The course will address the fundamentals of dynamical systems analysis and of the design of simple analogic and digital feedback controllers.

- Conoscenza del concetto di sistema dinamico delle sue principali rappresentazioni matematiche (equazioni di ingresso-stato-uscita, funzione di trasferimento.
- Capacità di creare modelli matematici di sistemi dinamici lineari
- Capacità di calcolare l’evoluzione dello stato e della risposta del sistema
- Valutare il comportamento di un sistema dinamico mediante simulazione numerica.
- Conoscenza delle proprietà strutturali (stabilità, raggiungibilità, osservabilità) dei sistemi dinamici
- Capacità di studiare le proprietà strutturali di stabilità, controllabilità e osservabilità
- Conoscenza del concetto di controllo in retroazione di un sistema dinamico
- Conoscenza dei principali indici di prestazione (specifiche) dei sistemi di controllo retroazionati
- Conoscenza delle principali tecniche di analisi nel dominio della frequenza per lo studio della stabilità e delle prestazioni di sistemi retroazionati
- Capacità di analizzare le proprietà di stabilità e le prestazioni dei sistemi di controllo retroazionati
- Conoscenza delle tecniche di sintesi per tentativi nel dominio della frequenza di controllori
- Capacità di progettare semplici sistemi di controllo in retroazione per sistemi ad un ingresso e un’uscita tramite funzioni attenuatrici, anticipatrici e di tipo PID.
- Valutare il comportamento e le prestazioni dei sistemi controllati mediante simulazione numerica.

È ritenuta fondamentale la conoscenza del calcolo differenziale ed integrale delle funzioni a valori reali vettoriali di una o più variabili, e dei concetti di base della meccanica dell’elettromagnetismo e della termodinamica. Si ritengono inoltre necessari i risultati fondamentali sui numeri complessi, sulle funzioni di variabile complessa, sulla trasformata di Laplace ed una buona conoscenza dell'algebra lineare e della teoria delle funzioni polinomiali e razionali. È inoltre richiesta una conoscenza di base dell’ambiente operativo MATLAB.

Argomenti trattati nel corso e relativo peso in crediti.
- Introduzione allo studio dei sistemi dinamici. Rappresentazione in variabili di stato. Esempi rappresentazione in variabili di stato di sistemi fisici. (1cr)
- Calcolo dell’evoluzione dello stato e della risposta, analisi modale e stabilità di sistemi dinamici lineari. Funzione di trasferimento. (1,5 cr)
- Minimalità raggiungibilità e osservabilità, realizzazione. (0,5 cr)
- Introduzione al controllo in retroazione dall’uscita. Algebra dei blocchi. (0,5 cr)
- Diagrammi di Bode, polari, di Nyquist, di Nichols e criterio di stabilità di Nyquist. Margini di stabilità. (1,5 cr)
- Risposta ad ingressi polinomiali di sistemi in retroazione; errori di inseguimento in regime permanente e reiezione dei disturbi. Risposta nel tempo e in frequenza di sistemi del primo e del secondo ordine. Prestazioni di un sistema di controllo: specifiche statiche e dinamiche. (1,5 cr)
- Progetto del controllore per sistemi a tempo continuo con tecniche di compensazione in frequenza; reti di compensazione anticipatrici, attenuatrici e di tipo PID. (1,0 cr)

Le esercitazioni sono svolte in laboratorio informatico con l’utilizzo dell’ambiente operativo MatLab (Control System Toolbox, Simulink) e riguardano sia esercizi relativi agli argomenti delle lezioni sia lo sviluppo di esempi applicativi.

Testi
N. S. Nise: "Control System Engineering", 5th Edition, Wiley, 2008.
R. C. Dorf, R. H. Bishop: "Modern Control Systems", 10th Edition, Prentice Hall, 2005.
G. F. Franklin, J.D. Powell, A. Emami-Naeini, "Feedback Control of Dynamic Systems", 5th Edition, Prentice Hall, 2006.
K. Ogata, "Modern Control Engineering", 4th Edition, Prentice Hall, 2002.
P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, Ed. McGraw-Hill Libri Italia, Milano, 3a edizione, 2008
G. Calafiore, Elementi di Automatica, CLUT, Torino, 2007, II ediz.
G. Calafiore, Appunti di Controlli Automatici, CLUT, Torino, 2006.
A. Isidori, Sistemi di Controllo – Vol. Primo, Ediz. Scientifiche Siderea, Roma, 1992. II ediz.

Sarà inoltre reso disponibile dal docente ulteriore materiale ausiliario sottoforma di slide presentate a lezione e di schemi per le esercitazioni di laboratorio

L’esame è costituito da una prova scritta svolta in laboratorio informatico e formata da:
- 3 esercizi a scelta multipla (9 punti)
- 1 domanda aperta su aspetti concettuali (10 punti)
- 1 problema di progetto di un sistema di controllo (14 punti)
Durante l'esame, gli studenti possono consultare unicamente un formulario fornito dal docente.