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Anno Accademico 2015/16
03BPZNE
Meccatronica
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Sorli Massimo ORARIO RICEVIMENTO PO ING-IND/13 60 10.5 24 30 19
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/13 10 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
Presentazione
L’insegnamento è inserito nell’orientamento "Automazione". Esso intende affrontare le problematiche riguardanti i dispositivi misti meccanici - elettronici presenti nelle applicazioni dell'automazione industriale e descrivere alcuni esempi caratteristici al riguardo, con l’obiettivo di formare figure professionali con competenze multidisciplinari.
Risultati di apprendimento attesi
Lo studente dovrà acquisire conoscenza delle caratteristiche dei sistemi meccatronici, considerando tipiche applicazioni per il controllo della posizione, della velocità, della forza in servosistemi meccanici. Verranno acquisite conoscenze relative a sistemi con attuazioni elettriche, pneumatiche ed idrauliche, con particolare riguardo ai componenti di sensorizzazione, di interfaccia e di regolazione della potenza. In particolare saranno acquisite conoscenze riguardo alle prestazioni dei componenti proporzionali pneumatici sia di tipo digitale sia di tipo continuo (valvole proporzionali e servovalvole). Lo studente dovrà essere in grado di effettuare l’analisi di servosistemi meccatronici, il dimensionamento di sistemi di attuazione controllata e la modellazione e simulazione di servosistemi a fluido.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
Sono richieste conoscenze di base di elettrotecnica, di meccanica teorica e applicata e di elementi di controllo automatico.
Programma
Descrizione

Il corso affronta le problematiche riguardanti i dispositivi misti meccanici - elettronici presenti nell'automazione industriale e presenta alcune applicazioni caratteristiche al riguardo. Vengono in particolare analizzati componenti di sensorizzazione, sia descrivendo le tipologie costruttive e funzionali degli strumenti atti al rilievo delle tipiche grandezze fisiche e meccaniche, sia i componenti di interfaccia e di regolazione della potenza, considerando tipiche attuazioni elettriche, pneumatiche ed idrauliche. In particolare vengono descritte le prestazioni dei componenti proporzionali pneumatici sia di tipo digitale sia di tipo continuo (valvole proporzionali e servovalvole). Vengono infine analizzati tipici schemi di sistemi di controllo della posizione, della velocità, della forza in servosistemi meccanici.


