Didattica - Università degli Studi di Padova

Syllabus

Prerequisiti:	Concetti di base di: algebra lineare, analisi matematica, segnali e sistemi, elettrotecnica, fisica e informatica.
Conoscenze e abilita' da acquisire:	Si prevede che al termine del corso lo studente abbia sviluppato le competenze di base relative all'Ingegneria dei Sistemi. In particolare, ci si aspetta che lo studente acquisisca le seguenti conoscenze e abilita': 1. Conoscere le problematiche che si possono affrontare con la teoria del controllo e il linguaggio proprio di tale teoria. 2. Essere in grado di costruire il modello matematico di un sistema a partire dalle equazioni della fisica. 3. Conoscere ed essere in grado di applicare le tecniche di analisi (sia nel dominio del tempo, sia nel dominio della frequenza) di sistemi dinamici lineari e invarianti nel tempo. 4. Conoscere i parametri fondamentali (sia nel dominio del tempo, sia nel dominio della frequenza) che caratterizzano un sistema dinamico e le relazioni approssimate tra tali parametri. 5. Essere in grado di utilizzare le principali metodologie per il progetto di semplici sistemi di controllo. 6. Essere in grado di utilizzare pacchetti software dedicati al controllo.
Modalita' di esame:	La verifica delle conoscenze e delle abilità acquisite viene effettuata con una prova d’esame che può essere sostenuta in due diverse modalità: 1. Prove in itinere. Si tratta (i) alcune prove scritte da sostenersi nel corso del semestre, (ii) una tesina che richiede di proporre un problema di controllo o di analisi e risolverlo in gruppo preferibilmente con l'uso di software (tipicamente il software Matlab) e (iii) la possibilità di acquisire punti con la partecipazione in classe attraverso interventi particolarmente brillanti. 2. Prova scritta da sostenersi in uno dei 4 appelli: permette allo studente di acquisire fino a 30 punti e la lode. La prova della durata di 2 ore consiste di 3 quesiti: (i) esercizio che richiede la costruzione di un modello a partire dalle equazioni della fisica o a partire da informazioni assegnate e/o l'analisi del modello, (ii) analisi o progetto di un semplice sistema di controllo che rispetti specifiche assegnate, e (iii) domanda di teoria che richiede di analizzare e/o utilizzare in modo critico la teoria vista a lezione. Le prove in entrambe le modalità sono pensate in modo da: (i) evidenziare al meglio la comprensione della materia da parte dello studente e la sua capacità di collegare tra loro i diversi concetti; (ii) richiedere soprattutto ragionamenti e solo un minimo di calcoli; (iii) permettere a chi ha studiato i concetti più importanti di raggiungere la sufficienza; (iv) presentare più domande (indipendenti) alcune con focus pratico, altre con focus teorico. Le modalità potrebbero variare per cause di forza maggiore (un esempio di ciò è stata la situzione legata alla pandemia da COVID 19).
Criteri di valutazione:	1. Correttezza della soluzione di problemi legati all'analisi ed alla sintesi di sistemi di controllo. 2. Spirito critico ed attenzione alla problematiche di stabilità e ai principi ingegneristici che informano la disciplina. 3. Chiarezza e precisione nella presentazione delle proprie soluzioni. 4. Corretta argomentazione delle proprie risposte e affermazioni. 5. Rigore nella dimostrazione dei risultati fondamentali della disciplina.
Contenuti:	Introduzione al problema del controllo. Sistemi dinamici lineari e tempo-invarianti a tempo continuo e loro rappresentazioni. Modellistica di sistemi elettrici, meccanici, elettromeccanici e compartimentali. Modelli di stato. Linearizzazione. Stabilità. Sistemi del primo e secondo ordine. Specifiche nel dominio del tempo e nel dominio della frequenza. Connessione di sistemi. Sistemi connessi in retroazione. Funzione di sensibilità, tipo del sistema ed errore a regime. Stabilità dei sistemi in retroazione. Criterio di Routh. Il luogo delle radici ed il suo utilizzo nella sintesi del controllore. Controllori standard PID. Risposta in frequenza, diagrammi di Bode. Criterio ridotto di Nyquist. Pulsazione di attraversamento e margine di fase. Sintesi del controllore PID. Simulazione di sistemi dinamici con Matlab/Simulink.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento:	Il corso consisterà in massima parte di lezioni frontali nelle quali verranno esposte le nozioni di base relative all'analisi di sistemi dinamici e alla sintesi di sistemi di controllo. Alcune lezioni relative all'utilizzo di software dedicati (matab e simulink) saranno tenute con l'ausilio di calcolatore e videoproiettore. Alcune delle lezioni potranno consistere di video registrati e resi disponibili "on line".
Eventuali indicazioni sui materiali di studio:
Testi di riferimento:	A. Ferrante, A. Lepschy, U. Viaro, Introduzione ai Controlli Automatici. Torino: Citta` Studi, 2000. A. Ferrante, Appunti di Automatica per Ingegneria Biomedica con esercizi e temi d'esame risolti (II edizione). Padova: Libreria Progetto, 2024.