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CORSO DI LAUREA MAGISTRALE in MECHATRONIC ENGINEERING (INGEGNERIA MECCATRONICA)
Anno Accademico 2017/18
DIPARTIMENTO DI AUTOMATICA E INFORMATICA
Collegio di Ingegneria Informatica, del Cinema e Meccatronica
Sede: TORINO
Durata: 2 anni
Classe di laurea n° LM-25: INGEGNERIA DELL'AUTOMAZIONE
Referente del corso
BARALIS ELENA MARIA   referente.lm.mct@polito.it
Corso tenuto in Inglese

Risultati di apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
Le conoscenze e competenze attese riguarderanno i diversi ambiti disciplinari caratterizzanti i sistemi meccatronici, oggetto del corso di Laurea Magistrale, quali:
- l'ingegneria dell'automazione e del controllo, relativamente alla modellazione, identificazione, simulazione e controllo di sistemi secondo diversi approcci
- l'ingegneria meccanica, relativamente all'analisi strutturale ed allo studio di sistemi fluidici e pneumatici
- l'ingegneria elettronica, relativamente alla tecnologia di sistemi elettronici, ai microcontrollori ed all'utilizzo di strumentazione elettronica
- l'ingegneria elettrica, per quanto riguarda l'analisi di circuiti elettrici, macchine ed azionamenti elettrici,
- l'ingegneria informatica, relativamente in particolare al progetto di sistemi software di tipo embedded.

Modalità didattiche

Queste conoscenze e capacità vengono acquisite dagli studenti attraverso lezioni frontali, esercitazioni in aula e in laboratori informatici e di tipo sperimentale. Nella maggior parte degli insegnamenti sono anche presenti altre attività, condotte in modo autonomo da ciascuno studente o da gruppi di lavoro assistiti dai docenti e organizzati con specifici obiettivi, ad esempio progetti di sistemi integrati hardware e software, simulazione e controllo di sistemi meccatronici, robotici, elettronici. Ogni insegnamento indica quanti crediti sono riservati a ciascuna modalità didattica.

Modalità di accertamento

L'accertamento delle conoscenze e della capacità di comprensione avviene tramite esami scritti e orali, che comprendono quesiti relativi agli aspetti teorici ed applicativi e tramite la discussione dei risultati delle attività autonome singole o di gruppo. Si richiede la capacità di integrare le conoscenze acquisite in insegnamenti e contesti diversi e la capacità di valutare criticamente e scegliere modelli e metodi di soluzione.


Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Al termine del percorso di studi lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze e competenze acquisite nei vari ambiti a diversi contesti, fondendole insieme grazie ad un'intensa attività sperimentale e di laboratorio, ad esempio per la costruzione di modelli matematici rappresentativi di sistemi di varia natura fisica, la progettazione di controllori digitali, il dimensionamento di componenti di macchine, la progettazione di sistemi elettronici (quali sistemi di acquisizione, amplificatori, filtri), l'analisi di circuiti elettrici (anche mediante utilizzo di appositi programmi), l'applicazione di tecniche di progetto del software di tipo model-based, l'implementazione di schemi di controllo mediante tecniche di tipo Hardware-in-the-Loop a sistemi meccatronici.

Modalità didattiche

Le capacità di applicare conoscenze e comprensione sono acquisite dallo studente tramite la progettazione guidata di sistemi hardware, utilizzando le tecnologie considerate nei differenti ambiti, e di applicazioni software di natura diversa. Le lezioni in aula sono dedicate all'approfondimento di aspetti teorici, mentre le esercitazioni in aula sono propedeutiche alle attività progettuali. Le attività in laboratorio sono finalizzate alla sperimentazione pratica delle metodologie di progettazione introdotte in aula. Particolare enfasi è data all'applicazione integrata di conoscenze acquisite in differenti insegnamenti, data la basilare importanza che essa riveste nella trattazione di sistemi meccatronici.

