D1 - Conoscenza e capacità di comprensione

Lo studente, al termine del corso, dovrà conoscere i principi base del funzionamento di un sistema di controllo in anello chiuso includendo il funzionamento dei componenti principali di tale sistema.

D2 - Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente dovrà essere in grado di effettuare un'analisi statica e dinamica di semplici sistemi di controllo per sistemi lineari e dovrà essere altresì in grado di progettare sistemi di controllo che ottemperino semplici specifiche di prestazioni e stabilità anche utilizzando strumenti computazionali specifici.

D3 - Autonomia di giudizio

Lo studente dovrà essere in grado valutare, optando tra le varie possibilità, come configurare e progettare l’architettura e il controllore di un sistema di controllo automatico a partire dai requisiti di funzionamento ed i vincoli tecnologici.

D4 - Abilità comunicative

Lo studente dovrà essere in grado di descrivere la funzionalità di un sistema di controllo con proprietà di terminologia.

D5 - Capacità di apprendimento

Lo studente dovrà essere in grado di interpretare e impiegare testi di riferimento sui sistemi dinamici e di controllo.

Elementi di analisi matematica con riferimento particolare allo studio di
equazioni differenziali, fondamenti delle funzioni di variabile complessa
ed elementi di algebra lineare.

1. Introduzione ai problemi di controllo automatico.

2. Modelli dinamici. Il caso lineare e quello non lineare e relativi strumenti di analisi e caratterizzazione del comportamento temporale

3. Risposta in frequenza. Strumenti e metodi analitici e grafici

4. Sistemi a segnali campionati. Campionamento temporale e rappresentazioni approssimate

5. Analisi e progetto di sistemi di controllo. Strumenti e metodi analitici e grafici

6. Strumenti computazionali.

P.BOLZERN, R.SCATTOLINI, N.SCHIAVONI : "Fondamenti di controlli
automatici", McGraw Hill Libri Italia, III Edizione, disponibile in biblioteca

1. Introduzione ai problemi di controllo automatico.

Finalità del controllo automatico. Esempi di problemi di controllo in
ambito ingegneristico. Prestazioni dei sistemi di controllo (in transitorio
ed a regime). Tipologie ed elementi costitutivi dei sistemi di controllo
(anello aperto, anello chiuso, compensazione, regolatori, trasduttori,
attuatori). Definizione di segnale a tempo discreto e motivazioni
all'utilizzo di controllori a tempo discreto.

2. Modelli dinamici. Il caso lineare e quello non lineare e relativi strumenti di analisi e caratterizzazione del comportamento temporale

Sistemi lineari a tempo continuo e a tempo discreto: modelli temporali e
funzioni di trasferimento, sovrapposizione degli effetti e stabilità.
Risposta allo scalino (con particolare riferimento ai sistemi del primo e
secondo ordine), schemi a blocchi. Sistemi non lineari: linearizzazione
intorno ad uno stato di equilibrio, stabilità dell'equilibrio. Descrizione
matematica di alcuni processi a tempo continuo e a tempo discreto in
ambito ingegneristico.

3. Risposta in frequenza. Strumenti e metodi analitici e grafici

Definizione di risposta in frequenza e proprietà, connessioni con la
funzione di trasferimento. Rappresentazione mediante diagrammi polari e di Bode. Relazioni tra la risposta in frequenza e le risposte temporali.
Interpretazione dei sistemi dinamici come filtri.

4. Sistemi a segnali campionati. Campionamento temporale e rappresentazioni approssimate

Campionamento, aliasing, scelta del periodo di campionamento. Tecniche
di conversione continuo-discreto approssimate: metodo di di “Eulero
implicito”, trasformata di Tustin.

5. Analisi e progetto di sistemi di controllo. Strumenti e metodi analitici e grafici

Requisiti dei sistemi di controllo: stabilità, precisione (errore a regime,
velocità e sovraelongazioni), insensitività ai disturbi, robustezza. Analisi
della stabilità dei sistemi di controllo: criterio di Nyquist e di Bode. Il luogo della radici come strumento di analisi nel piano complesso. Analisi
delle prestazioni dei sistemi di controllo e loro dipendenza dalla funzione
di trasferimento d'anello. Progetto di regolatori a tempo continuo basato
sul criterio di Bode e sul luogo delle radici. Progetto di regolatori a segnali campionati per discretizzazione a partire da un regolatore a tempo continuo: utilizzo
delle tecniche approssimate di “Eulero implicito” e della trasformata di
Tustin.

6. Strumenti computazionali.

Introduzione a Matlab ed all'utilizzo dei live script e del Control Systems Designer come strumenti di analisi e progetto dei sistemi di controllo. Cenni sull'uso di Simulink per la simulazione dei sistemi dei sistemi di controllo.

Si segue una modalità di parziale "flipped teaching" ovvero nella quale si chiede agli studenti di visionare in anticipo rispetto alla lezione il materiale specifico messo a disposizione e che verrà trattato nelle lezioni ex-cattedra di tipo metodologico. Durante le lezioni, vengono anche svolte in modo interattivo esercitazioni “hands on” con utilizzo di live script in ambiente Matlab (licenza di Ateneo disponibile agli studenti) al fine di stimolare la discussione dei risultati e favorire il coinvolgimento attivo degli studenti. Vengono anche messi a disposizione livescripts aggiuntivi in modo che gli studenti possano applicare e far propri i concetti e gli strumenti computazionali illustrati a lezione, sperimentandoli con esempi guidati.

