Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2015/16
18AKSOA
Controlli automatici
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Greco Cosimo ORARIO RICEVIMENTO     60 24 16 60 16
Indri Marina ORARIO RICEVIMENTO AC ING-INF/04 60 24 16 0 15
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/04 10 B - Caratterizzanti Ingegneria dell'automazione
Esclusioni:
06LSL
Presentazione
Obiettivo del corso è fornire strumenti di base di modellistica e di analisi dei sistemi dinamici e una trattazione generale del problema del controllo, comprendendo analisi delle specifiche, progetto di un controllore e verifica dei risultati.
Risultati di apprendimento attesi
Lo studente deve acquisire e sviluppare le seguenti conoscenze e abilità:
- Conoscenza del concetto di sistema dinamico e delle sue principali rappresentazioni matematiche (equazioni d’ingresso-stato-uscita, funzione di trasferimento)
- Capacità di costruire modelli matematici di sistemi dinamici lineari e non lineari
- Capacità di calcolare analiticamente l'evoluzione dello stato e della risposta di sistemi dinamici lineari
- Capacità di valutare il comportamento di sistemi dinamici mediante simulazione numerica
- Conoscenza delle proprietà di stabilità (interna, esterna) e delle proprietà strutturali (raggiungibilità, osservabilità) di sistemi dinamici
- Capacità di analizzare le proprietà di stabilità e le proprietà strutturali di sistemi dinamici
- Capacità di progettare un regolatore dinamico
- 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 di controllo retroazionati
- Capacità di analizzare le proprietà di stabilità e le prestazioni di 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 a un ingresso e un'uscita tramite reti di compensazione attenuatrici, anticipatrici ed integro-derivative
- Conoscenza dei controllori industriali (PID) e delle relative tecniche di progetto
- Conoscenza dei sistemi di controllo a dati campionati e realizzazione di filtri digitali
- Capacità di progettare sistemi di controllo a dati campionati
- Capacità di valutare il comportamento e le prestazioni dei sistemi controllati mediante simulazione numerica
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
È ritenuta fondamentale la conoscenza del calcolo differenziale ed integrale delle funzioni a valori reali vettoriali di una o più variabili, nonché dei concetti di base della meccanica, dell'elettrotecnica e della termodinamica. Si ritengono inoltre necessari i risultati fondamentali sui numeri complessi, sulle funzioni di variabile complessa, sulla trasformata di Laplace e 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.
Programma
Argomenti trattati nel corso e relativo peso in ore:
- Introduzione allo studio dei sistemi dinamici. Modellistica di sistemi dinamici lineari e non lineari di diversa natura (elettrici, meccanici, elettromeccanici e termici) e loro rappresentazione in variabili di stato e mediante funzione di trasferimento (15 ore)
- Calcolo dell'evoluzione dello stato e della risposta, analisi modale e studio della stabilità (interna, esterna) di sistemi dinamici lineari a tempo continuo e discreto (15 ore)
- Linearizzazione di sistemi dinamici non lineari e studio della stabilità locale nell’intorno di un punto di funzionamento (4 ore)
- Studio delle proprietà strutturali (raggiungibilità e osservabilità) di sistemi dinamici lineari. Progetto di una retroazione statica degli stati; progetto di un osservatore asintotico degli stati; progetto di un regolatore dinamico mediante retroazione degli stati stimati (11 ore)
- Analisi della risposta al gradino di sistemi dinamici lineari del primo e del secondo ordine. Calcolo della risposta in regime permanente di sistemi dinamici lineari (5 ore)
- Introduzione al controllo in retroazione dall'uscita. Schemi a blocchi e regole di algebra dei blocchi (3 ore)
- Utilizzo di MATLAB e Simulink per la simulazione di sistemi di controllo in retroazione (3 ore)
- Diagrammi di Bode, polari, di Nyquist, di Nichols e criterio di stabilità di Nyquist. Margini di stabilità (12 ore)
- Risposta a ingressi polinomiali di sistemi in retroazione; errori di inseguimento in regime permanente e reiezione dei disturbi (8 ore)
- Analisi delle prestazioni di un sistema di controllo: specifiche statiche e dinamiche (4 ore)
- Progetto del controllore per sistemi dinamici lineari a tempo continuo con tecniche di compensazione in frequenza; reti di compensazione anticipatrici, attenuatrici ed integro-derivative (12 ore)
- Analisi e controllo di sistemi a dati campionati e realizzazione di filtri digitali. Controllori di tipo industriale: PID (8 ore)
Organizzazione dell'insegnamento
Le esercitazioni in aula, che non sono rigidamente separate dalle lezioni, riguardano sia esercizi relativi agli argomenti delle lezioni stesse, sia lo sviluppo di esempi applicativi. Non è prevista alcuna suddivisione in squadre.
Le esercitazioni presso i laboratori informatici (circa 15 ore) sono relative all’analisi, simulazione e controllo di sistemi dinamici reali (levitatore magnetico, motore elettrico), la realizzazione di un sistema di controllo con retroazione degli stati stimati, l’analisi di stabilità di sistemi dinamici in retroazione e il progetto di controllori per il soddisfacimento di specifiche di controllo assegnate, mediante l’utilizzo dell'ambiente operativo MATLAB (Control System Toolbox, Simulink). È prevista la suddivisione in squadre.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
Per la preparazione del corso, si è fatto riferimento principalmente ai testi seguenti:
- P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di Controlli Automatici, 3a edizione, McGraw-Hill, Milano, 2008.
- G. Calafiore, Elementi di Automatica, CLUT, Torino, 2004.
- G. Calafiore, Appunti di controlli automatici, CLUT, Torino, 2006.
- R. C. Dorf, R. H. Bishop, Modern Control Systems, XII edizione, Pearson Education, Upper Saddle River (U.S.A.), 2011.
Sulla pagina web del modulo è inoltre messo a disposizione materiale didattico sull’utilizzo di MATLAB e su singoli argomenti trattati durante il corso, costituito principalmente da slide facenti parte dei due seguenti DVD:
- "Fondamenti di Automatica" (a cura dei proff. M. Canale e M. Taragna), disponibile on-line all’indirizzo http://corsiadistanza.polito.it/on-line/FdA/index.htm
- "Controlli Automatici" (a cura dei proff. C. Greco e M. Indri), disponibile on-line all’indirizzo http://corsiadistanza.polito.it/on-line/Controlli_automatici/index.htm
Criteri, regole e procedure per l'esame
L'esame consiste in una prova scritta in laboratorio informatico, costituita da due parti, ciascuna della durata di un’ora e mezza circa.
Nella prima parte, è necessario rispondere a dieci domande proposte con risposte a "scelta multipla" senza l’ausilio del calcolatore; nel calcolo del punteggio è prevista una penalità per ogni risposta sbagliata. Sono ammessi a sostenere la seconda parte d’esame solo gli studenti che avranno risposto esattamente a un numero minimo di domande comunicato all’inizio della prova.
La seconda parte è costituita dal progetto di un controllore (da realizzare con l’ausilio di MATLAB/Simulink) e da un esercizio breve su diagrammi polari e di Nyquist, sull’analisi della stabilità ad anello chiuso o sul progetto di controllori PID.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

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