Programmi e Insegnamenti

 
Seleziona l'Anno Accademico:    2012/20132013/20142014/20152015/20162016/20172017/2018

70/LM-0010 - CONTROLLI AUTOMATICI

Anno Accademico 2017/2018

Docente
ALESSANDRO PISANO (Tit.)
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/84]  INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE660
[70/85]  INGEGNERIA MECCANICA [85/00 - Ord. 2017]  PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

Conoscenza e capacità di comprensione:
sviluppare la conoscenza delle proprietà strutturali e delle metodologie di progetto dei sistemi dinamici lineari in retroazione, e la capacità di comprenderne le implicazioni energetiche e progettuali.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
capacità di individuare i fenomeni energetici in sistemi dinamici ai fini di una loro modellazione, progetto ed analisi delle proprietà strutturali.

Autonomia di giudizio:
sviluppare la capacità di utilizzare criticamente e sinergicamente vari strumenti di analisi e progetto del comportamento di sistemi dinamici in retroazione

Abilità comunicative:
capacità di esprimere chiaramente concetti tecnici.

Capacità di apprendere:
saper integrare le conoscenze da varie fonti al fine di un approfondimento della conoscenza dei fenomeni presenti nei sistemi fisici controllati.

Obiettivi

Conoscenza e capacità di comprensione:
approfondire la conoscenza delle proprietà strutturali e delle metodologie di progetto dei sistemi dinamici lineari in retroazione, e capacità di comprenderne le implicazioni energetiche e progettuali.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
capacità di individuare i fenomeni energetici in sistemi dinamici ai fini di una loro modellazione, progetto ed analisi delle proprietà strutturali.

Autonomia di giudizio:
sviluppare la capacità di utilizzare criticamente e sinergicamente vari strumenti di analisi e progetto del comportamento di sistemi dinamici in retroazione

Abilità comunicative:
capacità di esprimere chiaramente concetti tecnici.

Capacità di apprendere:
saper integrare le conoscenze da varie fonti al fine di un approfondimento della conoscenza dei fenomeni presenti nei sistemi fisici controllati.

Prerequisiti

Per poter intraprendere proficuamente lo studio dell’insegnamento di Controlli Automatici, è indispensabile che lo studente possieda una adeguata conoscenza degli strumenti matematici fondamentali di calcolo algebrico, integrale e differenziale, ed in particolare delle equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti.
In accordo con il Regolamento Didattico, non sono previste propedeuticità con altri insegnamenti.

Prerequisiti

Per poter intraprendere proficuamente lo studio dell’insegnamento di Controlli Automatici, è indispensabile che lo studente possieda una adeguata conoscenza degli strumenti matematici fondamentali di calcolo algebrico, integrale e differenziale, ed in particolare delle equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti.
In accordo con il Regolamento Didattico, non sono previste propedeuticità con altri insegnamenti.

Contenuti

Il corso prevede complessivamente 60 ore di lezioni ed esercitazioni, ed è articolato secondo le seguenti macro-voci. Al numero complessivo di ore per ciascuna voce segue la ripartizione tra didattica frontale (DF) esercitazione al calcolatore (ES) ed attività di laboratorio (LAB)

Richiami. (4 ore: 4DF)
Introduzione al corso. Sistemi dinamici lineari tempo invarianti (LTI). Significato e parametri di una funzione di trasferimento. Stabilità. Teoremi fondamentali della Trasformata di Laplace. Criterio di Routh-Hurwitz. Parametri e andamenti tipici della risposta al gradino per sistemi LTI di ordine 1 e 2.

Luogo delle Radici. (8 ore: 6DF+2ES)
Significato e regole di tracciamento. Taratura del luogo. Equazione dei punti doppi. Esempi ed esercizi.

Sospensioni attive e passive per autoveicoli (6 ore: 5DF+1ES)
Generalità. Modelli quarter car, half car, e full car. Controllo di sospensioni attive. Miglioramento del confort e controllo dell’assetto. Sospensioni semi-attive.

Specifiche a regime e specifiche sul transitorio. (8 ore: 6DF+2ES)
Sistemi di controllo di tipo 0,1 e 2. Precisione a regime e reiezione dei disturbi. Attenuazione di disturbi sinusoidali e periodici. Legame tra specifiche sul transitorio, pulsazione di attraversamento e margine di fase.

Sistemi con ritardi finiti (5 ore: 4DF+1ES)
Esempi. Stabilità a ciclo chiuso.

Sintesi dei regolatori (18 ore: 12DF+6ES)
Sintesi mediante Luogo delle radici. Sintesi per tentativi mediante reti anticipatrici, reti attenuatrici, e reti a sella (cenni). Sintesi mediante regolatori PID. Regole di taratura. Configurazioni PI-D ed I-PD Strutture di controllo avanzate: Predittore di Smith; Schemi anti wind-up; Controllo in cascata. Controllo feedforward. Compensazione di disturbi misurabili. Model-following. Controllo con override. Controllo di rapporto. Sintesi moderna in termini di variabili di stato (cenni).

