L’insegnamento si propone di approfondire le conoscenze sui sistemi automatici di controllo, illustrando alcuni schemi avanzati e i relativi metodi di progetto per sistemi di controllo sia analogici, sia digitali. Vengono inoltre forniti concetti, metodi e strumenti per affrontare problemi di modellistica e controllo di alcuni tipici processi industriali.

Lo studente apprenderà alcuni metodi complementari per lo studio delle proprietà dei sistemi di controllo in anello chiuso. Imparerà inoltre a riconoscere l’utilità di alcuni tipici schemi avanzati per la regolazione di sistemi a un ingresso e un’uscita. Sarà in grado di affrontare con tecniche elementari lo studio di sistemi di controllo multivariabile. Saprà valutare le prestazioni e risolvere problemi di progetto per sistemi di controllo digitale. Sarà infine capace di applicare le tecniche apprese allo studio e alla sintesi di semplici processi di tipo termo-idraulico, di cui imparerà a costruire i modelli matematici a partire dai principi primi di conservazione di massa, energia e quantità di moto.

1. Introduzione

Richiami sull’analisi e la sintesi di sistemi di controllo a tempo continuo con tecniche nel dominio della frequenza.

2. Luogo delle radici

Definizione e proprietà. Uso del luogo delle radici nell’analisi. Uso del luogo delle radici nella sintesi.

3. Schemi di controllo avanzati

Prefiltraggio del riferimento e compensazione in anello aperto. Predittore di Smith. Regolatori in cascata. Controllo di sistemi instabili. Controllo multivariabile: regolatori di disaccoppiamento, controllo decentralizzato.

4. Controllo digitale

Schemi di controllo digitale. Campionamento. Mantenitore di ordine zero. Analisi a tempo continuo e a tempo discreto dei sistemi di controllo digitale. Scelta del periodo di campionamento. Discretizzazione di un regolatore analogico. Sistemi a segnali campionati. Sintesi diretta a tempo discreto.

5. Controllo di processi industriali

Richiami di termodinamica e fluidodinamica. Equazioni di conservazione della massa, dell’energia e della quantità di moto. Modellistica di componenti idraulici, termici e pneumatici. Dinamica e controllo dei processi idraulici. Dinamica e controllo dei processi termici e termoidraulici. Dinamica e controllo dei processi pneumatici.

E’ necessaria la conoscenza e la buona padronanza di tutti gli argomenti trattati in Fondamenti di Automatica, in particolare di quelli relativi all’analisi e alla sintesi di sistemi di controllo in anello chiuso. Per una prova di autoverifica sulla conoscenza di questi argomenti è previsto lo  svolgimento di un test di autovalutazione di ingresso. Per la seconda parte del programma sono necessarie alcune conoscenze di base di Fisica e Fisica tecnica. E’ anche utile qualche nozione elementare sull’uso di Matlab e Simulink.

L’esame consiste in una prova scritta, contenente esercizi numerici e domande di teoria. Lo studente deve dimostrare padronanza della materia, conoscenza dei concetti e dei metodi appresi, e capacità di applicarli in modo appropriato. Inoltre deve saper organizzare le risposte in maniera chiara, precisa e allo stesso tempo concisa.