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Controlli automatici

19AKSNX

A.A. 2019/20

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 65
Esercitazioni in laboratorio 15
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Dabbene Fabrizio Docente esterno e/o collaboratore   50 0 30 0 2
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/04 8 B - Caratterizzanti Ingegneria dell'automazione
2019/20
Il corso intende fornire allo studente metodologie e strumenti per l'analisi di sistemi dinamici ed il progetto di dispositivi di controllo (analogici e digitali).
The aim of the course is to provide students with methodologies and tools for the analysis of dynamic systems and the design of control devices (analog and digital).
- Conoscenza del concetto di sistema dinamico delle sue principali rappresentazioni matematiche (equazioni di ingresso-stato-uscita, funzione di trasferimento). - Capacità di creare modelli matematici di sistemi dinamici lineari. - Capacità di calcolare l’evoluzione dello stato e della risposta del sistema. - Valutare il comportamento di un sistema dinamico mediante simulazione numerica. - Conoscenza delle proprietà strutturali (stabilità, raggiungibilità, osservabilità) dei sistemi dinamici. - Capacità di studiarne le proprietà strutturali di stabilità, controllabilità e osservabilità. - Conoscenza del concetto di controllo in retroazione di un sistema dinamico. - Conoscenza dei principali indici di prestazione (specifiche) dei sistemi di controllo retroazionati. - Conoscenza delle principali tecniche di analisi nel dominio della frequenza per lo studio della stabilità e delle prestazioni di sistemi retroazionati. - Capacità di analizzare le proprietà di stabilità e le prestazioni dei sistemi di controllo retroazionati. - Conoscenza delle tecniche di sintesi per tentativi nel dominio della frequenza di controllori. - Capacità di progettare sistemi di controllo in retroazione per sistemi ad un ingresso e un’uscita tramite funzioni attenuatrici ed anticipatrici. - Conoscenza dei sistemi di controlli a dati campionati. - Capacità di progettare sistemi di controllo a dati campionati. - Valutare il comportamento e le prestazioni dei sistemi controllati mediante simulazione numerica.
- Knowledge of the concept of a dynamical system together with its mathematical representations such as state equations and transfer functions. - Skill in deriving mathematical models of linear dynamical systems. - Skill in computing the solution of the system state equations. - Skill in evaluating the behaviour of a dynamical system through numeric simulation. - Knowledge of structural properties (stability, reachability, observability) of dynamical systems - Skill in studying the structural properties of dynamical systems. - Knowledge of the concept of feedback control of dynamical systems. - Knowledge of the main performance requirements of feedback systems. - Knowledge of the main analysis techniques in the frequency domain for the study of the stability and performance of feedback systems. - Skill in analyzing stability and performance of feedback control systems. - Knowledge of the design techniques of feedback controllers based on lead and lag functions. - Skill in designing feedback controllers for single input single output systems through lead, lag and PID functions. - Knowledge of sampled data control systems. - Skill in designing sampled data control systems. - Skill in evaluating the behaviour and performance of controlled systems through numerical simulation.
È ritenuta fondamentale la conoscenza del calcolo differenziale ed integrale delle funzioni a valori reali vettoriali di una o più variabili, e dei concetti di base della meccanica dell’elettromagnetismo e della termodinamica. Si ritengono inoltre necessari i risultati fondamentali sui numeri complessi, sulle funzioni di variabile complessa, sulla trasformata di Laplace ed una buona conoscenza dell'algebra lineare e della teoria delle funzioni polinomiali e razionali. È inoltre richiesta una conoscenza di base dell’ambiente operativo MATLAB.
Knowledge of differential and integral calculus of vector valued real functions, and the basic concepts of physics (mechanics, electric circuits, ...). Basic results of complex numbers, functions of a complex variable, the Laplace transform and a good knowledge of linear algebra and the theory of polynomial and rational functions. Basic skill of Matlab.