Automazione mediante PLC (3 ore: 3DF)
Generalità. Linguaggio a contatti e SFC

Esercitazioni in laboratorio (8 ore: 8LAB)
Modellazione, simulazione e controllo PC based di un motore in corrente continua. Modellazione, simulazione e controllo di un apparato idraulico sperimentale “vertical three-tank”. Implementazione di regolazioni di livello e temperatura in un sistema termoidraulico da laboratorio mediante PLC Siemens.

Metodi Didattici

Il corso prevede complessivamente 60 ore di lezioni ed esercitazioni, più precisamente 40 ore di didattica frontale e 20 ore di esercitazioni al pc e attività di laboratorio. Le ore di didattica frontale sono normalmente svolte proiettando e commentando delle slides, che sono messe a disposizione degli studenti prima delle lezioni. Le esercitazioni consistono nella risoluzione di esercizi di analisi e progetto, e vengono svolte facendo uso anche del calcolatore per mezzo del software di simulazione “Matlab-Simulink”. All’interno delle complessive 20 ore sono previste 8 ore di attività di laboratorio durante le quali si svolgono attività sperimentali impiegando apparati didattici da laboratorio (motori elettrici, sistemi idraulici e termo-idraulici) controllati mediante PC o mediante PLC.

Verifica dell'apprendimento

Il superamento dell’esame viene ottenuto secondo tre diverse modalità:
1. prove scritte in itinere (una prova intermedia a meta corso ed una prova finale);
2. colloquio orale;
3. preparazione di un elaborato (tesina).

Per quanto riguarda le prove scritte in itinere queste si compongono di diversi quesiti/esercizi (in numero variabile da 5 a 8) a ciascuno dei quali viene attribuito un punteggio massimo in modo tale che il totale su tutti gli esercizi sia di 32 punti. Ogni quesito/esercizio viene valutato, e la somma dei punteggi ottenuti nei vari esercizi determina il voto finale della prova. La media tra i voti conseguiti nella prova intermedia e nella prova finale determina il voto finale. La tipologia di quesiti/esercizi varia significativamente, in modo da testare la conoscenza della grande maggioranza del programma svolto e l’effettiva acquisizione dei risultati di apprendimento. La risoluzione di una cospicua percentuale dei quesiti prevede un uso simultaneo di diversi strumenti di analisi e progetto, in modo che sia verificata la capacita dell’allievo di utilizzare criticamente e sinergicamente strumenti di analisi e progetto di natura differente. Quesiti di natura espositiva, presenti in entrambe le prove, sono funzionali alla verifica della capacità di esprimere chiaramente concetti tecnici.
Per quanto concerne il colloquio orale, il primo quesito verte sulla risoluzione di un esercizio di analisi o progetto, mentre i tre quesiti successivi prevedono l’illustrazione discorsiva di determinati argomenti presenti nel programma. In funzione della bontà della risposta, ad ogni quesito si attribuisce un punteggio che va da 0 ad 8, ed il voto finale è determinato mediante la somma dei voti conseguiti nelle singole domande. La tipologia di quesiti/esercizi è scelta in modo da testare l’effettiva acquisizione dei risultati di apprendimento in accordo con le linee guida precedentemente esposte.
Per quanto concerne la preparazione di un elaborato (tesina), il relativo svolgimento prevede che un problema di controllo concreto venga analizzato e risolto nella sua interezza (a partire dalla modellazione matematica, quindi la redazione delle specifiche, il progetto di controllori impiegando almeno due diverse metodologie viste nel corso, la simulazione con il software Matlab Simulink e l’esecuzione di un confronto prestazionale ragionato, comprendente anche l’inclusione di effetti di nonidealità (ad es. il rumore di misura, o la dinamica dei sensori e degli attuatori). La tesina viene esposta al docente durante un colloquio orale durante il quale lo studente ne riassume i contenuti ed i risultati ottenuti, e chiarisce dubbi emersi formulati dal docente. Appare chiaro come una simile struttura consenta la verifica pressoché completa della effettiva acquisizione dei risultati di apprendimento in accordo con le linee guida precedentemente esposte. Il voto viene attribuito all’elaborato sommando tra di loro i voti separatamente ottenuti per le parti di modellazione, progetto (con i vari approcci) del controllore, verifica simulativa, ed analisi critica dei risultati. Il voto finale è la somma dei punteggi ottenuti nelle varie parti.