Modalità di accertamento

Gli accertamenti comprendono esami tradizionali (scritti e orali), con quesiti relativi agli aspetti teorici, all'analisi e al progetto di sistemi meccatronici. I quesiti di progetto richiedono solitamente la valutazione comparata di diverse scelte (“problem solving”). Viene verificata la capacità di applicare le conoscenze acquisite a problemi nuovi, anche di carattere interdisciplinare. Un accertamento complessivo delle capacità di applicare quanto appreso nei diversi insegnamenti avviene con l'elaborazione della tesi di laurea, che richiede l'integrazione di conoscenze acquisite e la capacità di apportare nuovi sviluppi, nonché l'eventuale approfondimento di aspetti tecnologici e pratici di importanza a livello industriale, nel caso di tesi svolte presso aziende.

 

Area di apprendimento Risultati di apprendimento attesi Insegnamenti / attivita formative
Ingegneria meccanica   Conoscenza e comprensione
Gli obiettivi di apprendimento attesi riguarderanno:
• i fondamenti di analisi strutturale con cenni sulle strutture iperstatiche
• il comportamento meccanico dei materiali
• il dimensionamento di componenti di macchine quali cuscinetti, molle, ruote dentate,
• i sistemi pneumatici e fluidici
• il metodo degli elementi finiti per l’analisi statica e dinamica
• l’analisi modale
• i fondamenti di dinamica dei rotori.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di applicare la conoscenza acquisita per effettuare:
• l’analisi strutturale di base statica e dinamica mediante il metodo degli elementi finiti, il calcolo delle tensioni e deformazioni di travi snelle, l’analisi di strutture in presenza di carichi ripetuti
• il dimensionamento di componenti di macchine quali cuscinetti, molle, ruote dentate
• la scelta della struttura dei circuiti pneumatici in base alle funzionalità da realizzare, il dimensionamento di circuiti pneumatici e loro simulazione
• il calcolo delle caratteristiche roto-dinamiche fondamentali mediante discretizzazione ad elementi finiti.

 
Applied mechanics and machine design - 01PCZQW - ING-IND/13 (8 cfu)
Fluid Automation - 02MPLQW - ING-IND/13 (6 cfu)
 
Ingegneria dell’automazione e del controllo   Conoscenza e comprensione
Gli obiettivi di apprendimento attesi riguarderanno:
• i metodi di modellazione, identificazione e simulazione dinamica dei sistemi meccatronici (elettrici, meccanici, idraulici, termici)
• la modellazione matematica dei robot industriali e mobili, compreso il loro controllo, con elementi di sensoristica e tecnologie relative
• le basi teoriche e tecnologiche per lo studio del controllo digitale, robusto e H-infinito,
• le tecniche per l’analisi delle specifiche e la sintesi di controllori digitali
• la conoscenza degli aspetti teorici e tecnologici legati al progetto di controllori
• la modellazione e simulazione di sistemi produttivi e la soluzione di problemi di ottimizzazione combinatoria
• la modellazione di sistemi di tipo automobilistico e le principali tecniche di controllo.


Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di applicare la conoscenza acquisita per:
• costruire ed identificare il modello matematico mediante equazioni differenziali (di stato) di apparati, sistemi e impianti meccatronici
• individuare le caratteristiche salienti per la scelta, l’utilizzo, la supervisione, la programmazione e il controllo di robot industriali e mobili, compresa la scelta dei sensori utilizzabili per specifici compiti
• impostare il progetto di controllori digitali secondo specifiche assegnate, verificare il progetto mediante codici di calcolo e ambienti di simulazione e realizzare praticamente il progetto su apparati di laboratorio
• modellare e simulare sistemi produttivi e logistici, nonché ottimizzare le loro prestazioni tecniche ed economiche
• modellare e simulare sistemi di tipo automobilistico, nonché progettare soluzioni per il loro controllo e valutarne le prestazioni


