PRESENTAZIONE

Il corso presenta in modo integrato l'uso di strumenti di simulazione di sistemi meccanici e meccatronici e aspetti legati alla formulazione di modelli matematici e fisici di tali classi si sistemi. Particolare attenzione viene data alla correlazione fra lo sviluppo dei modelli e l'analisi dei risultati ottenuti dalla loro soluzione, in relazione allo studio delle caratteristiche funzionali dei sistemi considerati. Le modalità didattiche sono fortemente interattive, basate anche sull'uso esternsivo di strumenti software sia in aula con il supporto dei docenti che nell'ambito del lavoro autonomo richiesto agli studenti per los viluppo dei loro progetti di gruppo.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Fornire le competenze metodologiche e capacità operative per formulare modelli matematici e numerici di sistemi meccatronici, comprendenti sistemi meccanici, sensori, attuatori e schemi di controllo. Acquisire le capacità di uso di strumenti di simulazione e ottimizzazione numerica per la soluzione dei modelli e maturare le competenze per l'interpretazione dei risultati ottenuti a scopo di progetto e ottimizzazione del sistema

PREREQUISITI

Conoscenze di Meccanica delle macchine, Controllo dei sistemi meccanici, Metodi numerici

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni teoriche e attività di laboratorio di simulazione con svolgimento di esercitazioni di calcolo con la partecipazione attiva degli studenti.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Sviluppo di modelli matematici per lo studio della dinamica di sistemi meccatronici, in presenza di meccanismi, trasmissioni, azionamenti e sistemi di controllo. Soluzione con approccio multibody in Creo Parametric. Soluzione mediante approcci numerici in Matlab, con codifica esplicita del problema e uso di routines numeriche. Analidsi e validazione dei risultati delle simulazioni. Strumenti specifici per lo studio dei sistemi lineari tempoinvarianti. Esercitazioni in aula con uso degli strumenti di calcolo.

Modellazione dei sistemi dinamici mediante ambienti di programmazione grafica. Semantica dei diagrammi a blocchi. Introduzione al software Simulink. Librerie e strumenti del software: operatori matematici, descrittori dello spazio di stato, funzione di trasferimento, model explorer, model data editor, debugger, callback functions. 

Modellazione dei segnali di ingresso. Importazione ed esportazione di dati Matlab. Soluzione di equazioni differenziali lineari: implementazione in Simulink e Matlab. Sistema massa-molla-smorzatore: soluzione nel dominio del tempo, nel dominio della frequenza e nello spazio di stato. Massa-molla-smorzatore con attrito coulombiano.

Soluzione  in Simulink di equazioni differenziali ordinarie del secondo ordine lineari e non lineari. Esempi e confronto tra soluzioni lineare e non lineare.

Introduzione al software Simscape. Sistemi di riferimento e coppie cinematiche. Modellazione di meccanismi ad un grado di libertà: velocità relative, forze e coppie trasmesse. Assegnazione di leggi di moto. Modellazione dei sistemi quadrilatero articolato, manovellismo di spinta, glifo oscillante. Analisi di posizione, velocità e accelerazioni.  Modellazione di meccanismi a più gradi di libertà: RR e PRR nel piano; importazione di modelli generati con software CAD.

Modellazione di sistemi con smorzatori non lineari. Equazione di Van der Pol. Soluzione del problema in Matlab, Simulink e Simscape. Problemi stiff e confronto solutori.

Modellazione di sistemi elettromeccanici in Simulink e Simscape. Electrical library. Analisi di tensioni, correnti e coppie.

Modellazione in Simscape del sistema motore-carico con trasmissione: modello elettromeccanico completo. Dinamica di un braccio robotico e implementazione del sistema di controllo in posizione. Accoppiamento motore carico con trasmissione ed elementi flessibili.

Generalità sui sistemi robotici. Caratteristiche dei manipolatori seriali e paralleli, robot ridonanti, applicazioni industriali. Introduzione all'analisi cinematica e statica dei manipolatori seriali, principio dei lavori virtuali. Matrici di rigidezza e cedevolezza nello spazio dei giunti e nello spazio cartesiano. Modellazione in Simscape di manipolatori seriali. Implementazione di un sistema di controllo PID.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

- Documentazione dei software utilizzati (Creo Parametric, Matlab)

- Materiale e codici di calcolo sviluppati durante le lezioni

- Il corso riprende, in modo operativo, a scopi di modellazione numerica, concetti e conoscenze acquistte in svariati corsi (Meccanica applicata alle macchine, Dinamica e controllo dei sistemi meccanici, Costruzione di Mecchine, Sistemi di misura, Fisica matematica, Metodi numerici) ai cui materiali didattici si rimanda per gli specifici contenuti

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

PIETRO FANGHELLA (Presidente)

MATTEO VEROTTI (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/9269/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Il superamento della prova di esame prevede lo svolgimento di esercitazioni complesse da parte di gruppi di studenti, sotto la supervisione dei docenti. La prova finale consiste in una discussione delle esercitazioni e in domande di approfondimento teorico dei temi sviluppati nelle esercitazioni.

La prova di esame può anche essere svolta in date fissate su appuntamento.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Colloqui orali sui contenuti dei progetti e su approfondimenti di temi ad essi correlati.

Calendario appelli