L'insegnamento intende introdurre gli studenti del terzo anno alle problematiche di base del controllo automatico. L'insegnamento parte dallo studio della dinamica dei processi chimici ed alimentari, trattati con i modelli semplificati studiati negli insegnamenti precedenti di fenomeni di trasporto, termodinamica e reattori chimici. Tali modelli vengono quindi risolti analiticamente con strumenti matematici adeguati, quali trasformate di Laplace, e numericamente, utilizzando simulatori dinamici quali Simulink e Matlab. Vengono poi analizzate le logiche di controllo feed-back classiche con particolare attenzione a stabilità e progettazione dei sistemi controllo. Infine vengono brevemente presentate le tecniche di controllo avanzate, la strumentazione industriale (con particolare attenzione all'industria alimentare) e le nozioni di base relative a stesura e lettura di un Piping and Instrumentation Diagram.

L'obiettivo principale è lo sviluppo della capacità di progettare e gestire autonomamente sistemi di controllo automatico. In particolare gli allievi acquisiranno le conoscenze e le abilità volte a: - ricavare modelli matematici dettagliati e semplificati per lo studio della dinamica dei processi chimici - simulare il comportamento dinamico dei processi al calcolatore - programmare attività industriali di sperimentazione per l'identificazione parametrica (cioè la determinazione delle costanti e dei parametri che compaiono in tali modelli) - scegliere e progettare il tipo di strumentazione industriale necessaria per il controllo automatico - progettare sistemi di controllo feed-back proporzionali, proporzionali integrali, proporzionali derivativi e proporzionali integrali derivativi - avere familiarità con le tecniche di controllo avanzate (feed-forward, rapporto, auctioneering, ...) - leggere e comprendere un Piping and Instrumentation Diagram

Gli studenti potranno proficuamente seguire l'insegnamento solo se sono in grado di: - risolvere equazioni e disequazioni di secondo grado, risolvere integrali e derivate semplici in variabile singola, risolvere equazioni differenziali e sistemi di equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti, effettuare studi di funzione in campo reale e semplici calcoli con numeri complessi. - risolvere equazioni di bilancio macroscopiche (in condizioni dinamiche) di materia, energia e quantità di moto - utilizzare i modelli fluidodinamici semplificati di flusso a pistone e perfettamente miscelato ed i modelli cinetici più comuni (ad esempio legge di Arrhenius) - tradurre in equazioni algebriche condizioni di equilibrio termodinamico - utilizzare ambienti di simulazione quali Matlab

Introduzione al controllo di processo: - Specifiche e necessità del controllo per un impianto di processo; - Configurazioni generali di sistemi di controllo: feed-back e feed-forward; - Struttura e componenti del sistema di controllo e risposta in transitorio. Studio del comportamento dinamico di processi chimici - Bilanci macroscopici e locali di materia, energia e quantità di moto; - Elementi introduttivi all’analisi dinamica: trasformata di Laplace; - Dinamica dei sistemi lineari a basso ordine e di ordine superiore; - Sistemi a risposta inversa e con ritardo. Analisi della risposta in frequenza. Controllo di processi chimici - Controllo di sistemi SISO (single-input/single-output); - Sistemi di controllo a retro-azione (feedback) e loro progettazione; - Sistemi di controllo avanzati per processi con dinamiche "complesse"; - Controllo con sistemi digitali e controllo digitale diretto; - Significato, utilizzo e strutture di P&ID (Piping and Instrumentation Drawings); - Esemplificazioni particolari per impianti e apparecchiature tipiche dell’industria di processo; - Monitoraggio del processo: misura di portata, temperatura, pressione, viscosità e composizione; Simulazione di processo - Introduzione ai simulatori dinamici (Simulink e Matlab Control System Toolbox).

Le lezioni sono alternate a esercitazioni di calcolo sugli argomenti affrontati a lezione, nonché a esercizi svolti al calcolatore. Nell’insegnamento sono previste delle attività in laboratorio informatico, nel quale lo studente potrà mettere in pratica quanto visto durante le lezioni. Durante l’insegnamento è previsto che gli studenti si occupino di svolgere individualmente delle esercitazioni di calcolo al calcolatore (per un totale di 4 esercitazioni) che riguarderanno lo studio del comportamento dinamico e della progettazione di un controllore per alcuni processi chimici assegnati; queste saranno da svolgere con l’ausilio di programmi di simulazione quali Matlab. Queste esercitazioni verranno valutate e costituiranno il 50% della valutazione finale. Infine, l'insegnamento prevede anche una esperienza in laboratorio didattico in cui verranno testati in un sistema reale (da banco) alcuni dei concetti visti a lezione: la presenza a questa esperienza e' facoltativa.

I seguenti testi sono consigliati per chiarimenti sugli argomenti trattati a lezione: 1. Chau. P.C., Process Control (a first course with Matlab). Cambridge University Press, 2002. 2. Seborg, D.E., T.F. Edgar, D.A. Mellichamp and F.J. Doyle III, Process Dynamics and Control. John Wiley & Sons, New York, 2010. 3. Ogunnaike, B. A., Ray, H. E. Process Dynamics, Modeling and Control. Oxford University Press, 1994.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato progettuale individuale;

Exam: Written test; Optional oral exam; Individual project;

... La verifica dell’apprendimento ha l’obiettivo di accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma dell’insegnamento, la capacita’ dello studente di applicare la teoria ed i relativi metodi di calcolo alla soluzione di esercizi, anche tramite l’uso degli strumenti informatici visti durante l’insegnamento. Essa avviene mediante una prova scritta della durata di 1 ora, in cui viene accertata la conoscenza della materia tramite quesiti teorici. Durante lo svolgimento della prova non e’ consentito consultare libri o appunti. I risultati della valutazione vengono comunicati sul portale della didattica. La valutazione dell’esame scritto costituira’ il 50% del voto finale, mentre il restante 50% verra’ dalla valutazione delle esercitazioni di calcolo individuale. Viene data la possibilita' allo studente di sostenere una ulteriore prova orale facoltativa, che modifichera' il voto finale in misura di massimo tre punti in positivo od in negativo dipendentemente dall'esito della prova orale (i.e. voto finale con orale = voto finale ± 3 punti).

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.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale individuale;

La verifica dell’apprendimento ha l’obiettivo di accertare la conoscenza degli argomenti affrontati durante l’insegnamento, la capacita’ dello studente di applicare la teoria, i metodi di calcolo e l’uso degli strumenti informatici a disposizione nella soluzione di esercizi. L’esame e’ costituito da una prova orale obbligatoria di 30 minuti circa, in cui verrà verificato che lo studente abbia acquisito i “risultati dell’apprendimento attesi”. L’esame orale costituirà il 50% del voto finale, mentre il restante 50% verra’ dalla valutazione delle esercitazioni di calcolo individuale.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale individuale;

La verifica dell’apprendimento ha l’obiettivo di accertare la conoscenza degli argomenti affrontati durante l’insegnamento, la capacita’ dello studente di applicare la teoria, i metodi di calcolo e l’uso degli strumenti informatici a disposizione nella soluzione di esercizi. L’esame e’ costituito da una prova orale obbligatoria di 30 minuti circa, in cui verrà verificato che lo studente abbia acquisito i “risultati dell’apprendimento attesi”. L’esame orale costituirà il 50% del voto finale, mentre il restante 50% verra’ dalla valutazione delle esercitazioni di calcolo individuale.