 
Automation and planning of production systems - 01PEDQW - ING-INF/04 (6 cfu)
Automotive control systems - 03MIQQW - ING-INF/04 (6 cfu)
Convex optimization and engineering applications - 01OUWQW - ING-INF/04 (6 cfu)
Digital control technologies and architectures - 01PDCQW - ING-INF/04 (6 cfu)
Estimation, filtering, and system identification - 01RKYQW - ING-INF/04 (6 cfu)
Modelling and simulation of mechatronic systems - 02PCYQW - ING-IND/14 (5 cfu)
Modelling and simulation of mechatronic systems - 02PCYQW - ING-INF/04 (5 cfu)
Modern design of control systems - 01PDXQW - ING-INF/04 (6 cfu)
Robotics - 01PEEQW - ING-INF/04 (8 cfu)
Software architecture for automation - 01PECQW - ING-INF/04 (6 cfu)
 
Ingegneria elettronica   Conoscenza e comprensione
Gli obiettivi di apprendimento attesi riguarderanno:
• il comportamento dei circuiti elettrici
• le tecniche di analisi dei circuiti elettrici
• la tecnologia dei sistemi elettronici, le caratteristiche e i modelli degli amplificatori operazionali
• l’uso di reazione negativa e positiva nei circuiti elettronici, l’interconnessione di dispositivi e sistemi elettronici
• l’analisi e progettazione di un sistema di acquisizione dati
• la gestione dell’energia in sistemi elettronici
• l’uso della strumentazione di misura elettronica e di interfacce standard di vario tipo
• i microcontrollori, DSP, FPGA e le tecniche di interfacciamento tra sistemi o sottosistemi elettronici
• l’analisi ed il progetto di sistemi e circuiti di alimentazione per l'elettronica.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di applicare la conoscenza acquisita per:
• analizzare il comportamento di circuiti elettrici
• utilizzare programmi di analisi automatica dei circuiti
• progettare un sistema elettronico attraverso la ripartizione su moduli funzionali
• utilizzare gli amplificatori operazionali per realizzare amplificatori e filtri
• progettare un sistema di acquisizione dati a partire da componentistica commerciale
• progettare i macroblocchi in grado di realizzare funzioni base quali amplificatori, filtri, interconnessioni, conversioni e alimentazioni
• scegliere e utilizzare un sistema di trasmissione dati
• utilizzare un oscilloscopio elettronico e strumenti di misura anche programmabili
• progettare circuiti digitali attraverso linguaggi di descrizione hardware
• progettare un’interconnessione tra sottosistemi elettronici
• utilizzare sistemi digitali complessi basati su microcontrollori, DSP ed FPGA
• progettare sia la parte di potenza che la parte di controllo di un convertitore isolato, valutando gli stress dei componenti e stimando l'efficienza del circuito.

 
Electronic systems for mechatronics - 01PDFQW - ING-INF/01 (8 cfu)
Electronics Fundamentals and Applications - 01RXOQW - ING-INF/01 (8 cfu)
Power electronics - 02LPNQW - ING-INF/01 (6 cfu)
 
Ingegneria elettrica   Conoscenza e comprensione
Gli obiettivi di apprendimento attesi riguarderanno:
• la teoria avanzata della conversione elettromeccanica dell'energia e relativi modelli
• i modelli dinamici delle principali macchine elettriche e il loro utilizzo nelle simulazioni di azionamenti elettrici
• le strutture base della conversione statica dell’energia elettrica e il loro utilizzo
• gli azionamenti elettrici con motori in corrente continua e corrente alternata
• i controlli di velocità e di coppia delle macchine elettriche.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di applicare la conoscenza acquisita per:
• risolvere i problemi di analisi di macchine elettriche utilizzate negli azionamenti elettrici e saperne interpretare le specifiche tecnologiche, con particolare riferimento alle tipologie di carico meccanico
• utilizzare correttamente i modelli delle macchine elettriche per le simulazioni di apparati di tipo meccatronico
• utilizzare correttamente un azionamento elettrico, con particolare riferimento al significato delle principali tarature da effettuare.

