L'obiettivo del corso è quello di fornire, per quanto riguarda la parte di controllo, strumenti di base di analisi di sistemi dinamici e le conoscenze per il progetto di semplici sistemi di controllo per quanto attiene ai sistemi dinamici lineari tempo continui descritti sia in variabili di stato sia in funzione di trasferimento. Nella seconda parte del corso verrà analizzato il principio di funzionamento degli azionamenti in corrente continua, con particolare riguardo al progetto dei parametri degli anelli di controllo.

In particolare capacità di analizzare sistemi dinamici lineari descritti in variabili di stato studiandone le proprietà strutturali di stabilità, controllabilità e osservabilità. Capacità di progettare semplici sistemi di controllo in retroazione per sistemi a un ingresso e un'uscita. Le capacità di applicare conoscenza e comprensione conseguite permetteranno, al termine del corso, di comprendere il funzionamento degli azionamenti elettrici in corrente continua ed il significato dei principali parametri di controllo.

Per permettere la comprensione degli argomenti trattati, si ritiene necessario che lo studente possieda nozioni di elettrotecnica, elettromagnetismo e meccanica applicata e macchine elettriche.

- Rappresentazione dei sistemi dinamici in variabili di stato e mediante funzione di trasferimento. (4 ore) - Evoluzione nel tempo dei sistemi dinamici. Matrici di transizione. (2 ore) - La stabilità dei sistemi dinamici lineari. (2 ore) - Controllabilità e osservabilità dei sistemi dinamici. Forme canoniche. (2 ore) - Retroazione degli stati. Osservatore degli stati. (6 ore) - Il controllo in catena aperta e in catena chiusa. Diagrammi di Bode e di Nyquist. Stabilità dei sistemi retroazionati: criterio di Routh-Hurwitz, criterio di Nyquist. (7 ore) - La risposta transitoria e a regime dei sistemi dinamici. Specifiche nel dominio del tempo e della frequenza per i sistemi dinamici. Attenuazione dei disturbi parametrici e additivi. (5 ore) - Progetto di compensatori in serie basati sul diagramma di Bode della funzione di trasferimento di anello. (14 ore) - Concetti fondamentali di azionamenti elettrici. Definizione di azionamento elettrico. Applicazioni. Struttura generale di un azionamento elettrico (1.5 ore). - Modellistica carichi meccanici dei motori elettrici in un azionamento elettrico. L’equazione meccanica di un azionamento elettrico, coppie resistenti, sistemi di accoppiamento motore-carico: calcolo di coppie e inerzie riferite all’albero motore, classificazione di carichi meccanici. (3 ore) - Modello dinamico del motore a corrente continua. (4.5 ore). - Modelli dinamici dei convertitori elettronici di potenza (3 ore). - Modello dinamico del motore a corrente continua (5 ore). - Fondamenti di controllo degli azionamenti elettrici (6 ore). Valutazione delle prestazioni di un sistema di controllo, sistemi del primo e di secondo ordine retroazionati, fondamenti di dimensionamento dei regolatori in azionamenti elettrici (P, PI e PID), utilizzo del luogo delle radici per valutare il comportamento di un anello di controllo di un azionamento elettrico (smorzamento, banda passante). - Controllo del motore a corrente continua (9 ore). Schema generico di controllo, controllo diretto di velocità e dimensionamento del regolatore di velocità, controllo in cascata di corrente, di velocità e di posizione e dimensionamento dei rispettivi regolatori. - Limitazioni del controllo degli azionamenti elettrici (6 ore). Meccanismi anti-wind-up dei regolatori PI, regolatori con feedforward, taratura sperimentale dei regolatori, limitazioni per l’anello di velocità: ripple di misura della velocità e risonanze torsionali. - Sensori di posizione negli azionamenti elettrici e misura della velocità (1.5 ore). Resolver, encoder, ruota fonica. - Limiti di funzionamento negli azionamenti elettrici (3 ore). Modello termico del motore a corrente continua, SOA (Safe Operating Area): limitazione commutazione, smagnetizzazione e limiti dati dal convertitore tensione, corrente).

Oltre alle lezioni in aula, sono previste attività di esercitazione in laboratorio. Le esercitazioni di laboratorio servono per acquisire i primi rudimenti nell'uso di un moderno programma (MATLAB) per l'analisi e il progetto di sistemi di controllo. Con l'aiuto di tale programma vengono svolti degli esercizi simili a quelli visti a lezione e nelle esercitazioni in aula, ma vengono anche affrontati problemi più complessi che difficilmente potrebbero essere trattati senza l'ausilio di un calcolatore. Per la parte di azionamenti elettrici sono previste esercitazioni numeriche, da svolgere in aula, riguardanti gli aspetti teorici illustrati nel corso delle lezioni.

1. P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, McGraw-Hill 2. K. Ogata, Modern control engineering, Prentice-Hall, London. 3. R. C. Dorf, R. H. Bishop, Modern control systems, Addison-Wesley Reading, Ma. Per approfondimenti ulteriori gli interessati possono fare riferimento ai testi: - N. S. Nise, Control systems engineering, The Benjamin/Cummings Publishing Co., Redwood City, CA. - G. F. Franklin, J. D. Powel, A. Emami-Naeini, Feedback control of dynamic systems, Addison-Wesley Reading, Ma. - B. C. Kuo, Automatic control systems, Prentice-Hall, London. - J. J. D¿azzo, C. H. Houpis, Feedback control system analysis & synthesis, Mc Graw Hill, New York. 4. Ion Boldea, S.A. Nasar; ¿Electric drives¿; CRC Press 5. Werner Leonhard; ¿Control of electrical drives¿; Springer 6. Hans Groß, Jens Hamann e Georg Wiegärtner; ¿Azionamenti elettrici di avanzamento nell'automazione industriale: fondamenti, calcolo, dimensionamento¿; Tecniche Nuove 7. L. Olivieri, E. Ravelli; ¿Principi ed applicazioni di elettrotecnica¿; CEDAM

... Prova scritta seguita da un esame orale. Esame scritto: - L'esame consiste in una prova di 3 ore nel Laboratorio Informatico con programma Matlab. - L'esame è costituito da due esercizi, uno sul progetto di regolatori in retroazione, l'altro sull'analisi di sistemi dinamici descritti nelle variabili di stato. Esame orale: - Domande riguardanti gli azionamenti elettrici oggetto del programma del corso. Il numero delle domande è generalmente compreso tra 1 e 3.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.