Classe delle lauree in: Ingegneria dell’informazione (L8)

Corso di laurea in: Information and automation

Anno accademico: 2013 - 2014

Tipo di attività formativa: Caratterizzante

Ambito disciplinare: Ingegneria Automatica

Settore scientifico disciplinare: AUTOMATICA (ING-INF/04)

CFU:12

Titolo dell’insegnamento: Fondamenti di AutomaticaI

Codice dell’insegnamento: 2159

Tipo di insegnamento: obbligatorio

Anno: secondo

Semestre: primo e secondo

DOCENTE: ARTICOLAZIONE IN TIPOLOGIE DIDATTICHE: Il corso comprende 80 ore di lezioni teoriche, 16 ore di esercitazioni numeriche, 24 ore di laboratorio. CONOSCENZE PRELIMINARI: Analisi matematica, calcolo differenziale e Fisica OBIETTIVI FORMATIVI: ll corso ha lo scopo di fornire i metodi per l’analisi e la progettazione di sistemi dinamici in retroazione.

PROGRAMMA MODULO I - Analisi di sistemi di controllo (6CFU)

1. Generalità. Oggetto dei Controlli Automatici. Cenni storici. Sistemi di controllo in anello aperto e in anello chiuso. Elementi che costituiscono un sistema di controllo in retroazione. Esempi: controllo di velocità, di temperatura, di livello (6 ore); 2. Sistemi non lineari. Linearizzazione intorno ad un punto di equilibrio. Algebra degli schemi a blocchi. (4 ore); 3 Sistemi del primo e del secondo ordine: Risposte ai segnali canonici. Costanti di tempo, tempo d’assestamento, tempo di picco, sovraeleongazione percentuale. Modi di un sistema. Effetti di poli e zeri sulla risposta di un sistema. Sistemi del II ordine con uno zero (8 ore); 4. Controllo in retroazione. Vantaggi della retroazione. Reiezione dei disturbi. Robustezza. Precisione. Funzione sensibilità (6 ore); 5 Precisione a regime. Errori di posizione, velocità e accelerazione. Tipo di sistema (2 ore); 6 Stabilità. Definizione di stabilità nei sistemi lineari e tempoinvarianti. Stabilità BIBO. Stabilità e poli della funzione di trasferimento. Criterio di Routh. (6 ore); 7. Luogo e contorno delle radici (12 ore); 8. PID. Regole di taratura di Ziegler and Nichols (4 ore). 9. Esercitazioni di laboratorio. Utilizzo di Matlab-Simulink per l’analisi di sistemi di controllo (12 ore).

MODULO II - -Progettazione di sistemi di controllo (6 CFU)

1. Funzione di risposta armonica. Diagrammi di Bode, Margini di ampiezza e di fase. Formula di Bode. Funzione sensibilità. Esercitazioni. (10 ore); 2. Diagrammi di Nyquist. Principio dell’argomento. Criterio di stabilità di Nyquist. Esercitazioni (10 ore); 3. Le specifiche progettuali e la sintesi del regolatore. Specifiche di un sistema nel dominio del tempo e della frequenza. I regolatori Le reti correttrici. Sintesi nel dominio della frequenza. Sintesi per cancellazione polo-zero. Filtro anti-windup. Sintesi con il luogo delle radici (16 ore); 4. Sistemi con ritardo puro. Analisi di stabilità con il criterio di Nyquist. Predittore di Smith. (6 ore); 5. Casi in studio. Controllo di posizione e di velocità di un motore elettrico. Controllo di congestione in Internet.(4 ore); 6. Esercitazioni di laboratorio: Utilizzo di Matlab-Simulink per l’analisi e il progetto di sistemi di controllo (12 ore) METODI DI INSEGNAMENTO: Lezioni ed esercitazioni alla lavagna. Esercitazioni di laboratorio con l’utilizzo di software di simulazione CONOSCENZE E ABILITÀ ATTESE: Al termine del corso gli allievi saranno in grado di progettare sistemi di controllo in retroazione.

SUPPORTI ALLA DIDATTICA: PC, software di simulazione Matlab e Simulink, 1 videoproiettore, supporto web alla didattica CONTROLLO DELL’APPRENDIMENTO E MODALITÀ D’ESAME: Esoneri scritti relativi a teoria ed applicazioni; esame scritto relativo a teoria ed applicazioni per coloro che non superano gli esoneri; esame orale a richiesta dello studente o a discrezione del docente. TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI: -Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, Addison-Wesley - Dispense del docente ULTERIORI TESTI SUGGERITI: - Bolzern, Scattolini, Schiavoni, Fondamenti di Controlli Automatici, Mc Graw Hill -L. Chisci, Fondamenti di Automatica, Città Studi

Degree class: Information Engineering

First level (three year) degree: Information and automation

Academic year: 2013 - 2014

Type of course Characterizing

Disciplinary area: Automation Engineering

Scientific Discipline Sector: AUTOMATIC CONTROL (ING-INF/04)

ECTS Credits: 12

Title of the course: Fundamentals of Control Systems

Code: 2159

Type of course: compulsory subject

Year: 2rd year

Semester: 1st and 2nd semester

LECTURER: Prof. Saverio Mascolo HOURS OF INSTRUCTION The module consists of 80 hours of theory, 16 hours of numerical examples and 24 hours of laboratory.. PREREQUISITES: Mathematical Analysis, Differential Calculus, Physics. AIMS: The course provides an overview of the essential tools to analyze and design feedback control system.

PROGRAMME: Module I – Analysis of control systems

Overview. Brief History. Open loop and closed loop control systems. Essential components of a control loop. Case studies: speed control, temperature control, tank level control (6 hours). Nonlinear systems and Linearization. Block diagram algebra (4 hours). First and second order dynamical systems. Effect of zeros feedback on system dynamics (8 hours). Feedback control: advantages. Disturbance rejections, precision, robustness. Sensitivity function (6 hours). Steady state errors, system type (2 hours). Stability definition. BIBO stability. analysis. Routh criterion (6 hours). Root locus and Contour (12 hours). PID and tuning rules (4 hours). Laboratory experiments using matlba+Simulink (12 hours)

Module II – Design of control systems Analysis of dynamical systems in the frequency domain. Frequency response. Bode plots. Bode Formula (10 hours). Nyquist plots and Nyquist stability criterion. Nyquist criterion and stability margins (10 hours). Controller design: objectives and design criteria. Methods in frequency domain (PID, lead, lag and lead-lag compensators). PID tuning methods. Root locus design (16 hours). Closed-loop control with time-delays. Smith predictor (6 hours). Case studies: motor control. Internet congestion control (4 hours). Laboratory experiments using matlab-simulimk (12 hours). TEACHING METHODS: In class lectures and numerical applications; laboratory experiments. EXPECTED OUTCOME AND SKILL: A student with a successful result in final examination will have a good knowledge of the main tools to design a closed-loop linear control system. TEACHING AIDS: portable PCs, a projector, a textbook and supplementary notes, as well as a simulation lab. EXAMINATION METHOD: Two intermediate written examination tests, or a final written examination test. To deepen the examination of the candidate, an oral discussion can be requested by either the professor or the candidate. BIBLIOGRAPHY: -Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, Addison-Wesley - Class Notes FURTHER BIBLIOGRAPHY: - Bolzern, Scattolini, Schiavoni, Fondamenti di Controlli Automatici, Mc Graw Hill -L. Chisci, Fondamenti di Automatica, Città Studi