Il corso è tenuto in lingua inglese. Il corso intende fornire allo studente metodologie e strumenti per l'analisi di sistemi dinamici ed il progetto di semplici dispositivi di controllo (analogici e digitali).

Al termine del corso, lo studente avrà acquisito le seguenti conoscenze e abilità: - 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 studiare le proprietà strutturali di stabilità, controllabilità e osservabilità - Conoscenza di base di sistemi dinamici nonlineari e delle relative proprietà della soluzione di equilibrio. - 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 semplici sistemi di controllo in retroazione per sistemi ad un ingresso e un’uscita tramite funzioni attenuatrici, anticipatrici e di tipo PID. - Conoscenza dei sistemi di controlli a dati campionati e realizzazione di filtri digitali. - Capacità di progettare sistemi di controllo a dati campionati. - 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. Concetti di base della teoria dei segnali e del campionamento. Trasformata Z. È inoltre richiesta una conoscenza di base dell’ambiente operativo MATLAB.

- Introduzione allo studio dei sistemi dinamici. Rappresentazione in variabili di stato. Esempi rappresentazione in variabili di stato di sistemi fisici. (10 ore) - Calcolo dell’evoluzione dello stato e della risposta, analisi modale e stabilità di sistemi dinamici lineari. Funzione di trasferimento. (15 ore) - Minimalità raggiungibilità e osservabilità, realizzazione. (5 ore) - Sistemi dinamici nonlineari, soluzione di equilibrio, linearizzazione di sistemi nonlineari nell’intorno di una soluzione di equilibrio, stabilità di soluzioni di equilibrio con il metodo della linearizzazione (10 hr) - Introduzione al controllo in retroazione dall’uscita. Algebra dei blocchi. (5 ore) - Diagrammi di Bode, polari, di Nyquist, di Nichols e criterio di stabilità di Nyquist. Margini di stabilità. (15 ore) - Risposta ad ingressi polinomiali di sistemi in retroazione; 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. (10 ore) - Progetto del controllore per sistemi a tempo continuo con tecniche di compensazione in frequenza; reti di compensazione anticipatrici, attenuatrici e di tipo PID. (15 ore) - Controllo di sistemi a dati campionati e realizzazione di filtri digitali. (10 hr) - Cenni sul progetto di leggi controllo nello spazio di stato. (5 hr)

Le lezioni teoriche e metodologiche sono presentate frontalmente in aula insieme ad esempi esplicativi. Le attività di laboratorio informatico sono pianificate al fine di sviluppare le abilità operative dello studente che dovrà lavorare individualmente nello svolgimento degli esercizi. Lo scopo principale di questa attività consiste nell’applicazione delle metodolologie introdotte durante le lezioni. Nell’ultima settimana di corso sarà proposta una simulazione della prova d’esame.

I principali testi di riferimento sono: N. S. Nise: “Control System Engineering”, 5th Edition, Wiley, 2008. R. C. Dorf, R. H. Bishop: “Modern Control Systems”, 10th Edition, Prentice Hall, 2005. G. F. Franklin, J.D. Powell, A. Emami-Naeini, “Feedback Control of Dynamic Systems”, 5th Edition, Prentice Hall, 2006. K. Ogata, “Modern Control Engineering”, 4th Edition, Prentice Hall, 2002. P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, Ed. McGraw-Hill Libri Italia, Milano, 3a edizione, 2008 G. Calafiore, Elementi di Automatica, CLUT, Torino, 2007, II ediz. G. Calafiore, Appunti di Controlli Automatici, CLUT, Torino, 2006. A. Isidori, Sistemi di Controllo – Vol. Primo, Ediz. Scientifiche Siderea, Roma, 1992. II ediz. Sarà inoltre reso disponibile dal docente ulteriore materiale ausiliario sotto forma di slide presentate a lezione e di schemi per le esercitazioni di laboratorio.

... L’esame consiste in una prova scritta della durata di tre ore svolta in laboratorio informatico e divisa in tre parti. Parte I. 3 esercizi a risposta multipla: per ciascuno sono fornite 4 possibili risposte delle quali solo 1 è corretta (punteggio massimo: 9/30). Risposta esatta: 3 punti, risposta errata: -1 punto, risposta omessa: 0 punti. Per ogni esercizio occorre fornire commenti sulla procedura di soluzione impiegata: in assenza dei commenti verrà assegnato un punteggio nullo anche in presenza della risposta corretta. Lo scopo di questa prima parte è la verifica della comprensione delle argomenti teorici di base del dell’analisi e del progetto di sistemi di controllo. Parte II. 1 esercizio concettuale a risposta aperta (punteggio massimo: 9/30). L’obiettivo di questa parte è la verifica delle capacità dello studente ad esprimere propriamente ed elaborare sia argomenti di tipo teorico sia problemi di natura concettuale. Parte III. 1 progetto di un sistema di controllo (punteggio massimo: 15/30). Lo scopo di questa parte è la verifica dell’abilità dello studente nel progetto e nella verifica tramite simulazione numerica della prestazioni di un sistema di controllo digitale. Nella soluzione del problema di progetto lo studente dovrà redigere una relazione sintetica per motivare le scelte operate nel progetto. Il punteggio finale è dato dalla somma dei punteggi ottenuti nelle singole parti. Informazioni più dettagliate saranno presentate durante il corso.

Gli studenti e le studentesse con disabilita 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'Unita Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione piu idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.