PRESENTAZIONE

Il corso illustra le metodologie di analisi e di sintesi dei sistemi di controllo per impianti a singola variabile controllata. In particolare gli impianti di interesse sono lineari e tempo invarianti (LTI), quindi rappresentabili con funzioni di trasferimento. Queste ultime possono essere dedotte dai principi primi delle leggi fisiche che governano i sistemi oppure sperimentalmente.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso ha l'obiettivo di fornire all'allievo gli strumenti concettuali e metodologici di base per affrontare problemi di analisi e sintesi relativi al controllo di sistemi dinamici caratterizzanti impianti e processi fisici di natura ingegneristica.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Conoscenza e comprensione: fornire adeguate conoscenze per comprendere il ruolo dei sistemi di controllo di impianti SISO (single input - single output) lineari tempo invarianti (LTI). In particolare i risultati di apprendimento attesi sono relativi alla comprensione dei meccanismi e delle prestazioni di sistemi controllo in catena aperta ed in ciclo chiuso. Centrali sono i concetti di stabilità di sistemi dinamici SISO, robustezza ad incertezze di modello e a disturbi esogeni. 

Circa le capacità di applicare conoscenza e comprensione, al termine del corso lo studente dovrà saper:

Modellare semplici sistemi dinamici, deducendo la loro rappresentazione in termini di interconnessione di funzioni di trasferimento.

Impiegare l'algebra dei blocchi per dedurre le funzioni di trasferimento di interesse ai fini del controllo, valutando anche tutti gli aspetti che le caratterizzano (ordine, poli/zeri, ritardi finiti, proprietà di stabilità e strutturali). 

Svolgere l'analisi in frequenza di funzioni di trasferimento tracciando i diagrammi di Bode e polari delle stesse.

Effettuare l'analisi di stabilità in ciclo chiuso in corrispondenza di una assegnato blocco di controllo, impiegando tutti i metodi sviluppati (in frequenza e nel dominio del tempo), verificando la coerenza tra di loro.

Valutare le proprietà comportamentali di un assegnato sistema di controllo (riduzione/annullamento di errori a regime in risposta a segnali polinomiali e sinusoidali, valutazione dei comportamenti dinamici in termini di poli dominanti, bande passanti, etc.)

Valutare la compatibilità delle assegnate specifiche di controllo con le caratteristiche dell'impianto dato. In caso di incompatibilità, saper riformulare nuove specifiche compatibili con l'impianto e con le condizioni al contorno assegnate. 

Sintetizzare un regolatore per un dato impianto, capace di soddisfare le specifiche di comportamento dinamico e a regime. 

Autonomia di giudizio, abilità comunicative: l'autonomia di giudizio si dovrà manifestare dimostrando padronanza dei concetti e dei metodi descritti nel corso generalizzando quanto illustrato ad impianti SISO lineari tempo invarianti arbitrari.

Capacità di apprendimento: la capacità di apprendimento sarà misurata (qualitativamente) durante le lezioni, i ricevimenti, e le esercitazioni che saranno improntate alla massima partecipazione attiva possibile. La capacità di apprendimento finale sarà valutata globalmente e quantitativamente in sede di esame.

PREREQUISITI

Padronanza dei concetti generali e degli strumenti metodologici sviluppati nel corso di Teoria dei Sistemi.

MODALITA' DIDATTICHE

• Lezioni frontali in aula (teoria ed esercitazioni sviluppate alla lavagna);
• Disponibilità delle dispense del corso;
• Verifiche scritte (opzionali) di apprendimento durante l'anno;
• Esecitazioni in aula; 
• Illustrazione dell'impiego di esistenti strumenti SW per l'analisi e la sintesi di sistemi di controllo.

Si consiglia agli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio del corso e in ogni caso con congruo anticipo (mettendo in copia il Referente per Ingegneria (https://unige.it/commissioni/comitatoperlinclusionedeglistudenticondisabilita.html), per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Parte 1: introduzione alla problematica dei Controlli Automatici, concetti generali relativi agli schemi di controllo in catena aperta e catena chiusa. Introduzione al concetto di robustezza a disturbi esogeni ed a incertezze parametriche. Esempi pratici di modellistica di impianti e loro architetture di controllo. 

Parte 2: introduzione ai sistemi a fase minima e non minima ivi compresi sistemi con ritardi finiti.

Parte 3: metodi di analisi della stabilità in ciclo chiuso: Metodo di Routh-Hurwitz; metodo del Luogo delle radici; metodo di Nyquist; metodo del margine di fase e di guadagno; metodo (qualitativo) delle pendenze (o di Bode) generalizzato al caso di impianti instabili e/o a fase non minima.

Parte 4: analisi delle prestazioni, sia nel dominio del tempo che in frequenza, del controllo in ciclo chiuso in regime stazionario e transitorio. Valutazione approssimata delle funzioni di trasferimento in ciclo chiuso.

Parte 5: sintesi di regolatori: specifiche di un sistema di controllo; metodi generali di sintesi per impianti a fase minima; reti correttrici ad anticipo di fase, a ritardo di fase, e di di tipo proporzionale, integrale e derivativo (PID); metodi generali di sintesi per impianti instabili e/o a fase non minima.

Parte 6: introduzione alla discretizzazione dei regolartori sintetizzati a tempo continuo per la loro implementazione digitale.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il corso dispone di note messe a disposizione dal Docente. A queste si possono affinacare I seguenti testi:

• G. Marrro: “Controlli Automatici”, Zanichelli, 1997
• P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di Controlli Automatici”, McGraw Hill, 1998
• Karl J. Åström and Richard M. Murray: "Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers", Princeton University Press, second edition, 2021 (reperibile all'indirizzo https://fbswiki.org/wiki/index.php/Main_Page )

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

GIOVANNI INDIVERI (Presidente)

GIUSEPPE CASALINO

ENRICO SIMETTI

GIORGIO CANNATA (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/corsi/8719

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Da una a tre prove scritte (non obbligatorie) per la verifica di apprendimento durante il corso.

Colloquio finale obbligatorio. In assenza del superamento delle prove di verifica durante il corso, il candidato dovrà svolgere in autonomia uno o più esercizi contestualmente al colloquio.

Agli studenti con disturbi specifici di apprendimento (DSA) sarà consentito l'utilizzo di modalità e supporti specifici che verranno valutati caso per caso d'intesa con il delegato dei corsi di Ingegneria nel Comitato per l'inclusione degli studenti con disabilità (https://unige.it/commissioni/comitatoperlinclusionedeglistudenticondisabilita.html).

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

I risultati delle prove intermedie di apprendimento, qualora sostenute con esiti positivi, costituiranno la base di partenza per la votazione finale, successiva ad un colloquio integrativo rispetto le verifiche intermedie.

In assenza del superamento delle prove di verifica durante il corso, lo studente dovrà sostenere un colloquio inerente il programma del corso  preceduto dallo svolgimento, in autonomia, di uno o più esercizi scritti.