Programma delle lezioni

Definizione di sistema meccatronico. Componenti costituenti un sistema meccatronico: attuazione, sensorizzazione, interfacciamento, controllo. Specifiche di progetto e caratteristiche funzionali. Cenni su differenti tipologie di attuazione: elettrica, oleoidraulica e pneumatica. Trasmettitore e interfaccia.
Scopo, funzione, e requisiti dei trasduttori utilizzati nei sistemi meccanici automatizzati. Struttura funzionale. Caratteristiche statiche: sensibilità, linearità, risoluzione, isteresi.
Caratteristiche dinamiche: modello di un sistema meccanico. Richiami di funzioni di trasferimento e spazio degli stati. Esempi. Sistemi di ordine 0,1,2. Identificazione del sistema nel dominio del tempo e in frequenza. Criteri di scelta dei sensori per macchine automatiche.
Principi di trasduzione. Trasduttori meccanici, pneumatici, elettrici, ottici, sonici. Trasduttori resistivi, capacitivi, induttivi, laser, effetto Hall, piezoelettrici.
Trasduttori digitali: encoder e riga ottica.
Tipologie costruttive di sensori per il rilievo delle grandezze meccaniche: prossimità, spostamento, velocità, forza, coppia, pressione.
Scopo, funzione e requisiti dei dispositivi di interfaccia nell'attuazione a fluido (oleodinamica e pneumatica). Valvole continue e digitali. Valvole proporzionali e servovalvole. Tipologie costruttive.
Blocchi funzionali di valvole proporzionali: regolazione, comando, attuazione. Valvole proporzionali in pressione e in portata. Caratteristiche funzionali, ambientali, elettriche, dimensionali, gradi di protezione, caratteristiche statiche e dinamiche.
Criteri di scelta e di dimensionamento di interfacce in servosistemi a fluido. Modellazione di valvole proporzionali. Applicazioni di sistemi meccatronici con attuazione a fluido. Controlli di forza, di posizione, di pressione.
Effetto dei disturbi e metodi per eliminarne gli effetti.
Applicazioni delle tecniche di controllo analogico e digitale nei sistemi meccatronici. Problematiche di acquisizione di segnali analogici, di conversione A/D e D/A e di comunicazione digitale.
Esempi di applicazioni industriali di sistemi meccatronici.
Organizzazione dell'insegnamento
E' previsto lo sviluppo di esercitazioni in supporto agli argomenti sviluppati a lezione. Gli studenti sono suddivisi in squadre, che si alternano nello svolgimento delle esercitazioni sperimentali e numeriche in 13 pomeriggi. All'esame finale viene presentata da ogni coppia di studenti una relazione sulle attività svolte nelle esercitazioni, in cui sono riportati gli obiettivi, le metodologie, le principali caratteristiche dei componenti usati, i risultati sperimentali acquisiti, i modelli MATLAB-Simulink, i risultati numerici.
Esercitazioni sperimentali: sono svolte esercitazioni sperimentali in cui vengono analizzati e valutati sia singoli componenti di trasduzione, sia sistemi completi di controllo. Nello svolgimento pratico delle esercitazioni sono acquisiti i segnali delle prove sperimentali condotte. Temi: sensore di forza a sei assi di misura, sensori di posizione resistivi e LVDT, regolazione di portata con modulazione PWM, servoattuatore pneumatico controllato in posizione, servoattuatore elettrico controllato in posizione, servoattuatore idraulico controllato in posizione
Esercitazioni numeriche: sono svolte esercitazioni numeriche presso il LAIB. Nelle prime esercitazioni viene richiamato il linguaggio MATLAB e vengono modellizzati e simulati tipici comportamenti di sistemi meccanici. Vengono nelle esercitazioni successive modellizzati i sistemi provati durante le esercitazioni sperimentali, ne viene simulato il funzionamento e vengono confrontati i rilievi sperimentali e numerici.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
Documentazione fornita dal docente.
Sorli M., Quaglia G.:"Meccatronica vol.1 ", Politeko, Torino, 2003.
Bishop R. H.: "The Mechatronis Handbook", CRC Press, 2002
Nordmann R., Birkhofer H.,:"Elementi di macchine e meccatronica", Mc Graw Hill, 2006
Jacazio G., Piombo B.:"Meccanica Applicata alle Macchine - vol.III Regolazione e servomeccanismi", Levrotto & Bella, Torino, 1994.
E.O.Doebelin "Measurement systems - Application and design" McGraw Hill
Shetty D., Kolk R.A., "Mechatronics System Design", PWS Publishing Company, Boston, 1997
Sorli M., Quaglia G.:"Applicazioni di Meccatronica", CLUT Editrice Torino, aprile 1996
Viersma T.J.: "Analysis, synthesis and design of hydraulic servosystems and pipelines", Elsevier, 1980
Criteri, regole e procedure per l'esame
Modalità d’esame

L'esame viene svolto in forma orale sui contenuti del programma delle lezioni e delle esercitazioni. Viene dato un peso significativo ai contenuti della relazione sulle esercitazioni condotte e alla discussione degli stessi.

Modalità di contatto con il docente

- recapito: Dip. di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale tel. 011/0906948 – 334.6696644- email: massimo.sorli@polito.it
- ubicazione delle bacheche: piano terreno e IV piano (Dip. Ingegneria Meccanica e Aerospaziale), scala lato C.so Einaudi.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2015/16
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