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Insegnamento: Digital Control (Offerta Formativa a.a. 2017/2018)

Corso di studio: INGEGNERIA MECCATRONICA (D.M.270/04)

CFU6
Moduli

Modulo: Digital Control
TAF: Affine/Integrativa; SSD: ING-INF/04; Ambito: Attività formative affini o integrative
Docenti: Lorenzo SABATTINI

Materiale Didattico Accedi al materiale didattico su Dolly
Propedeuticità obbligatorie
Modalità di accertamento del profitto Orale
Modalità di valutazione Voto
Esse3 Accedi ai dati dell'insegnamento su Esse3
Lingua di insegnamento

Inglese

Partizionamento studenti

Nessun partizionamento

Obiettivi

Ob1) Capacità di mdellazione dei sistemi a tempo discreto, mediante utilizzo di strumenti matematici quali equazioni alle differenze e trasformata Z

Ob2) Capacità di modellazione dei sistemi di controllo digitali, in presenza di dispositivi per campionamento e ricostruzione. Definizione di funzioni di trasferimento a ciclo chiuso per sistemi di controllo digitali

Ob3) Comprendere la definizione di stabilità, e avere la capacità di utilizzare metodologie per valutare la stabilità nei sistemi di controllo digitali

Ob4) Capacità di progettare un sistema di controllo digitale, sfruttando diverse tecniche: luogo delle radici, metodi di discretizzazione, controllori PID, progetto nel dominio delle frequenze

Ob5) Capacità di progettare sistemi di controllo avanzati, tra cui finite time settling time control, e controllo ottimo

Ob6) Capacità di effettuare l'identificazione di un sistema, per la definizione sperimentale del modello di un sistema ignoto

Ob7) Capacità di affrontare problematiche relative all'implementazione di sistemi di controllo digitali in applicazioni realistiche, con la selezione di sensori appropriati, la definizione del periodo di campionamento, a la messa in scala

Prerequisiti

Conoscenze di base relative alla modellistica dei sistemi e al progetto di controllori a tempo continuo a un ingresso e a un'uscita (Controlli Automatici)

Soluzione delle equazioni differenziali e trasformata di Laplace.

Diagrammi di Bode.

Contenuti

1) Introduzione ai sistemi di cotrollo digitali: motivazioni. Vantaggi/svantaggi

2) Sensori: Introduzione. Esempi

3) Sistemi a tempo discreto: Ingressi costanti a tratti. Equazioni alle differenze. Trasformata Z. Risposta in frequenza. Teorema del campionamento

4) Modellazione dei sistemi di controllo digitali: ADC, DAC. Effetto di campionamento e ricostruzione. Funzione di trasferimento ad anello chiuso.

5) Stabilità nei sistemi di controllo digitali: Definizione. Condizioni di stabilità.

6) Luogo delle radici: Definizione. Progetto di un controllore mediante luogo delle radici nel dominio z

7) Implementazione digitale di leggi di controllo: Tecniche di discretizzazione. Controllori PID. Progetto nel dominio z.

8) Progetto nel dominio delle frequenze: Diagrammi di Bode

9) Progetto per assegnamento di poli e zeri

10) Controllori "Finite settling time"

11) Controllo ottimo: Definizioni. Controllo ottimo a orizzonte finito. Controllo ottimo a orizzonte infinito. Introduzione al Controllo Predittivo

12) Identificazione: Stima dei parametri ai minimi quadrati. Metodi di identificazione

13) Problemi di implementazione: Progetto di hardware e software. Scelta del periodo di campionamento. Controllori PID. Messa in scala

Metodi didattici

Il corso è costituito da lezioni teoriche, che descrivono nei dettagli tutti gli argomenti inclusi nel programma. Le lezioni sono svolte in parte usando slide, in parte alla lavagna. Le slide sono fornite agli studenti, come riferimento. Relativamente agli argomenti esposti alla lavagna, sul sito del corso saranno disponibili alcune note, che riassumeranno tutti i contenuti. Le lezioni sono in lingua inglese. Gli studenti devono definire gruppi di 3 persone. Ogni gruppo dovrà studiare una particolare classe di sensori, e presentare i risultati al resto degli studenti. Ogni studente dovrà risolvere, individualmente, un esercizio relativo all'identificazione e al successivo progetto di un sistema di controllo. Each student will be requested to individually solve an exercize on identification and control system design

Verifica dell'apprendimento

L'esame è composto da 3 parti: 1) Esame orale Ogni studente dovrà rispondere ad almeno tre domande, sui differenti argomenti esposti a lezione. In particulare, ogni studente dovrà rispondere a: - Una domanda sulla modellazione e gli strumenti matematici (Obiettivi: Ob1, Ob2, Ob6) - Una domanda sulla stabilità e sulle tecniche di controllo standard (Obiettivi: Ob3, Ob4) - Una domanda sui metodi di controllo avanzati e l'implementazione nel mondo reale (Obiettivi: Ob5, Ob7) Gli studenti devono rispondere in maniera sufficiente a ogni domanda. 2) Presentazione di gruppo su una classe di sensori (Obiettivo: Ob7) Gli studenti devono definire gruppi di 3 persone. Ogni gruppo deve scegliere una classe di sensori, studiarli, e preparare una presentazione per il resto degli studenti 3) Esercitazione individuale su identificazione e progetto di un sistema di controllo (Obiettivi: Ob2, Ob4, Ob6, Ob7) Ogni studente, invidualmente, deve risolvere un problema (usando Matlab) in cui il modello di un sistema ignoto deve essere identificato, e successivamente si deve progettare un sistema di controllo. Valutazione: Gli studenti devono completare i tre punti descritti sopra in maniera sufficiente. Il voto è calcolato come segue: - 80% per l'esame orale - 10% per la presentazione sui sensori - 10% per l'esercitazione individuale

Risultati attesi

Si veda "Obiettivi formativi"

Testi

Textbook:

Digital Control Engineering, Second Edition: Analysis and Design, M. Sami Fadali and Antonio Visioli (Academic Press)

Teacher's slides and notes:
Available on the course website

Docenti

Lorenzo SABATTINI