Mascolo2.jpg Saverio Mascolo
Professore Ordinario (Full Professor)

Programma di Fondamenti di Automatica (12 crediti)

Corso di laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni A.A. 2008/09

L'obiettivo del corso è fornire gli strumenti per l'analisi e la progettazione di sistemi di controllo per sistemi dinamici controllati in retroazione.

  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.
  2. Trasformata di Laplace. Antitrasformata di Laplace. Proprietà delle trasformate e antitrasformate"
  3. Modelli matematici. Descrizione del comportamento dinamico di un sistema lineare tempo-invariante. Modelli statici e dinamici. Il modello dell'equazione differenziale lineare a coefficienti costanti. La funzione di trasferimento. Determinazione della funzione di trasferimento di sistemi meccanici, elettrici, elettromeccanici, idraulici, termici. Reti correttrici: anticipatrice, ritardatrice, ritardo-anticipo, Op-amp. Sistemi non lineari. Linearizzazione intorno ad un punto di equilibrio.
  4. Algebra degli schemi a blocchi.
  5. 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.
  6. Controllo in retroazione. Vantaggi e svantaggi della retroazione. Reiezione dei disturbi. Insensibilità alle variazioni parametriche. Regolatori PID.
  7. Precisione a regime. Errori di posizione, velocità e accelerazione. Tipo di sistema.
  8. Stabilità. Definizione di stabilità nei sistemi lineari e tempoinvarianti. Stabilità BIBO. Stabilità e poli della funzione di trasferimento. Criterio di Routh.
  9. Luogo e contorno delle radici. Tecniche di tracciamento.
  10. Funzione di risposta armonica. Diagrammi di Bode, Margini di ampiezza e di fase. Formula di Bode. Funzione sensibilità.
  11. Diagrammi di Nyquist. Principio dell’argomento. Criterio di stabilità di Nyquist.
  12. Sistemi con ritardo puro. Analisi di stabilità con il criterio di Nyquist
  13. Software commerciale per l’analisi di sistemi controllati in retroazione. Utilizzo delle Istruzioni: “impulse”, “step”, “linsim”, “bode”, “nyquist”, “margin”.
  14. Le specifiche progettuali e la sintesi del regolatore. Specifiche di un sistema nel dominio del tempo e della frequenza. I regolatori PID. Regole di taratura di Ziegler and Nichols. Le reti correttrici. Sintesi nel dominio della frequenza. Sintesi con il luogo delle radici. Sintesi per cancellazione polo-zero. Formula di Truxal. Filtro anti-windup.
  15. Sistemi con ritardo puro. Analisi di stabilità con il criterio di Nyquist. Predittore di Smith.
  16. Sistemi di controllo digitali. Sistemi a dati campionati. Zeta trasformata. Ricostruttori. Approsimanti di Padè. Discretizzazione di un regolatore continuo con le regole di Tustin. Progettazione di un regolatore con il metodo della discretizzazione.
  17. Rappresentazione ingresso-stato-uscita. Matrice di trasferimento. Soluzione nel tempo.
  18. Casi in studio Controllo di posizione e di velocità di un motore elettrico. Controllo di congestione in Internet. Controllo di livello.
  19. Sistemi non lineari. Forma di stato. Esempio: modello della dinamica di diffusione di una epidemia. Risoluzione con “ODE”.
  20. Esercitazioni di laboratorio. Utilizzo di software commerciale per l’analisis e il progetto di sistemi di controllo.

TESTI CONSIGLIATI

  • Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, Addison-Wesley, 2002
  • Bolzern, Scattolini, Schiavoni, Fondamenti di Controlli Automatici, Mc Graw Hill
  • M. Basso, L. Chisci, P. Falugi, Fondamenti di Automatica. Citta' Studi, De Agostini Scuola.
  • G. Guardabassi, P. Rocco, Esercizi di Controlli Automatici, Pitagora Editrice, Bologna.