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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 085849 - FONDAMENTI DI AUTOMATICA (PER ING. BIOMEDICA)
Docente Formentin Simone
Cfu 7.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (363) INGEGNERIA BIOMEDICA*EP085849 - FONDAMENTI DI AUTOMATICA (PER ING. BIOMEDICA)

Obiettivi dell'insegnamento

Lo scopo del corso è introdurre i concetti e i metodi fondamentali dell’automatica, fornendo le basi per la modellistica dei sistemi dinamici al fine di affrontare il problema del loro controllo automatico. A tale scopo, vengono presentati gli strumenti metodologici propri della Teoria dei Sistemi e dei Controlli Automatici, corredandoli con esempi sia numerici che ispirati a casi concreti. Si studia la classe dei sistemi dinamici a tempo continuo, con particolare riferimento ai sistemi lineari invarianti. Si svolge l'analisi di tali sistemi sia nel dominio del tempo che in quello delle frequenze. Viene poi analizzato il ruolo della retroazione e si studiano la stabilità e le prestazioni dei sistemi retroazionati. Si definiscono i requisiti di un sistema di controllo e vengono forniti brevi cenni al progetto di controllori automatici. L'obiettivo finale del corso è quello di fornire agli allievi gli strumenti concettuali e operativi necessari per l'analisi di sistemi dinamici retroazionati e non.


Risultati di apprendimento attesi

Risultati di apprendimento attesi al termine del corso, con riferimento ai Descrittori di Dublino (DdD):

  • Conoscenza e comprensione (DdD 1) - Lo studente conosce le definizioni di sistema dinamico a tempo continuo e degli elementi che lo compongono, il concetto di retroazione e le metodologie principali per modellizzare e analizzare sistemi dinamici retroazionati e non.
  • Capacità di applicare conoscenza e comprensione (DdD 2) - Anche grazie alle esercitazioni su casi di studio, lo studente acquisisce la capacità di applicare le tecniche e le tecnologie apprese a casi reali semplici. In particolare, è in grado di rappresentare matematicamente un sistema dinamico e di analizzarne le principali proprietà. E' altresì in grado di affrontare la fase di sintesi di un sistema di controllo in modo che esso soddisfi precise specifiche statiche e dinamiche, proponendo un opportuno regolatore attraverso semplici tecniche di progetto. 
  • Autonomia di giudizio (DdD 3) - Al termine del corso lo studente è in grado di modellizzare un problema reale tramite sistemi dinamici e di valutare autonomamente le proprietà e le prestazioni di un sistema di controllo. E' inoltre in grado di scegliere ed eventualmente adattare le metodologie di analisi più adatte al problema che sta considerando.
  • Capacità di apprendimento (DdD 5) - Al termine del corso lo studente ha acquisito un bagaglio di concetti e strumenti sufficientemente generali da consentirgli di risolvere problemi di modellizzazione e analisi di sistemi dinamici anche diversi da quelli illustrati durante il corso, nonché di affrontare semplici problemi di sintesi del regolatore. E' inoltre in grado di utilizzare le conoscenze e competenze apprese per affrontare in maniera strutturata problemi complessi.

Argomenti trattati

Il programma del corso si articola nei seguenti argomenti:   

  1. Sistemi dinamici a tempo continuo.I concetti di segnale e sistema. Introduzione ai sistemi dinamici. Rappresentazione di stato. Scelta delle variabili di stato. Ordine. Movimento. Equilibrio. Sistemi dinamici lineari invarianti. Movimento libero e forzato. Sovrapposizione degli effetti. Sistemi non lineari: linearizzazione.
  2. Stabilità. Stabilità di movimenti ed equilibri. Stabilità dei sistemi lineari invarianti. Criteri di stabilità. Criterio di Routh. Stabilità degli stati di equilibrio di sistemi non lineari.
  3. Analisi nel dominio delle trasformate. Trasformata di Laplace. Sviluppo di Heaviside. Funzione di trasferimento. Risposte a segnali canonici. Approssimazione a poli dominanti. Schemi a blocchi: collegamenti in serie, parallelo e retroazione. Stabilità di schemi a blocchi.
  4. Risposta in frequenza.Definizione di risposta in frequenza e proprietà. Connessioni con la funzione di trasferimento. Rappresentazioni grafiche della risposta in frequenza: diagrammi polari e di Bode. Ritardo unitario. Interpretazione dei sistemi dinamici come filtri.
  5. Analisi dei sistemi retroazionati.Introduzione ai sistemi retroazionati. Stabilità di sistemi retroazionati. Criterio di Nyquist con estensioni. Robustezza della stabilità: margine di fase e margine di guadagno. Criterio di Bode. Analisi delle prestazioni di sistemi retroazionati: analisi dinamica (pulsazione naturale e smorzamento dei poli dominanti), analisi statica (segnali canonici e sinusoidali).
  6. Progetto del regolatore.Introduzione al problema di progetto. Requisiti dei sistemi di controllo: stabilità, precisione statica e dinamica, insensitività ai disturbi, robustezza. Introduzione al progetto di regolatori mediante loop-shaping e di compensatori. Progetto per sistemi a fase minima. 
  7. Cenni ai segnali e sistemi a tempo discreto.