 
Electrical machines - 02LONQW - ING-IND/32 (8 cfu)
 
Ingegneria informatica   Conoscenza e comprensione
Gli obiettivi di apprendimento attesi riguarderanno:
• il progetto di un sistema software con particolare riferimento ai sistemi embedded
• lo standard internazionale ISO26262
• architetture avanzate quali AutoSAR


Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di:
• applicare le tecniche di progetto del software di tipo model-based
• applicare le tecniche di generazione automatica del software a partire da modelli comportamentali/strutturali



 
Model-based software design - 01OUZQW - ING-INF/05 (6 cfu)
 
Attività sperimentali e di laboratorio   Conoscenza e comprensione
Gli obiettivi di apprendimento attesi riguarderanno:
• applicazione di tecniche di identificazione robusta a sistemi lineari e non lineari
• applicazione di tecniche di controllo robusto a sistemi lineari e non lineari
• strumenti hardware e software per la prototipazione rapida di sistemi




Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di:
• applicare tecniche di identificazione e di controllo robusti a sistemi lineari e non lineari
• utilizzare strumenti hardware e software per la prototipazione rapida di sistemi
• implementare schemi di controllo mediante tecniche di tipo Hardware-in-the-Loop a sistemi meccatronici di laboratorio


 
Laboratory of robust identification and control - 01QYEQW - ING-INF/04 (6 cfu)
 
Crediti liberi     Insegnamento a scelta da Tabella 1 - 06ICWQW - *** N/A *** (6 cfu)
Insegnamento a scelta da Tabella 2 - 02OBVQW - *** N/A *** (6 cfu)
 
Final project     Final project work - 02KSDQW - *** N/A *** (30 cfu)
 
Autonomia di giudizio
L'autonomia di giudizio viene esercitata dagli studenti quando viene loro chiesto di sviluppare da soli o all'interno di un gruppo di lavoro, un progetto o una prova sperimentale. Normalmente la definizione delle specifiche da sviluppare non è completa e lascia un certo grado di libertà allo studente che deve essere capace di fare e sostenere delle scelte personali.
Questo approccio è caratteristico di alcuni insegnamenti svolti nel secondo anno di corso, in particolare nei corsi dell'area elettromeccanica, dell’automazione e nei laboratori sperimentali.
Abilità comunicative
Le abilità comunicative vengono esercitate e valutate attraverso la specifica stesura di rapporti scritti al termine dello svolgimento delle esercitazioni, per documentare prove ed esperimenti di laboratorio e come risultato finale nello sviluppo di piccoli progetti. Queste attività sono svolte spesso all'interno di piccoli gruppi di lavoro. Ciò permette di sviluppare l'abilità di lavorare insieme ad altri, di sottoporre il proprio lavoro ad una valutazione esterna e di predisporre presentazioni tecniche con l’uso di slide o altre tecniche di comunicazione. Alcuni insegnamenti prevedono, come parte della prova di accertamento, la presentazione orale dei lavori individuali o di gruppo. Questa attività viene considerata un esercizio per affinare le capacità di comunicare le proprie idee in pubblico.
Il corso di studi favorisce pertanto la crescita della capacità di ricercare, valutare, sostenere criticamente e comunicare informazioni, idee, problemi e soluzioni, capacità di controllare e verificare le fonti documentarie e di spiegare e documentare le proprie scelte, utilizzando opportunamente i mezzi che la moderna tecnologia informatica mette a disposizione.
Si sottolinea l'importanza della visione "trasversale", cioè multidisciplinare, propria della meccatronica, sviluppata in lezioni, esercitazioni ed attività di laboratorio. Anche le prove d'esame orale e la prova finale, con marcate caratteristiche di sintesi, accrescono le abilità comunicative.
Capacità di apprendimento
La capacità di apprendimento viene sviluppata ponendo lo studente nelle condizioni di imparare con buona resa (o minimo sforzo) il materiale proposto in aula, per applicarlo nella fase di esercitazione in aula o in laboratorio e per sviluppare piccoli progetti, sottoponendogli anche del materiale aggiuntivo di supporto che deve essere elaborato autonomamente, in vista della prova d’esame e finale o della stesura di un rapporto scritto. Ciò consente allo studente, nel caso di prosecuzione degli studi o di aggiornamento continuo delle proprie conoscenze anche dopo la conclusione del percorso di studi, di possedere sviluppate capacità di apprendere nello studio auto-diretto o autonomo.  


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