L'insegnamento di Meccatronica si inserisce nel percorso della laurea professionalizzante in Tecnologie per l’Industria Manifatturiera con l'obiettivo di fornire alle studentesse e agli studenti una visione integrata e multidisciplinare dei sistemi industriali moderni, affrontando in modo sinergico i domini della meccanica e dell'elettronica. Attraverso lo studio dell'interazione tra componenti fisici, circuiti elettronici e sistemi di controllo, l'insegnamento mira a sviluppare la capacità di analizzare e gestire apparati complessi tipici delle linee di produzione automatizzate. In piena coerenza con l'approccio "learning by doing" del Corso di Studio, l'insegnamento è strutturato affinché le basi teoriche relative alla modellazione dei sistemi dinamici e ai principi dell'elettronica siano immediatamente messe in pratica in sessioni di laboratorio. Questo metodo didattico permette di consolidare la comprensione dei fenomeni fisici attraverso attività laboratoriali. Lo studente impara così a tradurre i modelli matematici in soluzioni operative. L'insegnamento si propone di formare una figura professionale versatile, capace di operare con competenza tecnica nei contesti della manifattura avanzata e sostenibile. La preparazione acquisita consente di affrontare le sfide legate all'ottimizzazione e alla manutenzione di sistemi meccatronici, garantendo l'efficienza e la stabilità dei processi produttivi. Al termine del percorso, le studentesse e gli studenti avranno sviluppato la sensibilità necessaria per integrare tecnologie diverse, requisito essenziale per i futuri professionisti chiamati a governare l'innovazione tecnologica nell'industria moderna

Al termine dell'insegnamento, dal punto di vista della conoscenza e della capacità di comprensione, le studentesse e gli studenti saranno in grado di: - Comprendere l'integrazione tra sottosistemi meccanici, elettronici e di controllo all'interno di un sistema meccatronico reale. - Conoscere i principi di modellazione fisica per diversi domini e la loro rappresentazione tramite schemi a blocchi e funzioni di trasferimento. - Descrivere la dinamica dei sistemi del primo e del secondo ordine, comprendendo l'effetto dei parametri fisici sulla risposta nel tempo. - Conoscere le leggi fondamentali dei circuiti in corrente continua e alternata. - Comprendere il funzionamento di dispositivi elettronici di base, come diodi e amplificatori operazionali, e dei circuiti di filtraggio analogico. - Conoscere le caratteristiche degli strumenti di misura, i principi della taratura e le metodologie di identificazione dei parametri partendo da dati sperimentali. - Descrivere la logica di controllo in retroazione e l'influenza delle azioni proporzionale, integrale e derivativa (PID) sulle prestazioni di un sistema. Per quanto attiene invece all'applicazione pratica delle conoscenze acquisite (abilità), le studentesse e gli studenti saranno in grado di: - Modellare sistemi fisici semplici utilizzando lo strumento della trasformata di Laplace per ricavare funzioni di trasferimento. - Utilizzare l'ambiente Matlab per creare script di simulazione, eseguire modelli dinamici e analizzare criticamente i risultati ottenuti. - Assemblare circuiti elettronici su breadboard, interpretando correttamente schemi circuitali in DC e AC. - Impiegare strumentazione di laboratorio, come multimetri, oscilloscopi e generatori di segnali, per la misura e l'analisi di segnali elettrici. - Analizzare sistemi nel dominio della frequenza tramite i diagrammi di Bode per individuare frequenze critiche e fenomeni di risonanza. - Eseguire l'identificazione sperimentale di un modello e la taratura di un sensore, valutando l'errore complessivo del sistema di misura. - Progettare e tarare un controllore PID su un sistema elettromeccanico, ottimizzando i parametri per raggiungere specifiche metriche di prestazione.

Per una proficua fruizione dell'insegnamento, è necessario che le studentesse e gli studenti abbiano già acquisito le nozioni fondamentali di matematica e fisica. - Conoscenze di base di matematica: algebra elementare, trigonometria, concetti fondamentali di analisi (funzioni, limiti, derivate e integrali) - Conoscenze di fisica: meccanica dei sistemi e principi base dell’elettricità.

