Servizi per la didattica
PORTALE DELLA DIDATTICA

Digital control technologies and architectures

01PDCOV, 01PDCQW

A.A. 2019/20

Course Language

English

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Computer Engineering - Torino
Master of science-level of the Bologna process in Mechatronic Engineering - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 39
Esercitazioni in laboratorio 21
Tutoraggio 12
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Canale Massimo Professore Associato ING-INF/04 39 0 63 0 3
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-INF/04 6 C - Affini o integrative Attività formative affini o integrative
2019/20
Il corso è tenuto in lingua inglese. Il corso fornisce gli strumenti per l’analisi ed il progetto di sistemi di controllo digitale. Nel corso saranno introdotte sia metodologie di progetto di base, sia avanzate.
The course is taught in English. The course provides tools for analysis and design of digital control systems. Both standard and advanced digital control design methodologies and architectures are introduced.
Al termine del corso, lo studente avrà acquisito le seguenti conoscenze e abilità: - Abilità ad analizzare il comportamento dinamico di sistemi digitali a tempo discreto tramite modelli nel dominio del tempo e della frequenza. - Conoscenza dei requisiti dei sistemi di controllo digitali. - Conoscenza delle tecniche di base del controllo digitale e le relative metodologie di progetto. - Abilità nel progetto di controllori digitali mediante tecniche di base. - Conoscenza delle principali problematiche tecnologiche e numeriche dei sistemi di controllo a dati campionati. - Conoscenza di metodologie avanzate per il progetto di sistemi di controllo digitali come il controllo adattativo e il controllo predittivo. - Abilità nel progetto di controllori digitali mediante tecniche avanzate. - Abilità nell’analisi delle prestazioni di sistemi di controllo digitale mediante simulazione numerica.
By the end of this course, students will gain the following knowledge and skill: - Skill in analyzing the dynamics of discrete-time, sampled-data, digital systems by means of models in the discrete-time and/or frequency domains. - Knowledge of the digital control system requirements. - Knowledge of the basic digital control approaches and of the related design methodologies. - Skill in designing digital controller through basic methodologies. - Knowledge of the main technological and numeric problems in the sampled-data control systems. - Knowledge of advanced digital control methodologies such as adaptive control and model predictive control. - Skill in designing digital control systems by means of adaptive control and model predictive control techniques. - Skill in evaluating control performance by numerical simulation.
Conoscenza dei concetti di base dei sistemi dinamici lineari quali la rappresentazione con lo stato e la funzione di trasferimento e della stabilità. Conoscenza dei concetti di base dell’analisi e del progetto di sistemi di controllo in retroazione. Capacità di progettare sistemi di controllo con tecniche di base nel dominio del tempo (ad es. retroazione dallo stato) e nel dominio della frequenza (ad es. loopshaping). Conoscenze di base sulla teoria dei segnali e del campionamento. Abilità di base nell’uso di MatLab e Simulink.
Knowledge of basic concepts on linear Idynamic systems such as state space and transfer function representations and stability. Knowledge of basic concepts on feedback control systems analysis and design. Skill in designing basic control devices through both time domain (e.g. state feedback) and frequency domain (e.g. loopshaping) approaches. Knowledge of signal and sampling theory fundamentals. Basic skill of Matlab and Simulink.
- Analisi di sistemi digitali a tempo discrete. (15 ore) - Requisiti, strutture ed architetture di sistemi di controllo digitali. (6 ore) - Progetto di sistemi di controllo digitali tramite metodi analitici. (12ore) - Realizzazione di controllori digitali (3 ore) - Fondamenti di controllo adattativo (12 ore) - Fondamenti di controllo predittivo (12 ore)
- Analysis of discrete time, sampled data and digital systems (15 hr) - Control requirements, structures and architectures of digital control systems (6 hr) - Digital controller design through analytic approaches (15 hr) - Realization of digital controllers (3 hr) - Adaptive control fundamentals (6 hr) - Model Predictive Control fundamentals(15 hr)
Le lezioni teoriche e metodologiche sono presentate frontalmente in aula insieme ad esempi esplicativi. Le attività di laboratorio informatico sono pianificate al fine di sviluppare le abilità operative dello studente che dovrà lavorare individualmente nello svolgimento degli esercizi. Lo scopo principale di questa attività consiste nell’applicazione delle metodologie introdotte durante le lezioni. Nell’ultima settimana di corso sarà proposta una simulazione della prova d’esame.
