73123 - TEORIA DEI SISTEMI E DEI CONTROLLI PER L'AUTOMAZIONE LM

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente: possiede una conoscenza generale dei sistemi dinamici e in particolare dei sistemi lineari a tempo continuo-discreto e della loro rappresentazione interna ed esterna; possiede una conoscenza di base dei principi di stabilità alla Lyapunov per sistemi lineari e non lineari; possiede la capacità di analisi delle proprietà strutturali dei sistemi dinamici con particolare riferimento alle proprietà di controllabilità/raggiungibilità e osservabilità/ricostruibilità per sistemi lineari; possiede la capacità di progetto di leggi di controllo per sistemi lineari MIMO sia in presenza dell'informazione dello stato che della sola uscita; possiede una conoscenza di base relativa ad alcune problematiche di controllo per sistemi nonlineare e la capacità di progetto di controllori mediante linearizzazione.

Contenuti

• Cenni storici. Definizione di sistema, collegamento, ingressi di controllo e di disturbo. Modelli matematici. Definizione di controllo automatico. Esempi di sistemi di controllo. Controllo in anello aperto ed in anello chiuso.

• Elementi di Modellistica. Sistemi elettrici. Sistemi meccanici dotati di moto di traslazione e di moto rotatorio. Sistemi idraulici e termici. Sistemi elettromeccanici: servomotori in c.c.

• Stabilità e stati di equilibrio, metodo di Lyapunov diretto ed indiretto, stabilità rispetto a perturbazioni dello stato iniziale e dell'ingresso.

• Modelli a tempo continuo lineari stazionari e non stazionari. Proprietà strutturali dei sistemi dinamici. Raggiungibilità e controllabilità dello stato. Osservabilità e ricostruibilità dello stato.

• Analisi del moto e della risposta di sistemi dinamici lineari stazionari. Risposta libera e risposta forzata. Matrice di transizione e sue proprietà. Modi e stabilità dei sistemi lineari. Cambiamenti di base nello spazio degli stati.

• Assegnabilità degli autovalori con retroazione stato-ingresso ed uscita-ingresso. Osservatori asintotici dello stato e osservatore ridotto. La retroazione dello stato stimato mediante un osservatore.

• Analisi nel dominio della frequenza. Problema delle condizioni iniziali. La risposta forzata e la funzione di trasferimento. Passaggio dallo spazio degli stati alla funzione di trasferimento.

• Forme canoniche della f.d.t., poli e zeri, costanti di tempo. Legame tra la mappa dei poli e zeri e l'andamento della risposta all'impulso. Risposte ai segnali canonici dei sistemi di primo e secondo ordine. Risposte dei sistemi di ordine superiore e criteri di dominanza.

• Algebra degli schemi a blocchi e formula di Mason.

• Funzione di risposta armonica: definizione e legami con la risposta all'impulso e con la f.d.t.. Diagramma di Bode e regole per il tracciamento. Diagrammi di Nyquist e loro tracciamento.

• Sistemi in retroazione ed errori in regime permanente. Classificazione dei sistemi in base al tipo. Ruolo degli ingressi. Ingressi canonici.

• Reiezione dei disturbi nei sistemi in anello aperto ed in quelli in anello chiuso. Funzioni sensibilità e sensibilità complementare. Effetto dei disturbi in relazione al punto di ingresso nell'anello di controllo. Sensibilità parametrica nel ramo diretto e nel ramo di retroazione.

• Criterio di Routh. Utilizzo del criterio di Routh e casi particolari.

• Luogo delle radici, luogo delle radici complementare e contorno delle radici. Regole per il tracciamento. Sintesi attraverso il luogo delle radici.

• Metodi di sintesi nel dominio dei tempi e nel dominio delle frequenze. Soddisfacimento specifiche statiche e principio del modello interno.

• Reti correttrici: ritardatrice, anticipatrice. Formule di inversione.

• Regolatore PID e metodo di taratura di Ziegler-Nichols.

• Controllo in cascata, prefiltraggio segnale di riferimento, schemi di controllo Feedforward/Feedback, desaturazione dell'azione integrale.

• Utilizzo di Matlab/Simulink per il progetto dei sistemi di controllo. Esempi di progetto per modelli lineari e non lineari tramite linearizzazione.

Testi/Bibliografia

• G. Marro. Controlli Automatici. Zanichelli Ed. Bologna

• P.Bolzern, R.Scattolini, N.Schiavoni. "Fondamenti di Controlli Automatici", McGraw Hill 2004

• R. Carloni, C. Melchiorri, G. Palli, "Esercizi di Controlli Automatici e Teoria dei Sistemi", Progetto Leonardo, Bologna

• R. Zanasi, "Esercizi di Controlli Automatici. Testi d'esame svolti", Esculapio, Progetto Leonardo, Bologna

• Dispense e altro materiale forniti dal docente

Metodi didattici

• lezioni frontali da parte del docente

• sviluppo di progetti individuali

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

• sviluppo di progetti individuali

• orale individuale su argomenti del corso

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gianluca Palli