Obiettivi Formativi

Far acquisire conoscenze sui metodi e le tecnologie per il trattamento dell'informazione (dati e segnali) finalizzato all'automazione degli impianti, dei processi, del controllo e dei sistemi dinamici in genere. Fornire le conoscenze metodologiche e operative per la modellistica, la simulazione, l'analisi del comportamento ed il controllo di sistemi dinamici di interesse. Fornire le conoscenze che consentano all’allievo di identificare il livello di automazione richiesto nel processo e di affrontare problemi di progettazione dei sistemi di automazione e controllo identificando le soluzioni più idonee sulla base delle specifiche e sui vincoli di progetto. Far acquisire capacità di utilizzo di strumenti software dedicati all’analisi e simulazione dei sistemi di controllo realizzati, per la verifica delle specifiche di progetto. Far acquisire la capacità di individuare autonomamente gli strumenti e le fonti di dati necessarie all'analisi, alla comprensione e alla risoluzione dei problemi pertinenti l'insegnamento anche attraverso l'integrazione delle conoscenze acquisite con appropriate indagini bibliografiche tali da consentire un confronto critico tra le diverse soluzioni possibili. Far acquisire la capacità di interloquire con linguaggio tecnico appropriato alla disciplina e l’abilità alla collaborazione in piccoli gruppi ed alla presentazione del lavoro svolto sapendo utilizzare linguaggi tecnici specifici ed adeguate modalità di rappresentazione dei risultati. Acquisire un metodo di studio individuale adeguato a consentire l'approfondimento delle conoscenze e ad affrontare ulteriori tematiche avanzate o settoriali.

Learning Goals

To acquire knowledge on methods and technologies for the treatment of information (data and signals) aimed at the automation of plants, processes, control and dynamic systems in general. To provide methodological and operational knowledge for modelling, simulation, behavioural analysis and control of dynamical systems of interest. To provide the knowledge that allows students to identify the level of automation required in the process and to tackle design problems of automation and control systems by identifying the most suitable solutions based on the specifications and project constraints. To acquire the ability to use software tools dedicated to the analysis and simulation of the control systems created, for the verification of the project specifications. To acquire the ability to independently identify the tools and data sources necessary for the analysis, understanding and resolution of problems related to the automation subject, also through the integration of the knowledge acquired with appropriate bibliographical research such as to allow a critical comparison amongst different solutions To acquire the ability to speak with technical language appropriate to the discipline and the ability to collaborate in small groups and to present the work done knowing how to use specific technical languages and adequate ways of representing the results To acquire an individual study-method suitable to allow the deepening of knowledge and to face further advanced or sectoral themes.

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali. Sono inoltre previste esercitazioni guidate svolte dagli studenti in aula informatica, con lo scopo di stimolare l’approccio ai problemi con autonomia e senso critico e imparare ad utilizzare autonomamente i tool software per l’analisi ed il controllo di sistemi. Tutte le attività sono svolte con supporto di slide delle lezioni e di tool software

Teaching Methods

The course, in order to achieve the expected objectives, mainly takes place through lectures. There are also guided exercises in the computer room with teacher support, with the aim of stimulating the approach to problem solving with autonomy and a critical thinking, using suitable software tools. All activities are carried out with the support of lecture slides and software tools.

Prerequisiti

Algebra matriciale. Equazioni differenziali. Calcolo con i numeri complessi.

Prerequisites

Matrix algebra. Differential equations. Calculation with complex numbers.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta svolta al calcolatore, con l’ausilio dei software utilizzati durante il corso, seguita dalla prova orale. Il tempo assegnato per la prova scritta è di due ore. La valutazione della prova scritta è espressa in trentesimi. La prova scritta si ritiene superata se la valutazione complessiva non è inferiore a 18/30. Superata la prova scritta, essa ha validità per una sessione di esame. La prova orale è incentrata sugli argomenti trattati durante il corso e sulla analisi critica della prova scritta. Essa ha il duplice scopo di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento, l'abilità comunicativa e proprietà di linguaggio scientifico e indi valutare le facoltà logico-deduttive acquisite dallo studente. Il voto finale è espresso in trentesimi e viene calcolato come media della valutazione ottenuta durante la prova scritta e durante la prova orale.