Argomenti trattati nel corso. - Introduzione allo studio dei sistemi dinamici. Modellistica e rappresentazione in variabili di stato di sistemi dinamici elettrici, meccanici ed elettromeccanici. - Calcolo dell’evoluzione dello stato e della risposta, analisi modale e stabilità di sistemi dinamici lineari. - Proprietà di raggiungibilità e osservabilità. - Introduzione al controllo in retroazione dall’uscita. Algebra dei blocchi. - Diagrammi di Bode, polari, di Nyquist, di Nichols e criterio di stabilità di Nyquist. Margini di stabilità. - Risposta in regime permanente ad ingressi polinomiali; errori di inseguimento in regime permanente e reiezione dei disturbi. Risposta nel tempo e in frequenza di sistemi del primo e del secondo ordine. Prestazioni di un sistema di controllo: specifiche statiche e dinamiche. - Progetto del controllore per sistemi a tempo continuo con tecniche di compensazione in frequenza; reti di compensazione anticipatrici ed attenuatrici. - Progetto di controllori per sistemi a dati campionati.
- Introduction to dynamical systems. State space representation. Examples of state space representation of physical systems. - Solution of state equations, modal analysis and stability of linear systems. Transfer function. - Minimality, reachability and observability, realization. (1 CFU) - Introduction to Output feedback control. Block algebra. - Bode, polar, Nyquist and Nichols diagrams. Nyquist stability criterion. Stability margins. - Feedback systems response to polynomial inputs; steady state tracking errors, disturbance attenuation and rejection. Time and frequency response of first and second order systems. Feedback systems performance: transient and steady state. - Control design in the frequency domain through lead and lag functions - Introduction to sampled data control systems design.
Per le attività di laboratorio, se necessario, gli studenti iscritti al corso vengono organizzati in due squadre. Le esercitazioni sono individuali: ogni studente avrà a disposizione una stazione di lavoro. Lo scopo primario dell’attività di laboratorio è l’approfondimento dei contenuti e delle metodologie presentate a lezione e nel corso delle esercitazioni in aula, mediante l’uso di MATLAB, di Simulink e del Control System Toolbox. Durante le ultime due settimane del corso verranno proposte due simulazioni del compito di esame in laboratorio.
For laboratory activities, if needed, students enrolled in the course are organized into two teams. 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, Simulink and the Control System Toolbox. During the last two weeks of the course will be offered two exam simulations in the laboratory.
Selezione di capitoli da: (a) A. Isidori, Sistemi di controllo, volume primo, Siderea. (b) G. F. Franklin, J. D. Powell and M. L. Workman, Digital Control of Dynamic Systems, Addison-Wesley. (c) P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, McGraw-Hill Libri Italia. Sono disponibili copie dei lucidi utilizzati durante le lezioni, e il testo per le esercitazioni di laboratorio. Tutto il materiale didattico e' scaricabile attraverso il portale della didattica.
Selected chapters from: (a) A. Isidori, Sistemi di controllo, volume primo, Siderea. (b) G. F. Franklin, J. D. Powell and M. L. Workman, Digital Control of Dynamic Systems, Addison-Wesley. (c) P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, McGraw-Hill Libri Italia. Lecture slides will be available as well as laboratory practice handouts.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova di laboratorio; Elaborato scritto individuale;
L’esame, previsto in forma scritta, consiste in una prova di analisi e progetto di un sistema di controllo con l’ausilio del calcolatore in laboratorio, adeguatamente documentata. Più precisamente, è chiesto di (i) comprendere e tradurre le specifiche di progetto, (ii) progettare un controllore che garantisca il soddisfacimento dei requisiti assegnati, (iii) scrivere una relazione sintetica con le motivazioni delle scelte operate e la documentazione delle prestazioni ottenute dal sistema di controllo progettato. Durante l’esame, della durata di 4 ore, lo studente può consultare i lucidi forniti dal docente.
Exam: Written test; Practical lab skills test; Individual essay;
Written examination in computer laboratory: based on computer aided analysis and design of a feedback control system, adequately documented. More precisely, it is required to (i) understand and translate the design specifications, (ii) design a controller that guarantees fulfillment of the assigned requirements, (iii) write a summary report where (i) and (ii) are suitably documented together with performance of the designed feedback control system. During the examination, lasting 4 hours, the student may consult the lecture slides provided by the teacher.


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