Controlli Automatici
Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica
Prof. Paolo Rocco
Orari
A
partire dall’A.A. 2015/16 l’insegnamento sarà coperto dal Prof. Luca Bascetta e offerto in lingua inglese.
Per
ulteriore materiale didattico e per un elenco di tesi disponibili, consultare
la seguente pagina.
Obiettivi formativi e programma del corso
Obiettivo del corso è fornire
allo studente la preparazione culturale e gli strumenti operativi per la
comprensione e la progettazione dei sistemi di controllo automatico, con
particolare riferimento ai sistemi meccatronici. Dopo alcuni complementi e approfondimenti
di teoria dei sistemi, si affronterà il problema di progetto del controllore
sia nel dominio della frequenza, sia nel dominio del tempo. Particolare rilievo
verrà dato al ruolo della retroazione nel determinare le prestazioni dinamiche
e statiche del sistema di controllo. Si discuterà quindi, sulla base anche di
elementi di teoria dei sistemi a tempo discreto forniti nel corso, la
realizzazione del regolatore in tecnologia digitale.
Le
metodologie dei controlli automatici verranno successivamente applicate al
problema del controllo del moto e in particolare alla pianificazione e al
controllo in anello chiuso del movimento nei servomeccanismi di posizione. Come
caso applicativo notevole si considererà il controllo di manipolatori robotici.
La presentazione di alcuni aspetti delle tecnologie elettroniche dei sistemi di
controllo (riferiti in particolare al trattamento di segnali analogici e
digitali) fornirà un utile complemento alla preparazione in campo meccatronico.
Si darà infine enfasi agli aspetti informatici del sistema di controllo,
illustrando le architetture hardware/software più comuni, le reti di
comunicazione, il controllo logico (PLC) e i sistemi real-time ed embedded.
Il programma del corso è il seguente:
1) Complementi
di automatica: Richiami sui sistemi dinamici. Sistemi lineari tempo
invarianti: movimento ed equilibrio. Cambiamento di variabili di stato.
Proprietà strutturali dei sistemi dinamici lineari tempo-invarianti: stabilità,
raggiungibilità e osservabilità. Richiami sulle funzioni di trasferimento.
Realizzazione in variabili di stato.
2) Progetto
del controllore nel dominio della frequenza: Richiami sulla risposta in
frequenza dei sistemi dinamici. Specifiche di un sistema di controllo.
Stabilità e prestazioni di un sistema di controllo. Progetto del regolatore a
struttura libera. Compensazione dei disturbi. Regolazioni in cascata.
Regolatori industriali. Progetto del regolatore con il luogo delle radici.
3) Progetto
del controllore nel dominio del tempo: Assegnamento degli autovalori con
retroazione dello stato. Stima dello stato da misure di ingresso e uscita.
Assegnamento degli autovalori con retroazione dell’uscita. Principio di
separazione. Inseguimento del riferimento: regolazione a zero dell’errore e uso
di elementi in feedforward.
4) Segnali
e sistemi a tempo discreto: Rappresentazioni di stato. Sistemi lineari.
Equilibrio e movimento. Stabilità. Trasformata Zeta. Funzione di trasferimento.
5) Controllo
digitale: Conversione analogico/digitale: il problema del campionamento. Aliasing. Formula di Shannon.
Conversione digitale/analogico: mantenitori. Sistemi di controllo digitale.
Scelta del periodo di campionamento. Discretizzazione della legge di controllo.
6) Schemi
classici di controllo del moto: Pianificazione della traiettoria: moto
punto a punto e su percorso assegnato (metodo delle spline).
Scalatura della traiettoria. Controllo del
servomeccanismo con schemi P/PI (posizione/velocità): tarature nominali, ruolo
della elasticità, controllo lato carico, limiti di prestazione. Aspetti
realizzativi nei controllori industriali (forme standard, tecniche anti-windup).
7) Schemi
avanzati di controllo del moto: Filtri notch.
Osservatore del disturbo di coppia. Controllo del servomeccanismo basato su
assegnamento degli autovalori. Input shaping.
