PRESENTAZIONE

I sistemi di controllo automatico rappresentano la tecnologia fondamentale per la realizzazione di macchine e sistemi, in tutti i campi dell’ingegneria, in grado di funzionare in modo automatico con precisione e affidabilità, senza intervento diretto di operatori umani.

I sistemi di controllo automatico sono fondati sul concetto di retroazione e sulle sue proprietà. Tutti i sistemi sia naturali (sistemi biologici, sociali ecc.) che artificiali (macchine, dispositivi, processi, ecc.) svolgono la loro funzione sulla base di meccanismi di retroazione che, se gestita appropriatamente, ne rendono efficace il funzionamento.

L’insegnamento di Controlli Automatici fornisce gli elementi fondamentali necessari per comprendere il funzionamento e le proprieta’ dei sistemi di controllo retroazionati e le basi per l’ingegneria dei sistemi di controllo.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’insegnamento si propone di fornire gli strumenti di base per la sintesi di regolatori per sistemi dinamici a tempo continuo.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento di Controlli Automatici ha l’obiettivo di fornire agli studenti: i concetti fondamentali alla base della regolazione e del controllo di sistemi dinamici, gli strumenti di base per analizzare il comportamento di sistemi di controllo retroazionati e per progettare semplici regolatori analogici.

Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di analizzare le caratteristiche di stabilità, precisione, reiezione ai disturbi e robustezza di sistemi retroazionati lineari tempo-invarianti a singola variabile controllata (LTI-SISO). Inoltre sarà in grado di sintetizzare la funzione di regolazione (regolatore) per il controllo di semplici sistemi LTI-SISO.

OBIETTIVI ONU

I Controlli Automatici e tutte le discipline ad essi collegati contribuiscono in modo unico, fondamentale ed irrinunciabile al raggiungimento di tutti i 17 obiettivi dell’Agenda 2030 dell’ONU e sostenuti dall’Universita’ di Genova.

Citando Aristotele (Politica, I, 4)

εἰ γὰρ ἠδύνατο ἕκαστον τῶν ὀργάνων κελευσθὲν ἢ προαισθανόμενον ἀποτελεῖν τὸ αὑτοῦ ἔργον [...], οὕς φησιν ὁ ποιητὴς αὐτομάτους θεῖον δύεσθαι ἀγῶνα, οὕτως αἱ κερκίδες ἐκέρκιζον αὐταὶ καὶ τὰ πλῆκτρα ἐκιθάριζεν, οὐδὲν ἂν ἔδει οὔτε τοῖς ἀρχιτέκτοσιν ὑπηρετῶν οὔτε τοῖς δεσπόταις δούλων.

che teorizza il valore sociale e di uguaglianza connesso con lo sviluppo dei sistemi automatici e dell’automazione,  e’ immediato concludere che l’automazione in tutte le sue forme, incardinata nei fondamenti della Teoria dei Sistemi e dei Controlli Automatici, fornisce agli allievi ingegneri gli strumenti per:

• lo sviluppo di macchine, sistemi e metodologie che possono immediatamente in forma diretta o indiretta essere destinati alla produzione sostenibile di cibo ed all’uso razionale dell’acqua (Obiettivi ONU 1,  2, 6, 9, 11, 12, 13).
• lo sviluppo di macchine, sistemi e metodologie per la medicina, il welfare e l’inclusione sociale  (Obiettivi ONU 3, 5, 6, 10)
• l’affermarsi nella mente degli studenti di conoscenze fondamentali e uniche che permettano di prendere decisioni, anche con il supporto di sistemi di gestione ed organizzazione dei dati, in contesti complessi (Obiettivi ONU 4, 9, 16)
• la comprensione immediata che il sapere e’ gender neutral al pari degli strumenti caratterizzanti i saperi connessi ai Controlli Automatici che sono in larghissima misura agnostici rispetto alle applicazioni (Obiettivo ONU 5)
• lo sviluppo di macchine, sistemi e metodologie per la produzione sostenibile, vantaggiosa per la societa’, e rispettosa del ruolo delle persone nel contesto industriale (Obiettivi ONU 1, 3, 7, 9 10, 11, 12, 13)
• lo sviluppo di macchine, sistemi, e metodologie per lo studio e l’utilizzo sostenibile delle risorse in ambienti estremi (Obiettivi ONU 1, 2, 9, 12, 13, 14, 15)
• l’affermarsi nella mente degli studenti di conoscenze fondamentali che permettano di integrare i propri saperi con quelli derivanti da altre discipline per favorire lo sviluppo di conoscenze transdiscplinari destinate a rafforzare il raggiungimento di tutti gli obiettivi dell’agenda (Obiettivo ONU 17)

