Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2007/08
01AKSGC, 07AKSDL, 14AKSFD
Controlli automatici
Corso di L. Specialistica in Ingegneria Meccanica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Belforte Gustavo ORARIO RICEVIMENTO     31 7 18 0 11
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/04 5 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
Obiettivi dell'insegnamento
L'obiettivo del corso è quello di fornire strumenti di base di modellistica e di analisi di sistemi dinamici e le conoscenze per il progetto di semplici sistemi di controllo per quanto attiene ai sistemi dinamici lineari tempo continui descritti sia in variabili di stato che in funzione di trasferimento. Anche se nel corso vi è una parte di modellistica in cui si vede come si possano derivare le equazioni dinamiche per sistemi di varia natura, l'attenzione è rivolta principalmente alle metodologie di carattere generale che permettono di operare su sistemi dinamici di cui siano date le equazioni dinamiche descrittive. Nella prima parte del corso si trattano principalmente i sistemi descritti in variabili di stato per i quali si analizzano le proprietà di stabilità, controllabilità e osservabilità introducendo anche il concetto di retroazione degli stati e di osservatore. Nella seconda parte del corso si affronta il progetto di compensatori in serie per siste mi ad un ingresso e un'uscita che siano stabili ad anello aperto.
Competenze attese
Capacità di analizzare sistemi dinamici lineari descritti in variabili di stato studiandone le proprietà strutturali di stabilità, controllabilità e osservabilità. Capacità di progettare semplici sistemi di controllo in retroazione per sistemi ad un ingresso e un'uscita.
Prerequisiti
Conoscenze di base di analisi matematica, di fisica e di elettrotecnica.
Programma
- Introduzione al corso.
- La trasformata di Laplace
- Rappresentazione dei sistemi dinamici in variabili di stato e mediante funzione di trasferimento.
- Evoluzione nel tempo dei sistemi dinamici. Matrici di transizione.
- La stabilità dei sistemi dinamici lineari.
- Controllabilità e osservabilità dei sistemi dinamici. Forme canoniche.
- Retroazione degli stati.
- Osservatore degli stati.
- Il controllo in catena aperta e in catena chiusa. Diagrammi di Bode e di Nyquist. Stabilità dei sistemi retroazionati: criterio di Routh-Hurwitz, criterio di Nyquist
- La risposta transitoria e a regime dei sistemi dinamici. Specifiche nel dominio del tempo e della frequenza per i sistemi dinamici. Attenuazione dei disturbi parametrici e additivi.
- Progetto di compensatori in serie basati sul diagramma di Bode della funzione di trasferimento di anello.
Laboratori e/o esercitazioni
Le lezioni e le esercitazioni non sono rigidamente distinte tra loro. Le esercitazioni riguardano sia lo svolgimento di esercizi relativi alla teoria illustrata a lezione sia lo sviluppo delle parti più applicative del programma. Non è prevista una divisione in squadre per l'attività in aula. Siccome una parte dello studio verrà svolta presso il Laib per poter accedere a materiale multimediale in rete, per tale attività è prevista una divisione in squadre come per le attività di laboratorio.
Le esercitazioni di laboratorio sono svolte presso il LAIB. Esse devono servire per acquisire i primi rudimenti nell'uso di un moderno programma (MATLAB) per l'analisi e il progetto di sistemi di controllo. Con l'aiuto di tale programma vengono svolti degli esercizi simili a quelli visti a lezione e nelle esercitazioni in aula, ma vengono anche affrontati problemi più complessi che difficilmente potrebbero essere trattati senza l'ausilio di un calcolatore.
Argomenti delle esercitazioni sono:
Studio dell'evoluzione nel tempo dei sistemi dinamici.
Studio della stabilità, la controllabilità e l'osservabilità dei sistemi dinamici
Tracciamento dei diagrammi di Bode e dei diagrammi di Nyquist di varie funzioni di trasferimento.
Confronto delle funzioni di trasferimento ad anello aperto e ad anello chiuso. Analisi degli effetti della presenza dell'anello di retroazione.
Progetto di reti compensatrici.
