La modellazione numerica a parametri concentrati si è affermata come uno strumento imprescindibile per l’analisi dinamica dei sistemi ingegneristici. In particolare, nell’ambito di sistemi complessi — caratterizzati da architetture composite, forti interconnessioni interdisciplinari e comportamenti non lineari — questo approccio consente di affrontare con efficacia le sfide progettuali, offrendo modelli versatili, facilmente riconfigurabili e pienamente integrabili con metodi analitici, empirici e sperimentali. Oggi, tali tecniche sono un elemento cardine nei settori aerospace, meccanico, meccatronico e dell’automazione, supportando tutte le fasi dello sviluppo: dalla progettazione preliminare alla modellazione di dettaglio, dalla definizione delle logiche di controllo alla creazione di modelli semplificati per il monitoraggio, la diagnostica, la prognostica e l’ottimizzazione. La padronanza di questi strumenti rappresenta una competenza strategica per l’innovazione tecnologica e il progresso della ricerca applicata. Il corso adotterà un approccio didattico attivo, alternando lezioni frontali, esercitazioni di gruppo al calcolatore (utilizzando ambienti Matlab-Simulink) e attività individuali, consistenti in brevi lavori da svolgere e discutere con il docente. Questa modalità è pensata per fornire agli studenti sia una solida preparazione tecnico-scientifica, sia le competenze operative necessarie per comprendere e sviluppare autonomamente modelli numerici di sistemi complessi. Lungo il percorso formativo si alterneranno momenti teorici e applicativi, con ampio spazio dedicato all'analisi di casi concreti. L'obiettivo è promuovere un apprendimento attivo, secondo la logica del "learning by doing", incoraggiando gli studenti a sperimentare direttamente i concetti appresi. Attraverso un costante confronto, il docente guiderà inoltre gli allievi nello sviluppo di un approccio critico e nella maturazione della sensibilità tecnica indispensabile per affrontare le sfide di questo settore.

Il corso si propone di fornire un'introduzione alla modellazione numerica di sistemi dinamici attraverso l'utilizzo dell'ambiente Matlab-Simulink. È destinato in particolare a coloro che si accostano per la prima volta a tali discipline e che non possiedono ancora una consolidata familiarità con gli strumenti e le tecniche di modellazione proprie di Simulink. Ad ogni modo, un approccio multidisciplinare all’ingegneria, unitamente a una conoscenza almeno elementare di Matlab-Simulink, potrà agevolare una più efficace e approfondita assimilazione dei contenuti proposti.

1. Introduzione al corso 1.1 Inquadramento tecnico-scientifico del problema • Fondamenti di ingegneria dei sistemi • Modellazione numerica di sistemi dinamici 1.2 Cenni storici • Evoluzione delle tecniche di rilevamento applicate all’ingegneria 1.3 Motivazioni alla scelta di Matlab-Simulink • Matlab-Simulink come ambiente di simulazione numerica multidominio • Simulink per la modellazione e la simulazione di sistemi dinamici • Introduzione pratica all’utilizzo integrato di Matlab e Simulink 2. Tecniche di modellazione numerica 2.1 Analisi critica delle principali metodologie • Vantaggi, svantaggi e limiti di applicabilità delle diverse tecniche 2.2 Strategie di selezione della metodologia • Considerazioni su destinazione d’uso, livello di dettaglio, accuratezza e costi computazionali 3. Modellazione numerica a parametri concentrati 3.1 Modelli fisico-matematici • Introduzione ai diagrammi fisico-funzionali • Confronto tra diversi approcci di modellazione • Principi fondamentali dei diagrammi a blocchi 3.2 Implementazione di modelli lineari semplici • Analisi del sistema fisico, definizione del modello matematico e implementazione in Simulink • Confronto tra soluzioni analitiche e numeriche: vantaggi, limiti e criticità • Analisi delle principali problematiche numeriche nella simulazione 3.3 Modellazione di sistemi dinamici non lineari • Introduzione alla modellazione delle nonlinearità in Matlab-Simulink • Aspetti specifici: anelli numerici, modelli discontinui, degradazione dell’ordine del modello • Modellazione e simulazione di esempi rappresentativi 4. Modellazione multidominio e ambienti avanzati di simulazione 4.1 Introduzione a Simscape e Stateflow • Utilizzo di Simscape per la modellazione fisica di sistemi dinamici semplici • Introduzione a Stateflow per la modellazione di macchine a stati 4.2 Implementazione e confronto tra ambienti • Realizzazione di modelli numerici in SimScape e confronto con i modelli equivalenti sviluppati in Simulink 4.3 Integrazione avanzata • Implementazione di macchine a stati in Stateflow e integrazione con ambienti Simulink

In presenza

Presentazione orale

P.D.1-1 - Gennaio

Il programma potrà essere integrato o aggiornato in funzione delle esigenze formative dei dottorandi e degli sviluppi scientifici più recenti.