1 - INTRODUZIONE
Il problema del controllo: formulazione ed esempi. Architetture dei sistemi di controllo (anello aperto, anello chiuso). Ruolo della retroazione. Strumentazione.
2 - SISTEMI DINAMICI A TEMPO CONTINUO
2.1 Ruolo della dinamica del processo. Modelli di sistemi elementari.
2.2 Descrizione nel "dominio del tempo": variabili di stato. Movimento ed equilibrio. Sistemi lineari e stazionari: formula di Lagrange e principio di sovrapposizione degli effetti, movimento libero e movimento forzato, proprietà strutturali (cenni). Linearizzazione.
2.3 Stabilità: definizione "alla Liapunov". Stabilità nei sistemi lineari e stazionari: criterio degli autovalori e criterio di Routh. Stabilità dei punti di equilibrio nei sistemi non lineari: linearizzazione.
2.4 Descrizione nel "dominio della frequenza": trasformate di Laplace e di Fourier. Funzione di trasferimento: definizione, proprietà ed utilizzo; poli, zeri e guadagno; verifica della stabilità; realizzazione (cenni). Risposte canoniche di sistemi del 1° e del 2° ordine: ruolo degli zeri. Schemi a blocchi: stabilità e regole di elaborazione. Risposta esponenziale e risposta sinusoidale. Risposta in frequenza: definizione, significato e legame con la funzione di trasferimento. Rappresentazione grafica della risposta in frequenza: diagrammi cartesiani (di Bode) e polari.
2.5 Simulazione digitale (cenni).
3 - SISTEMI DI CONTROLLO A TEMPO CONTINUO
3.1 Formalizzazione di un problema di controllo: struttura e requisiti dei sistemi di controllo retroazionati. Ruolo dei trasduttori e degli attuatori. Controllo di un sistema nell’intorno di una condizione di equilibrio. Stabilità e prestazioni in condizioni nominali e perturbate.
3.2 Analisi dei sistemi di controllo lineari a tempo continuo. Stabilità: criterio di Nyquist, criterio di Bode, robustezza. Prestazioni statiche e dinamiche: analisi delle funzioni di sensitività, errore a transitorio esaurito, banda passante, velocità di risposta, entità delle sovraelogazioni.
3.3 Sintesi dei sistemi di controllo lineari a tempo continuo: progetto statico e progetto dinamico. Reti stabilizzatrici. Compensazioni. Il metodo del luogo delle radici.
3.4 Regolatori PID: aspetti realizzativi, metodi di taratura razionali ed empirici.
3.5 Sistemi di controllo ad architettura complessa (cenni): uso di elementi di regolazione "in andata", controllo di sistemi instabili e regolazione in cascata, predittore di Smith, controllo dei sistemi multivariabili (disaccoppiamento e decentralizzazione).
4 - SISTEMI DI CONTROLLO A TEMPO DISCRETO
4.1 Segnali e sistemi a tempo discreto: sistemi dinamici lineari, stabilità, equilibrio nei sistemi non lineari, linearizzazione, trasformata zeta, funzione di trasferimento.
4.2 Analisi dei sistemi di controllo digitale: struttura ed elementi costitutivi. Campionamento e campionatori, mantenitori. Analisi nel continuo e nel discreto dei sistemi di controllo ibridi.
4.3 Sintesi dei sistemi di controllo digitale: scelta del periodo di campionamento. Discretizzazione di regolatori a tempo continuo. Sintesi nel discreto.
Esercitazioni
E’ previsto lo svolgimento di esercitazioni numeriche a illustrazione e complemento degli argomenti trattati a lezione.
Modalità d’esame
L'esame consiste in una prova scritta che, in tutti i casi in cui il docente lo ritenga opportuno, può essere seguita da una prova orale.
Libri consigliati
Per la preparazione all'esame si suggerisce di utilizzare i testi seguenti:
1. P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: Fondamenti di controlli automatici, McGraw-Hill, Milano.
2. P. Bolzern, N. Schiavoni: Elementi di automatica - Esercizi, Masson, Milano.
Per eventuali approfondimenti si può invece fare riferimento ai seguenti testi:
3. S. Rinaldi, C. Piccardi: I sistemi lineari: teoria, modelli, applicazioni, Cittastudi Edizioni, Milano.
4. G. Guardabassi: Note di controlli automatici per un itinerario possibile, Pitagora Editrice, Bologna.
5. G. Guardabassi, P. Rocco: Esercizi di controlli automatici, Pitagora Editrice, Bologna.
6. G. Marro: Controlli automatici, Zanichelli, Bologna.
7. C. Bonivento, C. Melchiorri, R. Zanasi: Sistemi di controllo digitale, Progetto Leonardo, Bologna.
8. P. Bolzern: Programmi Matlab per esercitazioni di Elementi di automatica, Masson, Milano.