20801778 - FONDAMENTI DI AUTOMATICA

Fornire le conoscenze metodologiche e operative per la modellistica, la simulazione e l'analisi del comportamento di sistemi fisici, con particolare riferimento a quelli descrivibili con modelli lineari e stazionari. Introdurre concetti di base quali stabilità e differenza tra risposta transitoria e risposta a regime. Definire le strutture fondamentali di un sistema di controllo a controreazione, e dare gli strumenti di base per la sua progettazione. Illustrare le tecniche di progettazione che impiegano la risposta armonica e le specifiche ingegneristiche connesse. Illustrare i metodi per realizzare con un calcolatore i sistemi di controllo studiati. Mostrare l’impiego di strumenti software per l’ausilio alle fasi suddette.

Curriculum

Canali

scheda docente | materiale didattico

Programma

UTILITÀ DEI CONTROLLI AUTOMATICI. SCHEMI A BLOCCHI STRUTTURALI. MODELLI MATEMATICI DI SISTEMI DINAMICI. CLASSIFICAZIONE DEI MODELLI (LINEARITÀ, STAZIONARIETÀ, ECC.). IL CONCETTO DI STATO. LINEARIZZAZIONE INTORNO AD UN PUNTO DI EQUILIBRIO.

ANALISI DEI SISTEMI LINEARI E STAZIONARI UTILIZZANDO LE TRASFORMATE DI LAPLACE; DESCRIZIONE INGRESSO-USCITA DI UN SISTEMA DINAMICO, FUNZIONE DI TRASFERIMENTO. INTEGRALE DI CONVOLUZIONE. LE VARIABILI DI STATO, DESCRIZIONE INGRESSO-STATO-USCITA. PASSAGGIO DALLA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO ALLO SPAZIO DI STATO E VICEVERSA. RISPOSTE A SEGNALI CANONICI. SUDDIVISIONE DELLA RISPOSTA IN RISPOSTA LIBERA E FORZATA, RISPOSTA TRANSITORIA E PERMANENTE. STABILITÀ BIBO DEI SISTEMI. CRITERIO DI STABILITÀ DI ROUTH. SCHEMI A BLOCCHI FUNZIONALI E LORO MANIPOLAZIONE.

RISPOSTA ARMONICA. DEFINIZIONE. RAPPRESENTAZIONI GRAFICHE (DIAGRAMMI DI NYQUIST, BODE, NICHOLS).
ANALISI DEI SISTEMI A CONTROREAZIONE. DERIVAZIONE DELLA RISPOSTA A CICLO CHIUSO DA QUELLA A CICLO APERTO. PROPRIETÀ DEI SISTEMI A CICLO CHIUSO. CRITERI DI STABILITÀ DI NYQUIST. MARGINI DI GUADAGNO E FASE. COMPORTAMENTO A REGIME: CLASSIFICAZIONE IN TIPI. SENSIBILITÀ ALLE VARIAZIONI PARAMETRICHE.
PROGETTAZIONE PER UN DATO COMPORTAMENTO A REGIME. PROGETTAZIONE PER UN DATO COMPORTAMENTO DINAMICO CON RETI CORRETTRICI.
PROGETTO DI CONTROLLORI A TEMPO DISCRETO PER APPROSSIMAZINE DI CONTROLLORI TEMPO CONTINUO.

UTILIZZO DI MATLAB NELLE ATTIVITA' SUDDETTE.



Testi Adottati

GIOVANNI MARRO, CONTROLLI AUTOMATICI, ZANICHELLI

LIBRI DI CONSULTAZIONE

G. MAGNANI, TECNOLOGIA DEI SISTEMI CONTROLLO, MCGRAW-HILL
CAPITOLO 5 (§§ ...) REGOLATORI INDUSTRIALI (PID)

A. ISIDORI, CONTROLLI AUTOMATICI, SIDEREA.

REGOLAZIONE AUTOMATICA, COLLANA SCHAUM, ETAS LIBRI.



Modalità Valutazione

Prova scritta e orale e/o laboratorio

scheda docente | materiale didattico

Programma

Concetti fondamentali: Utilità dei controlli automatici. Controllo in avanti e in controreazione. Schemi a blocchi strutturali. Modelli matematici di sistemi dinamici. Classificazione dei sistemi (linearità, stazionarietà, ecc.). Il concetto di stato.

Analisi dei sistemi lineari e stazionari: Trasformate di Laplace e loro proprietà; antitrasformazione di funzioni razionali. Descrizione ingresso-uscita di un sistema dinamico, Funzione di Trasferimento. Integrale di convoluzione. Risposte a segnali canonici. Suddivisione della risposta in risposta libera e forzata, risposta transitoria e permanente. Modi propri di evoluzione. Stabilità BIBO dei sistemi. Criterio di stabilità di Routh. Schemi a blocchi funzionali e loro manipolazione.

