Sistemi di Controllo Digitale
Codice Google Classroom del Corso: 5cokcbw
Lezioni in Presenza e in Laboratorio di Informatica Grande (PST, "Cattedrale")
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Insegnamento per il Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica e Informatica (L-8, 6 CFU);
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Insegnamento per il Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica e dell'Automazione (LM-32, 6 CFU);
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Insegnamento per il Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica (L-9, 6 CFU).
Propedeuticità
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Fondamenti di Automatica o Controlli Automatici (suggeriti);
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Analisi I, Analisi II, Fisica I (suggeriti per la comprensione del corso, e necessari per la verbalizzazione dell'esame finale).
Conoscenze e Abilità da Conseguire
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Il corso, partendo dalle basi fornite dai moduli di Controlli
Automatici, si propone di fornire gli elementi di analisi e progetto
software dei regolatori digitali, ossia di quei sistemi di controllo in cui
l'unità di elaborazione è costituita da un calcolatore elettronico e
l'acquisizione dei dati è scandita da un opportuno periodo di
campionamento. L'analisi e la sintesi del sistema di controllo viene effettuato
attraverso opportuni strumenti e pacchetti software di progettazione assistita al calcolatore.
Introduzione al Corso
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Il corso di 6 CFU tratta dei sistemi di controllo digitale,
ossia dei sistemi di controllo in retroazione in cui è presente
un calcolatore digitale. L'argomento, che rappresenta un nucleo
disciplinare importante per l'automazione dei processi industriali ed
il controllo di macchine, costituisce il naturale sviluppo dei
contenuti usualmente impartiti in un corso di base di Controlli
Automatici, ed è tipicamente rivolto agli studenti dei Corsi di
Laurea dell'area dell'Ingegneria dell'Informazione.
Il corso fornisce, oltre ai necessari sviluppi di
tipo metodologico, un insieme di esempi di analisi e di progetto
risolti in dettaglio negli aspetti numerici, grazie all'impiego di
strumenti software di progettazione assistita, quali Matlab e Simulink.
Il corso risulta indicato per i diversi curricula dell'Ingegneria Elettronica
e Informatica, l'Ingegneria Informatica e dell'Automazione, per la Laurea in
Informatica (Scienze), e per la laurea in Ingegneria Meccanica Industriale.
Anche sotto il profilo degli aspetti pratici forniti sull'utilizzo degli strumenti
software, si ritiene che il corso possa fornire competenze trasversali per futuri
progettisti e utilizzatori di sistemi di controllo nelle varie aree dell'Ingegneria.
L'orario delle lezioni segue quello definito per il Corso di Laurea Triennale in Ingegneria
Elettronica e Informatica. Il corso analizza la parte di teoria relativa al Controllo Digitale con
esercitazioni al calcolatore, indispensabili per la comprensione delle metodologie pratiche di progetto e sintesi di
un regolatore digitale.
Programma e Principali Contenuti delle Lezioni
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Sistemi di Controllo Digitale (6 CFU)
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La struttura dell'anello di controllo digitale: componenti e tipi di segnale
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Equazioni alle differenze. La Zeta-trasformata: Proprietà e teoremi notevoli
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Campionamento dei segnali. Spettro del segnale campionato. Ricostruttori di segnale.
Corrispondenza tra piano s e piano z
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Criteri di stabilità per sistemi discreti
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Specifiche di progetto
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Tecniche di discretizzazione. Progetto diretto e indiretto del regolatore digitale mediante luogo delle
radici e discretizzazione. Progetto diretto mediante luogo delle radici. Regolatori PID digitali
Modalità di Verifica dell'Apprendimento
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L'esame consiste (1) in una prova pratica da svolgere al calcolatore della durata di 30 minuti, in cui lo studente
dovrà dimostrare di aver appreso l'utilizzo degli strumenti di Matlab e Simulink al fine di effettuare un semplice progetto di un
sistema di controllo digitale al fine di soddisfare le specifiche richieste; successivamente, (2) ci sarà la verifica delle conoscenze relative
agli aspetti teorici del corso, ovvero la modellistica dei sistemi a tempo discreto e le metodologie di progetto di un
sistema di controllo digitale, attraverso una serie di domande a quiz a scelta multipla. Il tempo a disposizione per rispondere alle domande è di 15 minuti. Il punteggio conseguito dallo svolgimento corretto del progetto al calcolatore porta fino a 24 punti su 30; le domande a quiz a scelta multipla consentono di ottenere un punteggio massimo di 6 punti, a seconda del numero di domande risposte in maniera corretta, pesato sul numero di domande corrette totali. Il voto finale è dato dalla somma del punteggio della prova al PC e dei punti totalizzati con le domande a quiz a scelta multipla. Per accedere alla seconda (2) parte della prova è necessario aver acquisito almeno 18 punti su 30 nella prima parte (1) della prova pratica al PC.
Metodi Didattici
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Le lezioni sono in presenza. Sono disponibili anche lezioni videoregistrate e rese disponibili su piattaforme Classroom e YouTube, visualizzabili dai link forniti nel seguito.
Le lezioni sono in Laboratorio di Informatica, come da orario, e faranno uso degli strumenti software di Matlab e Simulink.
La prova a quiz dell'esame è preceduta dallo svolgimento al calcolatore del progetto di
sistema di controllo digitale. La durata della prova al computer è di
30 minuti. Le domande a quiz a scelta multipla da completare in 15 minuti serviranno invece per la verifica
della conoscenza della teoria relativa ai Sistemi di Controllo Digitale.
Materiale Didattico: Dispense e Lucidi delle Lezioni
Lezioni in Laboratorio Informatica (in presenza) - Registrazioni delle Lezioni (offline)
Esempi di Progetto di Schemi di Controllo Digitale: Testo del Problema, Soluzioni con Commenti, e Filmati
Test di Autovalutazione per lo Studente (Preparazione per la Prova d'Esame)
Documenti Tecnici su Matlab e Simulink
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K. Sigmon, "Matlab Primer". University of Florida, Florida, Second
Edition ed., 1993. (PDF format file).
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"Matlab Tutorial", Getting Started with MATLAB. (PDF format file).
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Simulink Main Features, "SIMULINK. Dynamic System Simulation for MATLAB".
(PDF format file).
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Simulink for Dynamic System Modelling. Dynamic System Simulation for MATLAB and SIMULINK.
(PDF format file).
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Simulink Basic Features. SIMULINK for Beginners.
(PDF format file).
Riferimenti Bibliografici (per eventuali approfondimenti)
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C. Bonivento, C. Melchiorri, R. Zanasi. Sistemi di controllo digitale, Esculapio ed., Bologna, 1999
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Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini, CONTROLLO A RETROAZIONE DI SISTEMI DINAMICI,
volume II. EdiSES s.r.l. 2005. ISBN: 88 7959 308 0
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