Bibliografia
Sono disponibili in rete (sul portale della didattica nel materiale del corso) le copie delle trasparenze usate a lezione che possono essere integrate con appunti.
Per la preparazione del corso il docente ha fatto riferimento principalmente ai testi:
1. D. Luenberger, Linear dynamic systems J. Willey & Sons, New York.
2. E. Rohrs, J. L. Melsa, D. G. Shultz Linear control systems, Mc Graw Hill, New York.
Coloro che sentissero l'esigenza di un testo nella preparazione dell'esame possono far riferimento a:
1. P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, McGraw-Hill
2. K. Ogata, Modern control engineering, Prentice-Hall, London.
3. R. C. Dorf, R. H. Bishop, Modern control systems, Addison-Wesley Reading, Ma.
Per approfondimenti ulteriori gli interessati possono fare riferimento ai testi:
1. N. S. Nise, Control systems engineering, The Benjamin/Cummings Publishing Co., Redwood City, CA.
2. G. F. Franklin, J. D. Powel, A. Emami-Naeini, Feedback control of dynamic systems, Addison-Wesley Reading, Ma.
3. B. C. Kuo, Automatic control systems, Prentice-Hall, London.
4. J. J. D'azzo, C. H. Houpis, Feedback control system analysis & synthesis, Mc Graw Hill, New York.
Un testo di carattere divulgativo che presenta una panoramica delle problematiche argomento del corso è:
R. Calimani, A. Lepschy, Feedback. Guida ai cicli di retroazione: dal controllo automatico al controllo biologico, Garzanti (Strumenti di studio).
Controlli dell'apprendimento / Modalità d'esame
- L'esame consiste in una prova scritta di 3 ore svolta in laboratorio con l'uso di Matlab.
- L'esame consiste di due esercizi, uno sul progetto di compensatori e l'alto sull'analisi di sistemi descritti in variabili di stato.
- Secondo le norme di legge l'esito dell'esame viene registrato anche se ci si ritira. Non è quindi ammesso rifiutare il voto. Tuttavia lo studente può indicare, al momento della consegna dell'elaborato d'esame, il voto minimo che desidera avere così che, qualora non raggiunga tale votazione, sul registro d'esame viene indicato come ritirato.
- Durante gli esami non è consentito uscire dal laboratorio salvo nel caso in cui ci si ritiri o si sia terminata la prova. Gli studenti che non potessero rispettare questo vincolo per comprovate ragioni mediche devono contattare il docente in data antecedente quella dello svolgimento delle prove. Non verranno prese in considerazione richieste tardive.
- Durante gli esami è consentito avere sul banco solo penne e matite, strumenti da disegno (righello, squadretta ecc.), la calcolatrice e i fogli di appunti come più sotto specificato e un moderato numero di fogli bianchi. Ogni altro materiale (telefonini, libri, borse, indumenti, zaini, ecc.) va depositato secondo le istruzioni che verranno impartite al momento.
- Durante gli esami non è consentito l'uso di testi o appunti, eccezion fatta per un foglio formato A4 sul quale lo studente può riportare ogni nota che r itenga utile, escludendo però esercizi svolti in tutto o in parte e risposte a esercizi specifici comunque codificate. Su tale foglio, manoscritto, non fotocopiato e strettamente personale, devono essere riportati nome, cognome e matricola. E' altresì concesso l'uso di un analogo foglio (A4) con le sole trasformate di Laplace (e regole di trasformazione) ed un terzo con i diagrammi universali e le carte di Nichols.
- Durante le prove è consentito l'uso di calcolatrici con al più quattro registri di memoria che, oltre alle operazioni aritmetiche, calcolino funzioni trigonometriche dirette e inverse, logaritmi, esponenziali, radici, fattoriali, sommatorie, medie ed altre funzioni statistiche.
- Non è consentito l'uso di calcolatrici difformi da quanto specificato al punto precedente. In particolare non sono ammessi calcolatori programmabili o in grado di eseguire programmi predefiniti o con display grafico.
- Non è ammesso portare dentro o fuori dalla sede d'esa me materiale su supporto magnetico (dischetti ecc.)
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2007/08
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