Theoretical and methodological lessons will be delivered together with example developments by face-to-face instruction in the classroom. Computer laboratory activities are aimed at developing the student’s skill through proper training. Each student is supposed to practice individually with the aid of laboratory work stations. The primary purpose of the laboratory exercises is to apply the methodologies presented in class, through the use of MatLab and Simulink. During the last week of the course, an exam simulation in the laboratory will be offered.
I principali testi di riferimento sono: (1) K.J. Åström, B. Wittenmark, 'Computer-controlled systems', Prentice-Hall, 1997. (2) G.F. Franklin, J.D. Franklin and M. Workman, Digital control of dynamic systems, Addison Wesley,1997. (3) K.J. Åström, B. Wittenmark, 'Adaptive control', Addison-Wesley, 1995. (4) E.F Camacho, C. Bordons, Model Predictive Control, Springer,1999. (5) J.B. Rawlings, D.Q. Mayne, Model Predictive Control: Theory and Design, Nob-Hill Publishing,2009. I lucidi delle lezioni e le trace delle esercitazioni di laboratorio saranno resi disponibili sul portale della didattica.
The main reference textbooks are: (1) K.J. Åström, B. Wittenmark, 'Computer-controlled systems', Prentice-Hall, 1997. (2) G.F. Franklin, J.D. Franklin and M. Workman, Digital control of dynamic systems, Addison Wesley,1997. (3) K.J. Åström, B. Wittenmark, 'Adaptive control', Addison-Wesley, 1995. (4) J.B. Rawlings, D.Q. Mayne, Model Predictive Control: Theory and Design, Nob-Hill Publishing, 2009. (5) F. Borrelli, A Bemporad, M. Morari, Predictive Control for Linear and Hybrid systems, Cambridge University Press, 2017. Lecture slides will be available on “Portale della didattica” as well as laboratory practice handouts.
Modalità di esame: prova scritta;
L’esame consiste in una prova scritta della durata di tre ore svolta in laboratorio informatico e divisa in tre parti. Parte I. 3 esercizi a risposta multipla: per ciascuno sono fornite 4 possibili risposte delle quali solo 1 è corretta (punteggio massimo: 9/30). Risposta esatta: 3 punti, risposta errata: -1 punto, risposta omessa: 0 punti. Per ogni esercizio occorre fornire commenti sulla procedura di soluzione impiegata: in assenza dei commenti verrà assegnato un punteggio nullo anche in presenza della risposta corretta. Lo scopo di questa prima parte è la verifica della comprensione delle argomenti teorici di base del controllo digitale. Parte II. 1 esercizio concettuale a risposta aperta (punteggio massimo: 9/30). L’obiettivo di questa parte è la verifica delle capacità dello studente ad esprimere propriamente ed elaborare sia argomenti di tipo teorico sia problemi di natura concettuale. Parte III. 1 progetto di un sistema di controllo digitale (punteggio massimo: 15/30). Lo scopo di questa parte è la verifica dell’abilità dello studente nel progetto e nella verifica tramite simulazione numerica della prestazioni di un sistema di controllo digitale. Nella soluzione del problema di progetto lo studente dovrà redigere una relazione sintetica per motivare le scelte operate nel progetto. Il punteggio finale è dato dalla somma dei punteggi ottenuti nelle singole parti. Informazioni più dettagliate saranno presentate durante il corso.
Exam: written test;
Written exam in computer laboratory lasting 3 hours divided into three parts. Part I. 2 multiple choice problems for each 4 possible answers are shown, only one of which is correct (maximum score: 6/30). Exact answer: 3 points, wrong answer: -1 point, missing answer: 0 points. Comments on the solution must be provided too: in the absence of any comments a null score is given even in the presence of the correct answer. The goal of this first part of the exam is to verify the understanding of the fundamental theoretical topics of digital control systems. Part II. 1 “open” question on conceptual topics (maximum score: 10/30). The goal of this part of the exam is to verify the student ability to properly express and elaborate either theoretical issues or conceptual problems. Part III. 1 digital control design problem (maximum score: 17/30). The goal of this part of the exam is to verify the student skinless in designing a digital control system. A well motivated detailed report on the employed design procedure is required. The final grade is the sum of the scores achieved in the three parts. During the exam it is allowed to use a formulary provided by the instructor. Detailed instructions and rules will be presented during the course.


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