Assessment

The exam consists of a written test, developed by using software tools, followed by an oral test. The time allotted for the written test is two hours. The evaluation of the written test is scored out of thirty. The written test is considered passed if the overall evaluation is not less than 18/30. Once the written test has been passed, it is valid for the current examination. The oral exam focuses on the topics covered during the course and a critical discussion of the written test. It has the purposes of verifying the level of knowledge and understanding of the course contents, evaluating the autonomy of judgment, the learning ability, the communicative ability, the properties of scientific language, the logical-deductive faculties acquired by the student and the ability of using the required software tools. The final grade is expressed out of thirty and it is computed as the mean of the evaluations obtained during the written exam and during the oral exam. During the course, there are two ongoing written tests, developed by using software tool. Students who pass the ongoing tests are exempt from the final written exam and can directly take the oral exam. The ongoing tests are held in the middle and at the end of the course, respectively. Dates are agreed during the lessons with the students. A score out of thirty is assigned to each test. The written test is passed if the average of the two tests is equal to, or greater than, 18/30. During the written exams, it is permitted to use a table of formulas.

Programma del Corso

ANALISI DEI SISTEMI: Classificazione dei sistemi. Rappresentazione dei sistemi lineari stazionari di ordine finito tempo continuo mediante equazioni differenziali a coefficienti costanti. Concetto di stato. Scelta delle variabili di stato. La trasformata di Laplace: proprietà ed applicazioni. Modello matematico di un sistema. Linearizzazione. Concetto di funzioni di trasferimento. Poli e zero. Sistemi del 1° e 2° ordine. La risposta in frequenza. -PROPRIETÀ DEI SISTEMI RETROAZIONATI E SINTESI DEL CONTROLLORE: Controllo a catena aperta e catena chiusa, funzione di trasferimento di un sistema retroazionato, equazione caratteristica. Effetto della retroazione sulla sensitività alle variazioni parametriche, sui disturbi e sulla banda passante di un sistema. Errore a regime per ingressi canonici (gradino, rampa e parabola) e classificazione in tipi. Analisi della stabilità mediante il criterio di Nyquist. Margine di fase e di guadagno. Stabilità dei sistemi con ritardo. Il luogo delle radici di un sistema retroazionato: proprietà e tracciamento. Specifiche statiche e dinamiche. Trasformazione specifiche dal dominio del tempo a quello della frequenza. Reti anticipatrici e attenuatrici. Sintesi per tentativi per la compensazione della risposta armonica. Controllori di tipo PID. -SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE: Nozioni propedeutiche: conversione A/D e D/A, teorema del campionamento, ricostruzione del segnale, mantenitore di ordine zero; equazione alle differenze; stabilità dei sistemi discreti, trasformazione bilineare. Schema di un sistema di controllo digitale. Sintesi di un controllore digitale basato sulla traslazione di un controllore analogico. -CENNI DI AUTOMAZIONE INDUSTRIALE: Architetture per l’automazione industriale. Sistemi di controllo real time. Reti per l’automazione industriale. Modellistica, analisi e controllo mediante sistemi ad eventi discreti. Controllori a logica programmabile. Sensori ed attuatori. Sistema di connessione dati e visualizzazione.

Course Syllabus

SYSTEMS ANALYSIS: Systems classification. Representation of stationary linear systems of finite dimension via differential equations with constant coefficients. State variables of a system. Choice of the state variables. The Laplace transform: properties and applications. Mathematical model of a system. Linearization. Concept of transfer functions. Poles and zero. 1st and 2nd order systems. The frequency response. PROPERTY OF THE FEEDBACK CONTROL AND CONTROLLER DESIGN: Open and closed loop control, transfer function of a feedback system, characteristic equation. Effect of the feedback on parametric variations, disturbances and bandwidth. Stade state error for canonical inputs (step, ramp and parabola) and classification into types. Stability analysis using the Nyquist criterion. Phase and gain margin. Stability of delayed systems. The root locus: properties and tracing. Static and dynamic specifications. Transformation from time to frequency domain. Lead and lag networks. Synthesis in the frequency domain. PID controllers. - DIGITAL CONTROL SYSTEMS: Preliminary notions: A / D and D / A conversion, sampling theorem, signal reconstruction, zero-order hold. Difference equation. Stability of discrete time systems. Diagram of a digitallly controlled system. Synthesis of a digital controller based on the translation. - OVERVIEW OF INDUSTRIAL AUTOMATION: Architectures for industrial automation. Real time control systems. Networks for industrial automation. Modeling, analysis and control using discrete event systems. Programmable logic controllers. Sensors and actuators. System for data connection and visualization.