PREREQUISITI

Gli strumenti tecnici dell’insegnamento si basano su

•             Fondamenti di Analisi Matematica e Algebra dei Numeri Complessi
•             Fondamenti di Teoria dei Sistemi

La comprensione dei concetti illustrati nell’insegnamento richiede almeno la vaga idea di come funziona il mondo che circonda lo studente. A tale scopo si ritiene utile almeno la conoscenza dei fondamenti delle seguenti discipline

•             Fisica elementare (meccanica/elettromagnetismo)
•             Elettrotecnica/circuiti
•             Altre discipline di base dell’ingegneria

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali per introdurre gli strumenti concettuali ed esercizi svolti in aula per applicare i concetti a casi di studio e facilitarne l’apprendimento.

E' consigliata la frequenza.

Sono inoltre proposti esercizi e problemi nel corso delle lezioni, il cui svolgimento e' a cura degli allievi. Il docente e' costantemente a disposizione per discutere le soluzioni proposte dagli allievi.

Gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi sono invitati a contattare il docente e il referente di Scuola per la disabilità all’inizio dell’insegnamento per concordare eventuali modalità didattiche che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali. I contatti del referente di Scuola per la disabilità sono disponibili al seguente link Comitato di Ateneo per l’inclusione delle studentesse e degli studenti con disabilità o con DSA | UniGe | Università di Genova

PROGRAMMA/CONTENUTO

• Introduzione
• Definizione del problema di controllo e regolazione
• Richiami di algebra dei numeri complessi e teoria dei sistemi
• Esempi di sistemi in anello aperto e in ciclo chiuso
• Analisi della risposta di sistemi LTI-SISO nel dominio del tempo
• Analisi della risposta in frequenza e diagrammi di Bode e Nyquist
• Criterio di Nyquist
• Metodo del luogo delle radici
• Analisi di precisione della risposte di sistemi in ciclo chiuso
• Analisi della reiezione di disturbi e rumore in sistemi in ciclo chiuso
• Analisi della robustezza di sistemi in ciclo chiuso
• Regolatori standard (PID)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• Modern Control Engineering, K. Ogata, Prentice Hall
• Automatic Control, B. Kuo, Prentice Hall
• Note/video lezioni del corso (TEAMS code: k0jc71b)

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/9273/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Scritto. La prova d'esame consiste nella risoluzione di alcuni semplici esercizi a cui seguono domande (quiz a risposta multipla) relative agli esercizi svolti nella prima parte della prova d'esame.

Agli studenti con disturbi specifici di apprendimento (DSA) sarà consentita l’adozione di specifiche modalità e supporti che saranno stabiliti caso per caso in accordo col Delegato dei corsi di Ingegneria nella Commissione per l’inclusione di studenti con disabilità (come indicato nella sezione Modalita' Didattiche).

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

I risultati di apprendimento vengono accertati mediante la prova d'esame descritta nella sezione "modalità d'esame".

Gli obiettivi formativi si considerano raggiunti nella misura in cui lo studente:

• evidenzia la propria conoscenza e comprensione degli argomenti dell’insegnamento
• si dimostra capace di comunicare correttamente il proprio pensiero in relazione alla discussione di problemi collegati agli argomenti dell’insegnamento
• dimostra di sapere utilizzare correttamente gli strumenti concettuali e tecnici introdotti nel corso delle lezioni per analizzare il comportamento di sistemi di controllo retroazionati di varia natura e per progettare semplici regolatori analogici
• sa motivare le proprie affermazioni e le proprie scelte