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).

- 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 a tempo continuo e a tempo discreto. - Valutare il comportamento di un sistema dinamico mediante simulazione numerica. - Conoscenza del concetto di equilibrio di sistemi nonlineari e linearizzazione di sistemi tempo invarianti. - Conoscenza del concetto di stabilità dell’equilibrio di sistemi nonlineari e capacità di analizzare la stabilità tramite il Teorema di Lyapunov. - Capacità di calcolare l’evoluzione dello stato e della risposta di sistemi lineari tempo invarianti (LTI). - Conoscenza delle proprietà strutturali (stabilità, raggiungibilità, osservabilità) dei sistemi LTI. - 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. - 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, 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.

Argomenti trattati nel corso. - Introduzione allo studio dei sistemi dinamici. Modellistica e rappresentazione in variabili di stato di sistemi dinamici elettrici, meccanici ed elettromeccanici, a tempo continuo (TC) e a tempo discreto (TD). - Equilibri di sistemi nonlineari TC e TD e linearizzazione. - Definizione di stabilità dell’equilibrio, riconduzione dell'equilibrio all'origine - Teoremi di Lyapunov sulla stabilità e loro applicazione. - Stabilità asintotica sistemi lineari tempo invarianti (LTI) a TC e TD. - Calcolo dell’evoluzione dello stato e della risposta, analisi modale e stabilità di sistemi LTI - Proprietà di raggiungibilità e osservabilità. - Stabilizzazione tramite retroazione degli stati e retroazione degli stati osservati. Regolatore lineare quadratico LQR. - Introduzione al controllo in retroazione dall’uscita. Algebra dei blocchi. - Diagrammi di Bode, polari, di Nyquist 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.

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.

Il corso si basa principalmente sui seguenti manuali: (a) G. Calafiore, Elementi di Automatica, Seconda edizione, CLUT - Torino, 2007, (b) G. Calafiore, Appunti di Controlli Automatici, Edizioni CLUT - Torino, 2006. Selezione di capitoli da: (c) A. Isidori, Sistemi di controllo, volume primo, Siderea. (d) 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 sarà scaricabile attraverso il portale della didattica.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova pratica di laboratorio;

Exam: Written test; Practical lab skills test;

... Prova scritta a risposta aperta o chiusa in LAIB tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam e il software MATLAB; L'esame consiste in una prova a quiz a risposta aperta o chiusa tramite piattaforma di ateneo Exam.

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.