Obiettivo del corso è fornire strumenti di base di modellistica e di analisi dei sistemi dinamici e una trattazione generale del problema del controllo, comprendendo analisi delle specifiche, progetto di un controllore e verifica dei risultati.

Lo studente deve acquisire e sviluppare le seguenti conoscenze e abilità:
- Conoscenza del concetto di sistema dinamico e delle sue principali rappresentazioni matematiche (equazioni d’ingresso-stato-uscita, funzione di trasferimento)
- Capacità di costruire modelli matematici di sistemi dinamici lineari e non lineari
- Capacità di calcolare analiticamente l'evoluzione dello stato e della risposta di sistemi dinamici lineari
- Capacità di valutare il comportamento di sistemi dinamici mediante simulazione numerica
- Conoscenza delle proprietà di stabilità (interna, esterna) e delle proprietà strutturali (raggiungibilità, osservabilità) di sistemi dinamici
- Capacità di analizzare le proprietà di stabilità e le proprietà strutturali di sistemi dinamici
- Capacità di progettare un regolatore dinamico
- 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 di controllo retroazionati
- Capacità di analizzare le proprietà di stabilità e le prestazioni di sistemi di controllo retroazionati
- Conoscenza delle tecniche di sintesi per tentativi nel dominio della frequenza di controllori
- Capacità di progettare semplici sistemi di controllo in retroazione per sistemi a un ingresso e un'uscita tramite reti di compensazione attenuatrici, anticipatrici ed integro-derivative
- Conoscenza dei controllori industriali (PID) e delle relative tecniche di progetto
- Conoscenza dei sistemi di controllo a dati campionati e realizzazione di filtri digitali
- Capacità di progettare sistemi di controllo a dati campionati
- Capacità di valutare il comportamento e le prestazioni dei sistemi controllati mediante simulazione numerica

È ritenuta fondamentale la conoscenza del calcolo differenziale ed integrale delle funzioni a valori reali vettoriali di una o più variabili, nonché dei concetti di base della meccanica, dell'elettrotecnica e della termodinamica. Si ritengono inoltre necessari i risultati fondamentali sui numeri complessi, sulle funzioni di variabile complessa, sulla trasformata di Laplace e 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.

Argomenti trattati nel corso e relativo peso in ore:
- Introduzione allo studio dei sistemi dinamici. Modellistica di sistemi dinamici lineari e non lineari di diversa natura (elettrici, meccanici, elettromeccanici e termici) e loro rappresentazione in variabili di stato e mediante funzione di trasferimento (15 ore)
- Calcolo dell'evoluzione dello stato e della risposta, analisi modale e studio della stabilità (interna, esterna) di sistemi dinamici lineari a tempo continuo e discreto (15 ore)
- Linearizzazione di sistemi dinamici non lineari e studio della stabilità locale nell’intorno di un punto di funzionamento (4 ore)
- Studio delle proprietà strutturali (raggiungibilità e osservabilità) di sistemi dinamici lineari. Progetto di una retroazione statica degli stati; progetto di un osservatore asintotico degli stati; progetto di un regolatore dinamico mediante retroazione degli stati stimati (11 ore)
- Analisi della risposta al gradino di sistemi dinamici lineari del primo e del secondo ordine. Calcolo della risposta in regime permanente di sistemi dinamici lineari (5 ore)
- Introduzione al controllo in retroazione dall'uscita. Schemi a blocchi e regole di algebra dei blocchi (3 ore)
- Utilizzo di MATLAB e Simulink per la simulazione di sistemi di controllo in retroazione (3 ore)
- Diagrammi di Bode, polari, di Nyquist, di Nichols e criterio di stabilità di Nyquist. Margini di stabilità (12 ore)
- Risposta a ingressi polinomiali di sistemi in retroazione; errori di inseguimento in regime permanente e reiezione dei disturbi (8 ore)
- Analisi delle prestazioni di un sistema di controllo: specifiche statiche e dinamiche (4 ore)
- Progetto del controllore per sistemi dinamici lineari a tempo continuo con tecniche di compensazione in frequenza; reti di compensazione anticipatrici, attenuatrici ed integro-derivative (12 ore)
- Analisi e controllo di sistemi a dati campionati e realizzazione di filtri digitali. Controllori di tipo industriale: PID (8 ore)

Le esercitazioni in aula, che non sono rigidamente separate dalle lezioni, riguardano sia esercizi relativi agli argomenti delle lezioni stesse, sia lo sviluppo di esempi applicativi. Non è prevista alcuna suddivisione in squadre.
Le esercitazioni presso i laboratori informatici (circa 15 ore) sono relative all’analisi, simulazione e controllo di sistemi dinamici reali (levitatore magnetico, motore elettrico), la realizzazione di un sistema di controllo con retroazione degli stati stimati, l’analisi di stabilità di sistemi dinamici in retroazione e il progetto di controllori per il soddisfacimento di specifiche di controllo assegnate, mediante l’utilizzo dell'ambiente operativo MATLAB (Control System Toolbox, Simulink). È prevista la suddivisione in squadre.

Per la preparazione del corso, si è fatto riferimento principalmente ai testi seguenti:
- P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di Controlli Automatici, 3a edizione, McGraw-Hill, Milano, 2008.
- G. Calafiore, Elementi di Automatica, CLUT, Torino, 2004.
- G. Calafiore, Appunti di controlli automatici, CLUT, Torino, 2006.
- R. C. Dorf, R. H. Bishop, Modern Control Systems, XII edizione, Pearson Education, Upper Saddle River (U.S.A.), 2011.
Sulla pagina web del modulo è inoltre messo a disposizione materiale didattico sull’utilizzo di MATLAB e su singoli argomenti trattati durante il corso, costituito principalmente da slide facenti parte dei due seguenti DVD:
- "Fondamenti di Automatica" (a cura dei proff. M. Canale e M. Taragna), disponibile on-line all’indirizzo http://corsiadistanza.polito.it/on-line/FdA/index.htm
- "Controlli Automatici" (a cura dei proff. C. Greco e M. Indri), disponibile on-line all’indirizzo ttp://corsiadistanza.polito.it/on-line/Controlli_automatici/index.htm

L'esame consiste in una prova scritta in laboratorio informatico, costituita da due parti, ciascuna della durata di un’ora e mezza circa.
Nella prima parte, è necessario rispondere a dieci domande proposte con risposte a "scelta multipla" senza l’ausilio del calcolatore; nel calcolo del punteggio è prevista una penalità per ogni risposta sbagliata. Sono ammessi a sostenere la seconda parte d’esame solo gli studenti che avranno risposto esattamente a un numero minimo di domande comunicato all’inizio della prova.
La seconda parte è costituita dal progetto di un controllore (da realizzare con l’ausilio di MATLAB/Simulink) e da un esercizio breve su diagrammi polari e di Nyquist, sull’analisi della stabilità ad anello chiuso o sul progetto di controllori PID.