8) Elementi
di robotica industriale: Modelli cinematici e dinamici. Pianificazione del
moto nello spazio dei giunti e nello spazio operativo. Controllo del moto: controllo indipendente
dei giunti.
9) Tecnologie
elettroniche per il controllo: Collegamenti di massa e accoppiamenti. Amplificatori operazionali. Ingressi e uscite
analogici e digitali in un sistema di elaborazione (collegamenti, isolamento,
condizionamento, filtraggio, conversione).
10) Tecnologie informatiche per il controllo:
Architetture hardware/software di controllo. Reti di comunicazione: Ethernet e fieldbus. Controllori logici programmabili (PLC):
linguaggio ladder diagram.
Sistemi real-time e sistemi embedded.
La versione del corso da 6 cfu
per studenti non appartenenti all’orientamento Meccatronica e Robotica (Controlli Automatici B) è limitata ai
primi 5 punti del programma.
Le
sedute di laboratorio informatico faranno uso di software di simulazione e si
terranno in un’aula informatizzata
Prerequisiti
085860
- Azionamenti e controllo dei sistemi meccanici.
Bibliografia
P. Bolzern, R.
Scattolini, N. Schiavoni Fondamenti di
Controlli Automatici, 3a ed. Mc Graw-Hill, 2008
G. Magnani, G. Ferretti, P. Rocco Tecnologie dei sistemi di controllo,
2a ed.,
McGraw Hill, 2007
Materiale didattico
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Argomento |
Slide |
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Complementi
di Automatica |
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Progetto
del Controllore nel Dominio della Frequenza |
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Luogo
delle Radici |
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Assegnamento
degli Autovalori |
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Sistemi
a Tempo Discreto |
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Controllo
Digitale |
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Pianificazione
del Moto |
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Schemi
Classici di Controllo del Moto |
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Schemi
Avanzati di Controllo del Moto |
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Elementi
di Robotica Industriale |
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Tecnologie
Elettroniche per il Controllo |
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Tecnologie
Informatiche per il Controllo |
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Esercitazioni in laboratorio
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Testo |
Materiale |
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Sistemi
in Anello Chiuso |
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Assegnamento degli Autovalori |
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Sistemi
a Tempo Discreto e Controllo Digitale |
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Schemi
Classici di Controllo del Moto |
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Controllo
del Moto in Tecnologia Digitale |
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Elaborato
Testo dell’elaborato a.a. 2014/15
Tabella dei parametri da utilizzare
nell’elaborato
Testo dell’elaborato a.a. 2013/14
Tabella dei parametri da utilizzare
nell’elaborato
Testo dell’elaborato a.a. 2012/13
Tabella dei parametri da utilizzare
nell’elaborato
Esami
Controlli Automatici A: appello del 3 Marzo 2015
Controlli Automatici A: appello del 11 Febbraio 2015
Controlli Automatici A: appello del 9 Luglio 2014
Controlli Automatici A: appello del 5 Marzo 2014
Controlli Automatici A: appello del 12 Febbraio 2014
Controlli Automatici A: appello del 3 Luglio 2013
Controlli Automatici A: appello del 27 Febbraio 2013
Controlli Automatici A: appello del 6 Febbraio 2013
Controlli Automatici A: appello del 5 Settembre 2012
Controlli Automatici A: appello del 18 Luglio 2012
Controlli Automatici A: appello del 29 Febbraio 2012
Controlli Automatici B: appello del 29 Febbraio 2012
Controlli Automatici A: appello del 8 Febbraio 2012
Controlli Automatici B: appello del 8 Febbraio 2012
L’esame consisterà in una prova scritta, integrata, a discrezione del docente, da un colloquio. Costituirà elemento di giudizio anche la valutazione di un elaborato svolto singolarmente dagli studenti su un tema assegnato con l’ausilio di strumenti di calcolo e simulazione.
I testi delle prove d’esame precedenti saranno pubblicati su questo sito.
Gli studenti possono fare riferimento agli esami del corso precedentemente offerto Controlli automatici per la meccatronica (da 5 cfu).
I risultati degli esami saranno comunicati agli studenti mediante il servizio WebPoliSelf.