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.

Il corso è articolato in n.22 lezioni (65 ore) e n.9 esercitazioni (13.5 ore)che verranno svolte in due squadre separate. Durante le esercitazioni, verranno svolti in aula esercizi relativi a tutte le principali tematiche teoriche affrontate a lezione. L'ultima esercitazione (1.5 ore) prevederà lo svolgimento di un tema d'esame. 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.

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. Sono suggeriti come manuali aggiuntivi, i seguenti testi: (a) S.Chiaverini,F.Caccavale,L.Villani,L.Sciavicco,Fondamentidisistemidinamici,McGraw-Hill,Milano,2003; (b) P.Bolzern,R.Scattolini,N.Schiavoni,FondamentidiControlliAutomatici,4aedizione,McGraw-Hill,Milano,2015; (c) A.Isidori,SistemidiControllo,2aedizione,vol.primo,Siderea,Roma,1992; (d) R.C.Dorf,R.H.Bishop,ModernControlSystems,XIIedizione,PearsonEducation,UpperSaddleRiver(U.S.A.),2011. All'inizio del corso, verrà fornito come materiale di supporto le slide che verranno utilizzate durante il corso per la trattazione teorica e i testi per le esercitazioni di laboratorio. Tutto il materiale didattico sarà scaricabile attraverso il portale della didattica.

Slides; Esercizi risolti; Esercitazioni di laboratorio risolte;

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 avrà una durata di 90 minuti e consisterà in una prova scritta composta da: • n. 8 domande aperte e chiuse di carattere teorico-pratico, di cui: • n. 6 domande chiuse di carattere applicativo (esercizi). • n. 1 domanda chiusa di carattere teorico. • n. 1 domanda aperta di carattere teorico. • n. 1 esercizio di progetto. A. Per le domande chiuse teorico-pratiche, i punteggi saranno assegnati come di seguito: • risposta corretta: +3 punti; • risposta non data: 0 punti; • risposta errata: -0.45 punti. B. Per la domanda aperta di carattere teorico, il punteggio massimo è pari a 5 punti (no penalità). C. Per il progetto, il punteggio massimo raggiungibile è pari a +7 punti (no penalità). In caso di raggiungimento del punteggio totale massimo sia per le domande (+26 punti) che per l’esercizio di progetto (+7 punti), è possibile ottenere 33 punti, corrispondenti alla Lode. A discrezione del Professore, si potrà richiedere un esame orale aggiuntivo per confermare il voto dell’esame scritto. Sarà sempre possibile rifiutare il voto, secondo le regole di Ateneo. All'esame sarà possibile utilizzare un formulario (ogni studente potrà realizzare il suo personale) realizzato su un foglio A4 (fronte-retro), oltre a materiale di supporto (abaco per reti integro-derivative e tabella trasformate di Laplace) che verrà reso disponibile sul portale della didattica dai docenti e potrà essere utilizzato durante lo svolgimento dell'esame.

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.