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Anno Accademico 2009/10
01LNVFQ
Dinamica e controllo di assetto
Corso di L. Specialistica in Ingegneria Aerospaziale - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Avanzini Giulio       38 18 0 0 4
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/03 5 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
Obiettivi dell'insegnamento
Il Corso si prefigge lo scopo di fornire allo studente gli strumenti necessari alla modellizzazione e all'analisi del comportamento di satelliti, con particolare riguardo ai problemi relativi alla dinamica e al controllo di assetto. Per giungere ad una sufficiente padronanza di tali argomenti, Ŕ necessario integrare le conoscenze di base di Teoria del Controllo impartite in altri corsi, fornire dati costruttivi 'reali' relativi ai problemi implementativi pi¨ comuni delle logiche di controllo (digitalizzazione, sensori, tipologia degli attuatori, che nel caso di velivoli spaziali Ŕ caratterizzata da una notevole varietÓ di principi di funzionamento). Il corso e le esercitazioni verranno tenuti in inglese, per permettere agli studenti di familiarizzare con il linguaggio tecnico in tale lingua.
Competenze attese
CapacitÓ di realizzare il modello dinamico di un satellite, includendo gli elementi salienti che ne condizionano il comportamento (tipologia di sensori e attuatori utilizzata, loro limitazioni, etc.); sintetizzare con tecniche elementari leggi di controllo per la stabilizzazione e la manovra di assetto; analizzare criticamente il comportamento del sistema a catena chiusa rispetto a specifiche di progetto preassegnate. CapacitÓ di discutere in lingua inglese gli argomenti trattati nel corso.
Prerequisiti
Meccanica di base. Fondamenti di calcolo differenziale ed integrale. Fondamenti di Teoria del Controllo. Conoscenza di base della lingua inglese parlata e scritta.
Programma
Richiami di teoria del controllo (concetti di base di teoria dei sistemi: osservabilitÓ, controllabiltÓ, raggiungibilitÓ; generalitÓ sul controllo in feedback; il controllo ottimo con retroazione sullo stato; il filtro di Kalman).
Richiami di Meccanica Classica: Cinematica di assetto (angoli di Eulero e quaternioni, matrici di cambiamento di riferimento); dinamica del corpo rigido (soluzioni elementari per la dinamica libera, stabilitÓ dei moti di assetto del corpo rigido).
Metodi di stabilizzazione passiva: gradiente di gravitÓ, dampers viscosi e magnetici.
Metodi di stabilizzazione attiva e controllo di assetto: thrusters vs momentum exchange devices.
Modellizzazione dei sensori di assetto (star tracker, sensori di sole, sensori dell'orizzonte, magnetometri). con elementi sul problema della determinazione di assetto.
Modellizzazione degli attuatori (giroscopi, ruote d'inerzia, spire magnetiche, getti caldi, freddi ed elettrodinamici).
Logiche di controllo per i diversi tipi di impianto (sensori e attuatori) e loro implementazione digitale.
Laboratori e/o esercitazioni
Nel corso delle esercitazioni gli studenti verranno guidati nella realizzazione del modello dinamico di un satellite in ambiente Matlab/Simulink, con diverse configurazioni di sensori ed attuatori, implementando alcune delle logiche di controllo studiate nell'ambito delle lezioni. Ogni studente dovrÓ portare a termine, entro la fine del corso, un elaborato INDIVIDUALE dove:
- vengono discussi i problemi principali relativi alla dinamica e controllo di assetto di una data tipologia di satelliti, in base ai requisiti di missione;
- viene discusso il modello dinamico del satellite stesso, con analisi critica dei limiti di validitÓ del modello ottenuto;
- viene verificato il soddisfacimento di requisiti operativi in termini di accuratezza di puntamento e/o tempi di manovra del satellite considerato, con l'implementazione di una data logica di controllo.
Bibliografia
a) Testo di riferimento per il corso:
G. Avanzini, Dinamica del volo spaziale, dispense fornite dal docente
b) Per approfondimenti ed ulteriore consultazione:
B. Wie, Space Vehicle Dynamics and Control, AIAA Educational Series, Reston (VA), USA, 1998.
M.J. Sidi, Spacecraft Dynamics and Control, Cambridge Univ. Press, New York (NY), USA, 1997.J.R. Wertz (Ed.,), Spacecraft Attitude Determination and Control, D Reidel Publ. Comp., Dordrecht, Olanda, 1978.
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Controlli dell'apprendimento / ModalitÓ d'esame
L'esame nel primo dei due appelli che seguono immediatamente la conclusione delle lezioni Ŕ scritto, mentre Ŕ orale in tutti gli altri appelli dell'anno accademico. Prerequisito allo svolgimento dell'esame Ŕ la valutazione da parte del docente dell'elaborato scritto sulla base dei risultati ottenuti nell'ambito delle esercitazioni.
L'esame scritto consiste in un questionario composto da 7 domande. Le domande verteranno sulla presentazione/discussione di aspetti metodologici trattati a lezione. Il candidato Ŕ tenuto a rispondere a 6 delle 7 domande. Ogni domanda Ŕ valutata con un voto da 0 a 5. La sufficienza si ottiene fornendo almeno 3 risposte esaurienti e corrette. Lo svolgimento corretto e completo della prova (6 risposte) permette il raggiungimento della lode. Il tempo massimo a disposizione Ŕ di 90 minuti. Il risultato positivo dell'esame scritto deve essere registrato nella stessa sessione, pena il decadimento del voto ottenuto.
Gli esami orali consistono in due o tre domande poste ad ogni candidato, e durano circa mezz'ora l'uno.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2009/10
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