FONDAMENTI DI AUTOMATICA

L’insegnamento è una delle attività formative obbligatorie del Corso di Laurea in Ingegneria Fisica, e consente allo studente di acquisire le basi dell'analisi dei sistemi (modelli) dinamici e della loro stabilità, nonché dei sistemi di controllo automatico. Nella prima parte del corso si forniscono le basi teoriche e si introducono gli strumenti matematici per la modellazione dei sistemi lineari dinamici nel dominio del tempo e in quello di Laplace. La seconda parte del corso, invece, è dedicata all'analisi della stabilità, tramite la teoria del controllo. Una parte degli argomenti trattati presentano carattere di multidisciplinarietà, quindi le conoscenze acquisite sono utili anche per altri corsi affrontati dallo studente.

L'obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti gli elementi di base per la progettazione di sistemi di controllo, con particolare riferimento a modelli dinamici di carattere ingegneristico.

Conoscenza e capacità di comprensione
- Conoscere i principi base del funzionamento dei componenti principali di un modello dinamico lineare
- Conoscere i principi base del funzionamento di un sistema di controllo retroazionato

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- Abilità ad effettuare un'analisi statico/dinamica di sistemi di controllo per sistemi lineari
- Abilità di progettare sistemi di controllo sulla base di specifiche prestazioni di stabilità

Autonomia di giudizio
- Valutare, tra diverse possibilità, come configurare e progettare la struttura di un controllore automatico, sulla base di requisiti di funzionamento imposti

Abilità comunicative
- Capacità di descrivere le funzionalità principali di un sistema di controllo con linguaggio tecnico e formale

Abilità di apprendimento
- Capacità di utilizzare e interpretare testi di riferimento su sistemi dinamici e di controllo

Avere raggiunto gli obiettivi formativi dei precedenti corsi di Matematica. In particolare è opportuno che lo/la studente/studentessa sappia padroneggiare i concetti e i metodi relativi allo studio di equazioni differenziali, funzioni di variabile complessa ed elementi di algebra lineare

Introduzione al corso e alla modellazione di sistemi dinamici: obiettivi del controllo automatico (esempi in ambito ingegneristico). Dinamica dei sistemi di controllo (transitorio e regime). Tipologie di sistemi di controllo (anello aperto, anello chiuso). Definizione di segnale a tempo discreto e utilizzo di controllori a tempo discreto. Sistemi lineari a tempo continuo e a tempo discreto: modelli nel dominio del tempo, funzioni di trasferimento, principio di sovrapposizione degli effetti e stabilità. Risposta al gradino (sistemi del primo ordine), diagrammi a blocchi. Modellazione matematica di processi a tempo continuo/discreto in applicazioni ingegneristiche.
Analisi della risposta in frequenza: definizione e proprietà, legame con la funzione di trasferimento e relazione tempo/frequenza. Rappresentazione mediante diagrammi polari.
Sistemi a segnali campionati: teoria del campionamento e scelta della frequenza di campionamento.
Requisiti e analisi dei sistemi di controllo: stabilità, precisione (errore a regime, velocità e sovraelongazioni), sensibilità ai disturbi, robustezza. Analisi della stabilità dei sistemi di controllo: criterio di Nyquist e di Bode. Analisi
delle prestazioni dei sistemi di controllo e loro dipendenza dalla funzione di trasferimento d'anello. Progetto di regolatori e reti correttrici. Cenni sull'uso di Matlab per l'analisi dei sistemi dinamici e per il progetto dei sistemi di controllo.

Bolzern, Scattolini, Schiavoni: "Fondamenti di controlli automatici", McGraw Hill Libri Italia, III Edizione.

Il raggiungimento degli obiettivi dell'insegnamento viene valutato attraverso la partecipazione alle attività e alle esercitazioni assegnate durante il corso e un esame finale scritto (esame orale facoltativo, dietro indicazioni del docente).

L'esame scritto finale è composto da problemi simili a quelli svolti in classe durante il lavoro di gruppo. Durante il compito non è consentito l'uso di appunti, libri e altro materiale didattico (il docente indicherà eventuali formulari che potranno essere consultati). Un fac-simile del compito sarà reso disponibile.

Seminari: limitate lezioni frontali, lavoro di gruppo (peer-teaching, problem solving)
Esercitazioni: lavoro di gruppo (peer-teaching, problem solving)

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scritto