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    Giuseppe DE MARIA

    Insegnamento di FONDAMENTI DI AUTOMATICA

    Corso di laurea in INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA

    SSD: ING-INF/04

    CFU: 9,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 72,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    L'insegnamento di Controlli Automatici è impartito al terzo anno del corso di studi in Ingegneria Elettronica e Informatica ed è rivolto agli allievi che seguono il percorso "Informatica" e consente all'allievo di acquisire 9 CFU. L'insegnamento ha l'obiettivo di fornire all'allievo formazione e competenze di Teoria dei Sistemi e dei Controlli Automatici.

    Testi di riferimento

    P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni "Fondamenti di Controlli Automatici". McGraw-Hill
    E. Fornasini, G. Marchesini "Appunti di Teoria dei Sistemi". Edizioni Libreria Progetto, Padova
    S. Rinaldi, C. Piccardi "I Sistemi Lineari, teoria, modelli, applicazioni". CittàStudiEdizioni

    Obiettivi formativi

    L'allievo deve essere in grado di determinare modelli matematici di sistemi meccanici e elettrici, analizzare la risposta dei sistemi dinamici anche multivariabili nel dominio del tempo e della frequenza. Progettare sistemi di asservimento e di regolazione.

    Prerequisiti

    All'allievo sono richieste le competenze degli insegnamenti di: analisi matematica 1 e 2, fisica 1, geometria e algebra e fondamenti di informatica.

    Metodologie didattiche

    Lezioni frontali e esercitazioni al calcolatore con l'ausilio di MATLAB/SIMULINK

    Metodi di valutazione

    Prova scritta con l'ausilio del calcolatore e prova orale

    Programma del corso

    Il programma dell'insegnamento si articola sui seguenti argomenti:
    - Modelli matematici di sistemi dinamici a tempo continuo: principio di Hamilton ed equazioni di Eulero-Lagrange; grado di libertà e stato di un sistema dinamico; realizzazioni ingresso-stato-uscita; linearizzazione; sistemi lineari, tempo invarianti (LTI) a tempo continuo.
    - Modelli matematici di sistemi dinamici a tempo discreto: realizzazioni ingresso-stato-uscita di sistemi lineari tempo invarianti a tempo discreto.
    - Rappresentazioni di sistemi LTI a tempo continuo e a tempo discreto nel dominio della variabile complessa: matrice di trasferimento.
    - Modi di evoluzione di sistemi dinamici LTI a tempo continuo e a tempo discreto: parametri caratteristici dei modi di evoluzione.
    - Analisi dei sistemi dinamici LTI nel dominio della frequenza: rappresentazioni secondo Bode e Nichols.
    - Stabilità del punto di equilibrio e del movimento: criterio di stabilità di Lyapunov.
    - Proprietà strutturali dei sistemi dinamici LTI: stabilità interna ed esterna (BIBO); [raggiungibilità e controllabilità; osservabilità e rilevabilità] (Tali argomenti non fanno parte del programma del corso mutuato di Fondamenti di Automatica).
    - Interconnessione di sistemi dinamici LTI ad un ingresso ed una uscita (SISO): connessione serie, parallela, in retroazione.
    - Analisi dei sistemi dinamici LTI SISO in connessione in retroazione nel dominio della variabile complessa: il luogo delle radici.
    - Analisi dei sistemi dinamici LTI SISO in connessione in retroazione nel dominio della frequenza: il criterio di Nyquist.
    - Introduzione ai sistemi di controllo: controllo a ciclo aperto e a ciclo chiuso.
    - Specifiche per i sistemi di controllo a ciclo chiuso: astatismo e tipo di sistema, precisione statica; caratterizzazione della fedeltà di risposta in termini di prontezza e precisione dinamica.
    - Progetto dei sistemi di controllo a ciclo chiuso: regolatori PID.
    - Progetto dei sistemi di controllo a ciclo chiuso mediante reti corretrici con l'uso dell'abaco di Nichols.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    The course of Automatic Control should be taken by the students, who follow the curriculum “Computer Science, of the third year of study in Electronic Engineering and Computer Science. It allows the student to acquire 9 credits. The teaching aims to provide the student with skills on System and Automatic Control theory.

    Textbook and course materials

    P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni "Fondamenti di Controlli Automatici". McGraw-Hill
    E. Fornasini, G. Marchesini "Appunti di Teoria dei Sistemi". Edizioni Libreria Progetto, Padova
    S. Rinaldi, C. Piccardi "I Sistemi Lineari, teoria, modelli, applicazioni". CittàStudiEdizioni

    Course objectives

    The students must be able: to determine mathematical models of mechanical and electrical systems, to analyze the response of multivariable dynamical systems in time and frequency domain. To be able to design servo and regulating control systems .

    Prerequisites

    The students require the skills of: mathematical analysis 1 and 2, physics 1, geometry and algebra and basics of computer science.

    Teaching methods

    Lectures and computer exercises using MATLAB/SIMULINK

    Evaluation methods

    Written exam with the help of computer and oral examination

    Course Syllabus

    The program of the course is organized on the following topics:
    -Mathematical models of continuous-time dynamical systems: principle of Hamilton and Euler-Lagrange equations; the degree of freedom and the state of dynamical systems; input-state- output realization; linearization; linear time invariant systems (LTI) in continuous time.
    -Mathematical modeling of discrete-time dynamical systems: input-state-output realization of linear time invariant discrete time dynamical systems.
    - Continuous and discrete tim LTI dynamical systems in the complex variable domain: the transfer matrix.
    - Dynamical systems evolution modes: characteristic parameters of modes of evolution.
    - LTI dynamical systems analysis in the frequency domain: representations according to Bode and Nichols.
    -Stability of the equilibrium points and movements: Lyapunov stability criterion.
    -Structural properties of dynamical LTI systems: internal and external stability (BIBO); reachability and controllability; observability and detectability.
    -Interconnection of single input – single output (SISO) LTI dynamical systems: series, parallel, feedback connection.
    -Analysis of LTI SISO feedback systems in the domain of complex variable: the root locus.
    -Analysis of LTI SISO feedback systems in the frequency domain: the Nyquist criterion.
    -Introduction to control systems: open loop and closed loop control.
    -Specifications for closed-loop control systems: astatismand system type, steady state and transient behavior characterization.
    -Closed-loop control systems: PID controllers.
    -Design of closed-loop control systems using phase lag, phase lead and lag-lead networks with the use of the abacus of Nichols.

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