Risposta armonica: Definizione. Legami con le risposte canoniche. Rappresentazioni grafiche (Diagrammi di Nyquist, Bode, Nichols).

Analisi dei sistemi a controreazione: Derivazione della risposta a ciclo chiuso da quella a ciclo aperto. Criteri di stabilità di Nyquist e Bode. Margini di guadagno e fase. Comportamento a regime: classificazione in tipi, coefficienti generalizzati di errore. Sensibilità alle variazioni parametriche.

Sintesi dei sistemi di controllo: Il problema delle specifiche. Legami globali. Specifiche tipiche ad anello chiuso ed aperto. Regolatori standard. Reti di correzione e loro impiego. Sintesi per tentativi.

Sistemi di controllo a segnali campionati: Struttura del controllore digitale. Campionamento e ricostruzione. Trasformata zeta. Discretizzazione di un controllore continuo.

Esercitazioni in aula: Modellistica di semplici sistemi, calcolo di semplici trasformate. Criterio di Routh. Tracciamento manuale di diagrammi di risposta armonica. Sintesi di controllori nel dominio della frequenza. Casi di studio: controllo della velocità di un motore in c.c., controllo della posizione di un asse.Utilizzo del Matlab per la simulazione dei sistemi lineari per il tracciamento delle risposte armoniche e la sintesi dei regolatori.

Testi Adottati

Roberto Vitelli, Massimiliano Petternella,Fondamenti di Automatica, Edizioni Scientifiche Siderea

Modalità Erogazione

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova scritta della durata di 2 ore. Lo scritto è organizzato attraverso tre di esercizi, finalizzati a verificare il livello di comprensione delle metodologie di sintesi di controllori spiegate durante il corso. Tutti i compiti di esame (e quelli delle prove in itinere) degli anni precedenti sono disponibili sul sito del corso: http://www.dia.uniroma3.it/autom/fondamenti-di-automatica-informatica/ Oltre alla prova scritta è prevista una prova orale attraverso la quale viene valutata la compresione delle metodologie matematiche alla base della materia. Durante la prova vengono chieste le dimostrazioni dei teoremi spiegati a lezione.

Modalità Frequenza

La frequenza non è obbligatoria ma è fortemente consigliata per la presenza di una parte pratica legata anche allo svolgimento degli esercizi di esame che non può essere facilmente trasmessa tramite i testi.

Modalità Valutazione

Il superamento dell'esame è condizionato al superamento di una prova scritta, costituita da tre esercizi, e da una prova orale. Durante il corso è prevista una prova di esonero che contiene i primi due esercizi del compito scritto. In caso di esito positivo dell'esonero lo scritto si riduce solo al terzo esercizio. Durante la prova orale verranno chiesti teoremi e dimostrazioni presentati in aula durante le lezioni.

Canali

scheda docente | materiale didattico

Programma

UTILITÀ DEI CONTROLLI AUTOMATICI. SCHEMI A BLOCCHI STRUTTURALI. MODELLI MATEMATICI DI SISTEMI DINAMICI. CLASSIFICAZIONE DEI MODELLI (LINEARITÀ, STAZIONARIETÀ, ECC.). IL CONCETTO DI STATO. LINEARIZZAZIONE INTORNO AD UN PUNTO DI EQUILIBRIO.

ANALISI DEI SISTEMI LINEARI E STAZIONARI UTILIZZANDO LE TRASFORMATE DI LAPLACE; DESCRIZIONE INGRESSO-USCITA DI UN SISTEMA DINAMICO, FUNZIONE DI TRASFERIMENTO. INTEGRALE DI CONVOLUZIONE. LE VARIABILI DI STATO, DESCRIZIONE INGRESSO-STATO-USCITA. PASSAGGIO DALLA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO ALLO SPAZIO DI STATO E VICEVERSA. RISPOSTE A SEGNALI CANONICI. SUDDIVISIONE DELLA RISPOSTA IN RISPOSTA LIBERA E FORZATA, RISPOSTA TRANSITORIA E PERMANENTE. STABILITÀ BIBO DEI SISTEMI. CRITERIO DI STABILITÀ DI ROUTH. SCHEMI A BLOCCHI FUNZIONALI E LORO MANIPOLAZIONE.

RISPOSTA ARMONICA. DEFINIZIONE. RAPPRESENTAZIONI GRAFICHE (DIAGRAMMI DI NYQUIST, BODE, NICHOLS).
ANALISI DEI SISTEMI A CONTROREAZIONE. DERIVAZIONE DELLA RISPOSTA A CICLO CHIUSO DA QUELLA A CICLO APERTO. PROPRIETÀ DEI SISTEMI A CICLO CHIUSO. CRITERI DI STABILITÀ DI NYQUIST. MARGINI DI GUADAGNO E FASE. COMPORTAMENTO A REGIME: CLASSIFICAZIONE IN TIPI. SENSIBILITÀ ALLE VARIAZIONI PARAMETRICHE.
PROGETTAZIONE PER UN DATO COMPORTAMENTO A REGIME. PROGETTAZIONE PER UN DATO COMPORTAMENTO DINAMICO CON RETI CORRETTRICI.
PROGETTO DI CONTROLLORI A TEMPO DISCRETO PER APPROSSIMAZINE DI CONTROLLORI TEMPO CONTINUO.

