentazione Virtuale e progetto di sistemi automatici di misura (20 ore - laboratorio)
Ambiente LabVIEW.
Sviluppo di Virtual Instruments (VIs) e SubVIs per il signal processing.
Esercitazioni di acquisizione ed elaborazione con dispositivi general purpose e modulari.
Implementazione di filtri digitali.
Programmi e prototipi per le misure sincronizzate.
Esperienza di laboratorio per realizzazione progetto di sistema automatico di misura, pensata per essere affrontata anche da gruppi di 2-3 studenti.
Presentazioni di approfondimento di studenti di dottorato e/o rappresentanti dell'industria.

Metodi Didattici

Il corso, della durata complessiva di 60 ore, si sviluppa attraverso 40 ore di lezione, durante le quali il docente espone gli argomenti previsti nel programma, e 20 ore di laboratorio, durante le quali gli studenti, lavorando in piccoli gruppi e con la supervisione del docente, acquisiscono competenze che permettano loro di progettare, realizzare con le tecniche della strumentazione virtuale e verificare sperimentalmente soluzioni per un problema di misura assegnato (ad esempio, la misura sincronizzata di modulo, fase e frequenza di un segnale sinusoidale con parametri dinamici).

Verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene in due fasi.
Gli studenti devono sviluppare, individualmente o in un gruppo di massimo 3 persone, un progetto (una simulazione in ambiente LabVIEW di un sistema automatico di misura) su uno specifico obiettivo, illustrato nel dettaglio durante il corso, e redigere una tesina basata sul progetto stesso. A lezione saranno presentati e discussi gli obiettivi, le norme di riferimento, le procedure adottate e i risultati delle prove di validazione. L'elaborato, unitamente al programma di simulazione, viene consegnato al docente.
La fase conclusiva della verifica prevede un colloquio orale, durante il quale vengono inizialmente discussi gli argomenti trattati nell'elaborato e vengono successivamente affrontati altri argomenti del corso.
Il punteggio della prova d'esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi. La valutazione tiene conto di entrambe le fasi e sono attribuiti massimo 15 punti per la prima e massimo 15 punti per la seconda che vanno sommati per ottenere il voto finale. La valutazione premia in particolare l’autonomia dimostrata nella fase progettuale, la capacità di rielaborare le lezioni teoriche nel contesto applicativo, la capacità di illustrare e giustificare le scelte progettuali, la capacità di esporre con rigore ed efficacia gli argomenti e di evidenziarne gli aspetti pratici.
In quest’ottica, le domande dell’orale sono articolate proprio per mettere in luce:
- Le conoscenze teoriche acquisite
- La comprensione delle stesse, con particolare attenzione ai casi di interesse pratico
- La capacità acquisita di applicare i metodi e di giudicare i risultati conseguiti, in particolare in termini di accuratezza dal sistema automatico di misura oggetto del progetto.

Testi

Materiale didattico del docente (reso disponibile agli studenti). Questo è il materiale
di riferimento per il corso e copre il corso nella sua interezza.

Testo utile per lo studio dei segnali digitali, DFT, Trasformata Zeta, filtri digitali:
A. V. Oppenheim, R. W. Schafer: "Discrete-Time Signal Processing", Pearson, 2009.
oppure su edizioni e/o versioni precedenti.

Altri testi di supporto o approfondimento sono:
AA. VV.: “Phasor Measurement Units and Wide Area Monitoring Systems”, Eds. C. Muscas, A. Monti, F. Ponci, Academic Press, 2016. (Metodi di sincronizzazione e tecniche di misura di ampiezza, fase e frequenza per segnali sinusoidali. Supporto al progetto.)
D. Mirri: Strumentazione elettronica di misura. CEDAM, 2003. (Misure in ambiente industriale e Sistemi di misura basati su microprocessore)
Keithley Instruments: Data acquisition and control handbook, 2001. (Misure in ambiente industriale e Sistemi di misura basati su microprocessore)

Altre Informazioni

Il docente rende disponibili agli studenti, in formato elettronico, le slide che vengono impiegate per la presentazione delle lezioni. Vengono inoltre presentati e commentati documenti tecnici dei costruttori di strumentazione e norme tecniche internazionali.

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