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 problemi di interesse per l’automazione.
Problemi di modellizzazione di sistemi dinamici: obiettivi del controllo automatico (esempi in ambito ingegneristico); Derivazione di modelli in spazio di stato lineari e non lineari; Punti di equilibrio e linearizzazione attorno ad essi; Schemi a blocchi; Sistemi di controllo in catena aperta e in catena chiusa e relativi vantaggi e svantaggi di ognuno.
Analisi dei sistemi lineari: Dinamica dei sistemi lineari (transitorio e regime); Principio di sovrapposizione degli effetti; Trasformate di Laplace; Segnali canonici e le loro trasformate; Funzioni di trasferimento; Diagrammi di Bode; Risposta in frequanza; Stabilità dei punti di equilibrio; Risposta al gradino per sistemi del primo e del secondo ordine e relazione tempo-frequenza; Interconnessioni.
Requisiti e progettazione dei sistemi di controllo: stabilità, precisione (errore a regime, velocità e sovraelongazioni), sensibilità ai disturbi, robustezza; Analisi della stabilità dei sistemi di controllo e criteri di stabilità; Progetto di controllori PID.
Cenni sul controllo digitale: Sistemi e segnali a tempo discreto, e discretizzazione dei sistemi e dei controllori; Cenni alla scelta della frequenza di campionamento.

Cenni sull'uso di linguaggi di programmazione (Matlab o Python) per l'analisi dei sistemi dinamici e per il progetto dei sistemi di controllo.

Ferrante: “Appunti di Automatica per Ingegneria Biomedica”, Edizioni Progetto Padova, 2023.

In aggiunta, saranno formiti appunti delle lezioni ed esercizi.

Il raggiungimento degli obiettivi dell'insegnamento viene valutato attraverso un esame finale scritto.

L'esame scritto finale è composto da due parti:
1) Tre esercizi simili a quelli svolti in classe e dati da svolgere per casa.
2) Una domanda teorica sui temi spiegati a lezione.
Durante il compito non è consentito l'uso di appunti, libri e altro materiale didattico.

Un esame completamente riuscito (27-30/30) sarà considerato tale quando verrà dimostrata una solida e ampia padronanza dei concetti discussi durante le lezioni. Un voto medio (22-26/30) sarà il risultato di una comprensione abbastanza completa di singoli temi ma con limitate interconnessioni tra gli argomenti. Un livello di sufficienza (18-21/30) corrisponderà a una conoscenza minima delle singole nozioni.

scritto

Lezioni frontali ed esercitazioni.