Obiettivi formativi
Il corso, intende approfondire le conoscenze sui sistemi automatici di controllo, introducendo concetti, metodi e strumenti avanzati per la modellazione e il controllo dei processi industriali reali e in particolare dei processi orientati alla robotica, elettrici, meccanici e termici.
Si studieranno i modelli dei sistemi dinamici semplici, la componentistica per la misura, il condizionamento e l’attuazione, nonché la loro rappresentazione grafica.
Si studieranno i regolatori industriali e la loro taratura.
Si studieranno le strategie e gli schemi avanzati e metodi di progetto per sistemi di controllo in particolare di quelli digitali. nelle ore di laboratorio si apprenderà l’utilizzo degli strumenti di simulazione e progetto più diffusi.
Prerequisiti
Propedeuticità consigliate:
Fondamenti di Controlli Automatici
Contenuti dell'insegnamento
- Introduzione ai controlli industriali: (1 ora)
Controllo di processo, paradigma dei controlli retroazionati, Diagrammi P&I.
- Elementi di modellistica: (3 ore)
Equazioni di conservazione dei processi a fluido. Elementi di meccanica. Conversione elettromeccanica.
- Sensori e trasduttori: (2 ore)
Generalità. Sensori di temperatura. Sensori di pressione. Sensori di portata. Sensori di livello. Sensori di posizione. Sensori di Forza. Sensori di accelerazione. Condizionamento dei segnali. Conversione A/D e D/A.
- Attuatori per flussi di materia ed energia: (2 ore)
Circuiti idraulici Valvole. Pompe. Schemi.
- Attuatori per il controllo del moto: (2 ore)
Motori DC a eccitazione costante (a magneti permanenti) a spazzole. Motori DC Brushless. Controllo di corrente. Amplificatori di potenza. Controllo PWM. Cenni agli attuatori oleodinamici.
- Progetto dei Regolatori industriali: (12 ore)
Progetto del controllo. L’algoritmo PID. Leggi di controllo. Architetture (Single loop semplice, relè con isteresi, split range. Controllo in cascata, controllo di rapporto, feed-forward, override, compensatore dead time, controllo adattivo). Anti-windup. Internal Model Control (IMC), predittore di Smith.
Tecniche di taratura dei PID. Autotuning.
- Tecniche generali avanzate: (10 ore)
Compensatori feed forward. Prefiltraggio. Tecnica dell’inversione dinamica. Predittore di Smith. Controllo multivariabile. Disaccoppiamento dei sistemi MIMO. Sintesi diretta. Spazio degli stati.
- Controllo del moto: (8 ore)
Pianificazione del moto. Organi di trasmissione del moto. Controllo di posizione e di velocità. Cenni al controllo degli attuatori idraulici.
-Discretizzazione del controllore e implementazione digitale: (8 ore)
Realizzazione digitale dei regolatori industriali. Microcontrollori, PLC, altre architetture.
-Laboratorio Matlab e Simulink
Programma esteso
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Bibliografia
G. Magnani, Gianni Ferretti, Paolo Rocco, “tecnologie dei sistemi di controllo”, seconda edizione , McGraw-Hill Italia, 2007.
P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: Fondamenti di Controlli Automatici – 4° Ed., McGraw-Hill, Milano, 2015.
Metodi didattici
Il corso viene svolto tramite lezioni orali frontali che prevedono argomenti teorici ed e una serie di esercitazioni svolte al calcolatore in ambiente Matlab/Simulink (oppure Scilab/Xcos) eventualmente avvalendosi di semplici harware di simulazione dei processi. Le lezioni saranno di norma svolte in presenza, ma potrebbero esse svolte a distanza in eventuali situazioni emergenziali pandemiche.
Modalità verifica apprendimento
La prova d’esame è orale. Durante l'interrogazione orale è richiesta la trattazione degli argomenti teorici svolti a lezione e la discussione critica
di un project-work (di cui si dovrà consegnare una relazione in formato informatico via posta elettronica almeno 15 giorni prima della data di esame) nel quale il candidato realizzerà un progetto o un approfondimento scelto da un elenco di temi proposti dal docente con congruo anticipo, completo di fondamenti teorici, implementazione pratica, soluzione numerica ed eventuali simulazioni.
L'iscrizione online all'appello e la consegna del project-work sono condizioni necessarie e inderogabili per sostenere l'esame.
La prova orale è valutata con scala 0-30.
Se la somma dei punteggi dei criteri sottoelencati raggiunge 32 punti viene attribuita la lode.
I criteri di valutazione sono i seguenti:
- Padronanza delle conoscenze dei nuclei fondanti della disciplina: 10 punti
- Padronanza delle competenze ingegneristiche specifiche del corso, analisi e comprensione dei casi e delle problematiche proposte, metodologie e procedimenti utilizzati per la loro risoluzione: 9 punti
- Completezza nello svolgimento del project-work, coerenza e correttezza dei risultati e
degli elaborati tecnici e/o tecnico grafici prodotti: 9 punti
- Capacità di argomentare, collegare e sintetizzare le informazioni in modo
chiaro ed esauriente, utilizzando con pertinenza il linguaggio tecnico specifico: 4 punti
L'esito dell'esame viene comunicato immediatamente al termine della prova orale.
Altre informazioni
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