UTILIZZO DI MATLAB NELLE ATTIVITA' SUDDETTE.



Testi Adottati

GIOVANNI MARRO, CONTROLLI AUTOMATICI, ZANICHELLI

LIBRI DI CONSULTAZIONE

G. MAGNANI, TECNOLOGIA DEI SISTEMI CONTROLLO, MCGRAW-HILL
CAPITOLO 5 (§§ ...) REGOLATORI INDUSTRIALI (PID)

A. ISIDORI, CONTROLLI AUTOMATICI, SIDEREA.

REGOLAZIONE AUTOMATICA, COLLANA SCHAUM, ETAS LIBRI.



Modalità Valutazione

Prova scritta e orale e/o laboratorio

scheda docente | materiale didattico

Programma

Concetti fondamentali: Utilità dei controlli automatici. Controllo in avanti e in controreazione. Schemi a blocchi strutturali. Modelli matematici di sistemi dinamici. Classificazione dei sistemi (linearità, stazionarietà, ecc.). Il concetto di stato.

Analisi dei sistemi lineari e stazionari: Trasformate di Laplace e loro proprietà; antitrasformazione di funzioni razionali. Descrizione ingresso-uscita di un sistema dinamico, Funzione di Trasferimento. Integrale di convoluzione. Risposte a segnali canonici. Suddivisione della risposta in risposta libera e forzata, risposta transitoria e permanente. Modi propri di evoluzione. Stabilità BIBO dei sistemi. Criterio di stabilità di Routh. Schemi a blocchi funzionali e loro manipolazione.

Risposta armonica: Definizione. Legami con le risposte canoniche. Rappresentazioni grafiche (Diagrammi di Nyquist, Bode, Nichols).

Analisi dei sistemi a controreazione: Derivazione della risposta a ciclo chiuso da quella a ciclo aperto. Criteri di stabilità di Nyquist e Bode. Margini di guadagno e fase. Comportamento a regime: classificazione in tipi, coefficienti generalizzati di errore. Sensibilità alle variazioni parametriche.

Sintesi dei sistemi di controllo: Il problema delle specifiche. Legami globali. Specifiche tipiche ad anello chiuso ed aperto. Regolatori standard. Reti di correzione e loro impiego. Sintesi per tentativi.

Sistemi di controllo a segnali campionati: Struttura del controllore digitale. Campionamento e ricostruzione. Trasformata zeta. Discretizzazione di un controllore continuo.

Esercitazioni in aula: Modellistica di semplici sistemi, calcolo di semplici trasformate. Criterio di Routh. Tracciamento manuale di diagrammi di risposta armonica. Sintesi di controllori nel dominio della frequenza. Casi di studio: controllo della velocità di un motore in c.c., controllo della posizione di un asse.Utilizzo del Matlab per la simulazione dei sistemi lineari per il tracciamento delle risposte armoniche e la sintesi dei regolatori.

Testi Adottati

Roberto Vitelli, Massimiliano Petternella,Fondamenti di Automatica, Edizioni Scientifiche Siderea

Modalità Erogazione

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso una prova scritta della durata di 2 ore. Lo scritto è organizzato attraverso tre di esercizi, finalizzati a verificare il livello di comprensione delle metodologie di sintesi di controllori spiegate durante il corso. Tutti i compiti di esame (e quelli delle prove in itinere) degli anni precedenti sono disponibili sul sito del corso: http://www.dia.uniroma3.it/autom/fondamenti-di-automatica-informatica/ Oltre alla prova scritta è prevista una prova orale attraverso la quale viene valutata la compresione delle metodologie matematiche alla base della materia. Durante la prova vengono chieste le dimostrazioni dei teoremi spiegati a lezione.

Modalità Frequenza

La frequenza non è obbligatoria ma è fortemente consigliata per la presenza di una parte pratica legata anche allo svolgimento degli esercizi di esame che non può essere facilmente trasmessa tramite i testi.

Modalità Valutazione

Il superamento dell'esame è condizionato al superamento di una prova scritta, costituita da tre esercizi, e da una prova orale. Durante il corso è prevista una prova di esonero che contiene i primi due esercizi del compito scritto. In caso di esito positivo dell'esonero lo scritto si riduce solo al terzo esercizio. Durante la prova orale verranno chiesti teoremi e dimostrazioni presentati in aula durante le lezioni.