L'insegnamento (60 ore totali) è suddiviso nei seguenti moduli: 1. Introduzione alla modellazione e strumenti di simulazione (6h): Definizione di sistema meccatronico e rappresentazione a blocchi. Modellazione fisica tramite equazioni di equilibrio in diversi domini (meccanico, elettrico, termico). Utilizzo operativo della trasformata di Laplace e della funzione di trasferimento. Introduzione guidata all'ambiente Matlab per la creazione di script e la simulazione della risposta di sistemi reali. 2. Dinamica dei sistemi del secondo ordine (6h): Studio del sistema massa-molla-smorzatore come modello guida. Analisi della risposta temporale (comportamento sottosmorzato, critico e sovrasmorzato) al variare dei parametri fisici. Osservazione intuitiva della risposta a sollecitazioni periodiche. 3. Analisi in frequenza e sistemi complessi (6h): Formalizzazione del comportamento in frequenza e costruzione dei diagrammi di Bode. Applicazione alla modellazione e simulazione della sospensione di un veicolo (modello 1/4 car) per l'analisi di frequenze critiche e fenomeni di risonanza. 4. Sensoristica, misure e identificazione dei parametri (6h): Caratteristiche degli strumenti di misura e procedure di taratura. Tecniche di identificazione sperimentale: passaggio dai dati reali al modello dinamico attraverso test al gradino e sinusoidali. Valutazione dell'errore complessivo del sistema di misura. 5. Attuatori e controllo in retroazione (6h): Modellazione del motore in corrente continua (DC) come sistema elettromeccanico. Logica del controllo ad anello chiuso e azione dei regolatori PID (Proporzionale, Integrale, Derivativo). Progetto e taratura del controllore per l'ottimizzazione delle prestazioni (tempo di salita, sovraelongazione). 6. Circuiti in corrente continua (DC) (12h): Studio delle grandezze elettriche fondamentali e della legge di Ohm. Analisi di circuiti resistivi in serie e parallelo. Attività pratica di montaggio componenti su breadboard e tecniche di misura della tensione, corrente e resistenza tramite multimetro. 7. Circuiti in corrente alternata (AC) (6h): Principi della corrente alternata: frequenza, periodo, ampiezza e fase. Comportamento di condensatori e induttori; analisi di circuiti RC, RL e RLC. Uso della strumentazione di laboratorio: generatore di segnali e oscilloscopio per l'osservazione dei segnali nel tempo e in frequenza. 8. Dispositivi elettronici e amplificatori operazionali (12h): Funzionamento dei diodi e applicazioni nei circuiti di protezione e raddrizzamento. Studio degli amplificatori operazionali nelle configurazioni fondamentali: follower, sommatore, invertente e sottrattore. Analisi e realizzazione sperimentale di filtri attivi del primo ordine per l'elaborazione dei segnali analogici.

L'insegnamento prevede un carico didattico complessivo di 60 ore, equamente suddivise tra lezioni teoriche ed esercitazioni di laboratorio.

Laboratorio virtuale di meccatronica. Analisi e controllo di un sistema pneumatico, G. Quaglia, W. Franco, CLUT, 2008

Slides; Dispense; Esercizi; Esercitazioni di laboratorio;

E' possibile sostenere l?esame in anticipo rispetto all?acquisizione della frequenza

Modalita di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... L’esame finale accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta di 2 ore. Al fine di verificare il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento, e quindi l’acquisizione delle conoscenze e capacità di comprensione e delle capacità di applicarle, la verifica si articola nelle seguenti parti: - 4 esercizi - 2 domande aperte Il voto della prova scritta è espresso in trentesimi e deve essere maggiore o uguale a 18/30. Il punteggio massimo è di 33/30. La lode sarà assegnata nel caso si raggiungesse il massimo dei punti. Durante la prova scritta non sarà ammesso l’utilizzo di appunti, libri o note né di sistemi elettronici di calcolo (computer, tablet, telefoni cellulari) ad eccezione di calcolatrici non programmabili.

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.