Verifica dell'apprendimento

Il superamento dell’esame viene ottenuto secondo tre diverse modalità: 1. prove scritte in itinere (una prova intermedia a meta corso ed una prova finale); 2. colloquio orale; 3. preparazione di un elaborato (tesina).
Per quanto riguarda le prove scritte in itinere queste si compongono di diversi quesiti/esercizi (in numero variabile da 5 a 8) a ciascuno dei quali viene attribuito un punteggio massimo in modo tale che il totale su tutti gli esercizi sia di 32 punti. Ogni quesito/esercizio viene valutato, e la somma dei punteggi ottenuti nei vari esercizi determina il voto finale della prova. La media tra i voti conseguiti nella prova intermedia e nella prova finale determina il voto finale. La tipologia di quesiti/esercizi varia significativamente, in modo da testare la conoscenza della grande maggioranza del programma svolto e l’effettiva acquisizione dei risultati di apprendimento. La risoluzione di una cospicua percentuale dei quesiti prevede un uso simultaneo di diversi strumenti di analisi e progetto, in modo che sia verificata la capacita dell’allievo di utilizzare criticamente e sinergicamente strumenti di analisi e progetto di natura differente. Quesiti di natura espositiva, presenti in entrambe le prove, sono funzionali alla verifica della capacità di esprimere chiaramente concetti tecnici.
Per quanto concerne il colloquio orale, il primo quesito verte sulla risoluzione di un esercizio di analisi o progetto, mentre i tre quesiti successivi prevedono l’illustrazione discorsiva di determinati argomenti presenti nel programma. In funzione della bontà della risposta, ad ogni quesito si attribuisce un punteggio che va da 0 ad 8, ed il voto finale è determinato mediante la somma dei voti conseguiti nelle singole domande. La tipologia di quesiti/esercizi è scelta in modo da testare l’effettiva acquisizione dei risultati di apprendimento in accordo con le linee guida precedentemente esposte.
Per quanto concerne la preparazione di un elaborato (tesina), il relativo svolgimento prevede che un problema di controllo concreto venga analizzato e risolto nella sua interezza (a partire dalla modellazione matematica, quindi la redazione delle specifiche, il progetto di controllori impiegando almeno due diverse metodologie viste nel corso, la simulazione con il software Matlab Simulink e l’esecuzione di un confronto prestazionale ragionato, comprendente anche l’inclusione di effetti di nonidealità (ad es. il rumore di misura, o la dinamica dei sensori e degli attuatori). La tesina viene esposta al docente durante un colloquio orale durante il quale lo studente ne riassume i contenuti ed i risultati ottenuti, e chiarisce dubbi emersi formulati dal docente. Appare chiaro come una simile struttura consenta la verifica pressoché completa della effettiva acquisizione dei risultati di apprendimento in accordo con le linee guida precedentemente esposte. Il voto viene attribuito all’elaborato sommando tra di loro i voti separatamente ottenuti per le parti di modellazione, progetto (con i vari approcci) del controllore, verifica simulativa, ed analisi critica dei risultati. Il voto finale è la somma dei punteggi ottenuti nelle varie parti.

Testi

P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, terza edizione, McGraw Hill,2008.

G. Magnani, G. Ferretti, P.Rocco, Tecnologie dei sistemi di controllo, seconda edizione, McGraw Hill,2007

Altre Informazioni

All’interno della pagina web del docente vi è una sezione continuamente aggiornata, appositamente dedicata al corso, dalla quale è possibile scaricare il materiale didattico e nella quale vengono anche riportate informazioni organizzative.
Le lezioni frontali vengono eseguite proiettando delle slides, predisposte dal docente, scaricabili dal sito web del corso. Con riferimento a circa la meta del programma, sono state sviluppate dal docente, e messe a disposizione nella pagina web del corso, dispense didattiche idonee per lo studio a casa. Sono inoltre messe a disposizione sempre nel sito web del corso esercitazioni con traccia della soluzione, oltre che manuali e data sheets inerenti le esercitazioni da laboratorio.

Altre Informazioni

All’interno della pagina web del docente vi è una sezione appositamente dedicata al corso, dalla quale è possibile scaricare il materiale didattico e nella quale vengono anche riportate informazioni organizzative.
Le lezioni frontali vengono eseguite proiettando delle slides, predisposte dal docente, scaricabili dal sito web del corso. Con riferimento a circa la meta del programma, sono state sviluppate dal docente, e messe a disposizione nella pagina web del corso, dispense didattiche idonee per lo studio a casa. Sono inoltre messe a disposizione sempre nel sito web del corso esercitazioni con traccia della soluzione, oltre che manuali e data sheets inerenti le esercitazioni da laboratorio.

credits unica.it | accessibilità Università degli Studi di Cagliari
C.F.: 80019600925 - P.I.: 00443370929
note legali | privacy

Nascondi la toolbar