Nella piattaforma Microsoft Teams nella quale gli studenti sono automaticamente inseriti dalla segreteria didattica viene messa a disposizione in anticipo la traccia delle lezioni in versione stampabile nell'ottica di favorire il processo di apprendimento e di migliorare il trasferimento dei concetti trattati a lezione. Sempre in Microsoft Teams vengono messi a disposizione anche i livescript relativi agli esempi guidati.

L'obiettivo formativo del corso consiste nel fornire agli studenti gli elementi di base di teoria dei sistemi dinamici sia a tempo continuo che a tempo discreto ed alcuni fondamenti di progetto di sistemi di controllo anche facenti uso di strumenti computazionali specifici con particolare riferimento a contesti applicativi di interesse ingegneristico.

Il corso e` strutturato in modo da essere fruibile da tutti gli studenti al secondo anno di ingegneria industriale e di ingegneria Elettronica e Informatica

Prove d’esame parziali

Sono previsti due momenti di valutazione parziale delle competenze acquisite da ciascuno studente iscritto al corso.
Solo gli studenti il cui anno di frequenza è l’anno accademico 2024-2025 sono ammessi allo svolgimento delle prove parziali.
Ciascuna prova parziale richiede la soluzione di problemi specifici tramite la predisposizione di codice in ambiente Matlab e, qualora richiesto, testo di spiegazione e di motivazione delle scelte fatte nel risolvere i problemi posti.
Le due prove parziali sono in modalità “open book” e vengono svolte durante l’orario di lezione in aule informatizzate dotate degli strumenti necessari.

La prima prova parziale ha la durata di un’ora, viene svolta nell’ambiente informatico “Matlab Grader” e verte sui seguenti argomenti:
Elementi di Teoria dei Sistemi; Stabilità dei Sistemi Dinamici; Funzioni di Trasferimento
La seconda prova parziale ha la durata di un’ora e mezza, viene svolta nell’ambiente informatico “Matlab Online” e verte sui seguenti argomenti:
Analisi e progetto di sistemi di controllo.

Le valutazioni ottenute contribuiscono alla determinazione del voto finale secondo queste regole:
Se la valutazione cumulativa Ptot delle due prove parziali è >=18/30, lo studente ha a disposizione le opzioni:

1) verbalizzare in Esse3 la votazione d’esame Ptot;

2) sostenere una prova d’esame scritta integrativa in modalità open book con punteggio aggiuntivo a Ptot massimo pari a 5/30 e con successiva verbalizzazione a discrezione dello studente; se Ptot (con o senza la prova integrativa) e' > 30, la votazione finale e' 30/30 e Lode.

3) decidere di sostenere la prova d’esame completa, descritta in seguito.

Scadenza della validità della valutazione delle prove parziali: la validità della valutazione cumulativa Ptot è ristretta all’anno accademico corrente (per l’anno accademico 2024-2025 la valutazione Ptot è valida sino all’ultima sessione d’esame nel Febbraio 2026). Dopo l’ultimo appello della sessione d’esame invernale del l’anno accademico 2024-2025 la valutazione Ptot delle prove parziali perde validità.

Prova d’esame completa

La prova d’esame completa in modalità open book consiste consiste di due prove denominate “Parte 1” e “Parte 2” volte a valutare le competenze acquisite da ciascuno studente iscritto al corso.
Ciascuna delle due parti richiede la soluzione di problemi specifici tramite la predisposizione di codice in ambiente Matlab e, qualora richiesto, testo di spiegazione e di motivazione delle scelte fatte nel risolvere i problemi posti.
Le due parti (“Parte 1” e “Parte 2”) sono in modalità “open book” e vengono svolte nelle date degli appelli d’esame predisposte a tempo debito nel calendario accademico in aule informatizzate dotate degli strumenti necessari.

La Parte 1 ha la durata di un’ora, viene svolta nell’ambiente informatico “Matlab Grader” e verte sui seguenti argomenti:
Elementi di Teoria dei Sistemi; Stabilità dei Sistemi Dinamici; Funzioni di Trasferimento
La Parte 2 ha la durata di un’ora e mezza, viene svolta nell’ambiente informatico “Matlab Online” e verte sui seguenti argomenti:
Analisi e progetto di sistemi di controllo.
Le valutazioni ottenute nelle Parti 1 e 2 contribuiscono alla determinazione del voto finale secondo queste regole:
Se la valutazione cumulativa Ptot delle Parti 1 e 2 è >=18/30, lo studente ha a disposizione le opzioni:

1) verbalizzare in Esse3 la votazione d’esame data da Ptot;

2) sostenere in uno qualunque degli appelli d'esame fissati successivamente una prova d’esame scritta integrativa in modalità open book con punteggio aggiuntivo a Ptot massimo pari a 5/30 e con successiva verbalizzazione a discrezione dello studente; se Ptot (con o senza la prova integrativa) e' > 30, la votazione finale e' 30/30 e Lode.

This course explores topics closely related to one or more goals of the United Nations 2030 Agenda for Sustainable Development (SDGs)