Prerequisiti

Sono necessarie conoscenze elementari di analisi matematica e geometria, con particolare riferimento ad operazioni sui numeri complessi, calcolo differenziale e integrale, equazioni differenziali lineari e algebra lineare.


Modalità di valutazione

L'esame consiste in una prova scritta della durata di 120 minuti su tutti gli argomenti trattati nel corso. La prova prevede esercizi numerici di analisi e di tipo progettuale, nonché domande di carattere teorico a risposta aperta. In quanto tale contribuisce a tutti i risultati di apprendimento attesi (descrittori di Dublino 1, 2, 3 e 5). Nella composizione del voto, si terrà conto anche dell’ordine e della chiarezza di esposizione. Non sono previste prove in itinere. 


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaDispense del corso di Fondamenti di Automatica
Note:

a cura del docente

Risorsa bibliografica facoltativaS. Bittanti, Introduzione all'Automatica, Editore: Zanichelli, Anno edizione: 2014, ISBN: 8808160394
Risorsa bibliografica facoltativaP. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, Editore: McGraw-Hill, Anno edizione: 2015, ISBN: 8838668825
Note:

4a edizione

Risorsa bibliografica facoltativaA. V. Papadopoulos, M. Prandini, Fondamenti di Automatica - Esercizi, Editore: Pearson, Anno edizione: 2016, ISBN: 8891900982
Risorsa bibliografica facoltativaP. Bolzern, N. Schiavoni, Elementi di Automatica - Esercizi, Editore: CEA, Anno edizione: 1990, ISBN: 8808084671
Risorsa bibliografica facoltativaG. Guardabassi, P. Rocco, Esercizi di controlli automatici, Editore: Pitagora Editrice Bologna, Anno edizione: 1998, ISBN: 8837110146
Risorsa bibliografica facoltativaS. Rinaldi, C. Piccardi, I sistemi lineari: teoria, modelli, applicazioni, Editore: CittàStudi Edizioni, Anno edizione: 1998, ISBN: 8825172176
Risorsa bibliografica facoltativaG. Marro, Controlli Automatici, Editore: Zanichelli Editore, Anno edizione: 2004, ISBN: 8808088391
Note:

5a edizione

Risorsa bibliografica facoltativaE. Fornasini, G. Marchesini, Appunti di teoria dei sistemi, Editore: Libreria Progetto, Padova, Anno edizione: 2011, ISBN: 978-8896477328
Risorsa bibliografica facoltativaN. S. Nise, Controlli automatici, Editore: CittàStudiEdizioni, Anno edizione: 2013, ISBN: 978-8825173789
Risorsa bibliografica facoltativaK. J. Aström, R. M. Murray, Feedback Systems, Editore: Princeton University Press, Anno edizione: 2009, ISBN: 0691135762
Risorsa bibliografica facoltativaR. C. Dorf, R. H. Bishop, Modern Control Systems, Editore: Pearson Education, Anno edizione: 2008, ISBN: 0132067102
Risorsa bibliografica facoltativaB. C. Kuo, F. Golnaraghi, Automatic Control Systems, Editore: John Wiley & Sons, Anno edizione: 2009, ISBN: 978-0470048962

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
42:00
63:00
Esercitazione
28:00
42:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 70:00 105:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
28/01/2020