Lezioni in Presenza e in Laboratorio di Informatica Grande (PST, "Cattedrale")
Insegnamento per il Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica e Informatica (L-8, 6 CFU);
Insegnamento per il Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica e dell'Automazione (LM-32, 6 CFU);
Insegnamento per il Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica (L-9, 6 CFU).
Propedeuticità
Fondamenti di Automatica o Controlli Automatici (suggeriti);
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
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
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
Sistemi di Controllo Digitale (6 CFU)
La struttura dell'anello di controllo digitale: componenti e tipi di segnale
Equazioni alle differenze. La Zeta-trasformata: Proprietà e teoremi notevoli
Campionamento dei segnali. Spettro del segnale campionato. Ricostruttori di segnale.
Corrispondenza tra piano s e piano z
Criteri di stabilità per sistemi discreti
Specifiche di progetto
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
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 21 punti su 30; le domande a quiz a scelta multipla consentono di ottenere un punteggio massimo di 9 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
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
28/02/2023. Commento al Piano di Studi della Laurea Triennale L8 in Elettronica e Informatica (curriculum Automazione). Link al filmato su YouTube (durata: 23 min. circa).
28/02/2023. Commento al Piano di Studi della Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica e Automazione, percorso Sistemi per l'Automazione. Link al filmato su YouTube (durata: 28 min. circa).
28/02/2023. Il ruolo dell'Automazione nell'Industria, nell'Accademia e nella Società. Indagine ANIPLA. Il piano di studi della LT in Ingegneria Informatica ed Elettronica e della LM in Ingegneria Informatica e Automazione. Proposte di tesi nel settore Automazione, Meccatronica e Robotica Intelligente.
File versione 2019 in formato PDF; file aggiornato 2023 in formato PDF; Link al filmato su YouTube (durata: 28 min. circa).
28/02/2023. 01. Introduzione ai Sistemi di Controllo Digitale (Lucidi 1 - 7). Link al filmato su YouTube (durata: 18 min. circa).
09/03/2023. 04. Descrizione Matematica dei Sistemi a Tempo Discreto: Equazioni alle Differenze (Lucidi 11 - 13). Link al filmato su YouTube (durata: 26 min. circa).
09/03/2023. Introduzione a Simulink e al Control System Toolbox: Commento ai Lucidi - Parte 1 (Lucidi 1 - 13); file utilizzati nella lezione: cartella compressa (dimensione: 26kB). Link al filmato su YouTube (durata: 1 ora e 47 min. circa).
14/03/2023. 06. Esempio di Calcolo della Trasformata Z del Gradino Unitario (Approfondimento) (Lucido 20). Link al filmato su YouTube (durata: 11 min. circa).
21/03/2023. 11. Spettro di un Segnale Campionato (Lucidi 49 - 55). Link al filmato su YouTube (durata: 25 min. circa).
21/03/2023. 12. Risposta in Frequenza del Mantenitore di Ordine Zero (Lucidi 56 - 61). Link al filmato su YouTube (durata: 19 min. circa); note alla LIM utilizzate durante la lezione: documento PDF (dimensione: 244kB).
23/03/2023. 13. Relazione Fondamentale tra Piano s e Piano z: Proprietà Topologiche (Lucidi 62 - 66). Link al filmato su YouTube (durata: 34 min. circa).
23/03/2023. 14. Mappe tra Piano s e Piano z: Esempi (Lucidi 67 - 71). Link al filmato su YouTube (durata: 41 min. circa); note alla LIM utilizzate durante la lezione: documento PDF (dimensione: 174kB).
28/03/2023. 15. Specifiche in Transitorio nel Tempo e Specifiche Frequenziali (Lucidi 107 - 111, 112 - 113). Link al filmato su YouTube (durata: 46 min. circa); note alla LIM utilizzate durante la lezione: documento PDF (dimensione: 378kB).
30/03/2023. 17. Funzione di Trasferimento Discreta e Funzione di Risposta Armonica (Risposta Frequenziale) per Sistemi a Tempo Discreto (Lucidi 74 - 76). Link al filmato su YouTube (durata: 30 min. circa); note alla LIM utilizzate durante la lezione: documento PDF (dimensione: 157kB).
13/04/2023. 18. Condizioni di Stabilità per Sistemi a Tempo Discreto: Poli della Funzione di Trasferimento a Tempo Discreto (Lucidi 77 - 83). Link al filmato su YouTube (durata: 33 min. circa).
13/04/2023. 20. Confronto delle Condizioni di Stabilità tra Sistemi a Tempo Continuo e a Tempo Discreto (Lucidi 71 - 72). Link al filmato su YouTube (durata: 18 min. circa).
13/04/2023. 21. Diagramma di Nyquist e Stabilità per Sistemi a Tempo Discreto (Lucidi 86 - 92). Link al filmato su YouTube (durata: 27 min. circa).
13/04/2023. 22. Luogo delle Radici per Sistemi a Tempo Continuo e Discreto (Lucidi 95 - 96). Link al filmato su YouTube (durata: 17 min. circa).
13/04/2023. 23. Errori a Regime: Specifiche per Sistemi a Tempo Continuo e Tempo Discreto (Lucidi 96 - 99, 100 - 101). Link al filmato su YouTube (durata: 32 min. circa); note alla LIM utilizzate durante la lezione: documento PDF (dimensione: 125kB).
18/04/2023. 24. Tecniche di Progetto del Regolatore Digitale: Il Metodo Indiretto (Lucidi 114 - 118). Link al filmato su YouTube (durata: 14 min. circa).
18/04/2023. 25. Tecniche di Discretizzazione (Lucidi 119 - 125). Link al filmato su YouTube (durata: 27 min. circa).
18/04/2023. 26. Interpretazione delle Tecniche di Discretizzazione (approfondimento). Link al filmato su YouTube (durata: 35 min. circa); note alla LIM utilizzate durante la lezione: documento PDF (dimensione: 222kB).
27/04/2023. 27. Reti Correttrici - Richiami (Lucidi 127 - 139). Link al filmato su YouTube (durata: 20 min. circa).
27/04/2023. 28. Progetto Diretto del Regolatore Digitale ed Esempio Numerico. (Lucidi 147 - 156). Link al filmato su YouTube (durata: 37 min. circa).
09/05/2023. 29. Regolatori Standard PID: Richiamo del Controllore Analogico e Progetto del Regolatore PID Digitale (Lucidi 157 - 169). Link al filmato su YouTube (durata: 36 min. circa).
09/05/2023. 30. Scelta Pratica del Tempo di Campionamento (Lucido 174). Link al filmato su YouTube (durata: 12 min. circa).
10/05/2023. 31. Teoria dei Poli Dominanti per il Progetto Pratico di Sistemi di Controllo Digitale. Link al filmato su YouTube (durata: 49 min. circa).
30/05/2023. 32. Considerazioni Conclusive sul Corso: Conoscenze, Abilità e Competenze. Link al filmato su YouTube (durata: 45 min. circa).
Esempi di Progetto di Schemi di Controllo Digitale: Testo del Problema, Soluzioni con Commenti, e Filmati
A4. Tipologie di Esercizi di Progetto di Sistemi di Controllo Digitale Proposti all'Esame: (File in formato PDF). Risoluzione degli esercizi proposta dal docente: (File in formato PDF).
Documenti Tecnici su Matlab e Simulink
K. Sigmon, "Matlab Primer". University of Florida, Florida, Second
Edition ed., 1993. (PDF format file).