Scheda programma d'esame
AUTHOMATIC CONTROLS AND ROBOT MECHANICS
ANTONIO BICCHI
Academic year2017/18
CourseMECHANICAL ENGINEERING
Code393II
Credits12
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
CONTROLLI AUTOMATICIING-INF/04LEZIONI60
ANTONIO BICCHI unimap
ALESSANDRO SETTIMI unimap
MECCANICA DEI ROBOTING-IND/13LEZIONI60
MARCO GABICCINI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso si propone di fornire agli allievi le nozioni fondamentali e gli strumenti necessari per l’analisi, la progettazione e la realizzazione di sistemi di controllo per sistemi meccanici e veicoli, intesi nella loro più ampia accezione: sistemi fisici controllati da un processore digitale, dotati di capacità sensoriali e di intervento sull’ambiente, con caratteristiche di elevata autonomia e di facile interazione con l’uomo. Al termine del corso, lo studente avrà:

  • conoscenze avanzate inerenti alla modellistica ed al controllo di veicoli;
  • conoscenze sulle tecniche e gli algoritmi di pianificazione del moto di veicoli;
  • conoscenze sulle metodologie di modellazione, analisi e progetto di sistemi di controllo per veicoli.

 

Knowledge

The course will enable to analyze, model and design vehicle systems. By the end of the course, students should be able to: - analyze and control complex mechanical systems and vehicles; - evaluate the limits of application of the linear control methodologies in the case of non linear systems and to correctly use the instruments useful to overcome such limitations. - read and understand the commercial devices used in the control of machines and mechanical systems, and to project control systems using such devices. - know typologies and applications of the robotic systems used in industry and other service sectors - define the geometrical, kynematical and dynamical models adopted in robotics - elaborate functional projects of such mechanical systems

Modalità di verifica delle conoscenze

La verifica delle conoscenze avviene attraverso la applicazione delle stesse a casi di studio, i cui risultati sono   presentati e discussi attraverso una relazione tecnica ed una presentazione con strumenti multimediali.  

 

Assessment criteria of knowledge

Knowledge verification occurs through application of the course topics to case studies. Results are presented and discussed through a technical report and a presentation with multimedia tools.

 

Capacità

Al termine dell'insegnamento lo studente saprà:

  • Progettare sistemi di controllo per sistemi meccanici e veicoli in presenza di vincoli e di incertezze del modello
  • Analizzare le caratteristiche e le proprietà strutturali della dinamica di sistemi meccanici e robotici avanzati
  • Utilizzare software di simulazione per sistemi meccanici e robotici
Skills

At the end of the course the student will know how to:

  • Design control systems for robotics and vehicles also in presence of constraints and uncertainties of the model;
  • Analyze the characteristics and structural properties of the dynamics of advanced mechanical and robotic systems;
  • Use simulation software for mechanical and robotic systems;
Modalità di verifica delle capacità

Durante il corso le tecniche apprese di pianificazione e controllo verranno applicate su sistemi meccanici e veicoli simulati e/o fisici in attività di esercitazione e laboratoriale, sotto la supervisione dei docenti e dei collaboratori alla didattica

 

Assessment criteria of skills

During the course, the motion planning and control techniques will be applied on simulated and / or physical mechanical and vehicular systems in exercise and laboratory activities, under the supervision of teachers and teaching staff

 

Comportamenti

Al termine del corso gli  studenti avranno sviluppato l’attitudine a riconoscere nei problemi applicativi di diversa natura che possono essere loro proposti, le caratteristiche salienti dei sistemi robotici in una accezione ampia del termine, di riconoscere le tecniche più adeguate per la pianificazione del moto e per il controllo, e di applicare gli strumenti di progetto appresi.

Behaviors

At the end of the course, students will have developed the ability to recognize in problems of different nature that can be proposed to them, the salient features of robotic systems in a broad sense of the term, to recognize the most appropriate techniques for motion planning and control, and to apply the design tools learned.

Modalità di verifica dei comportamenti

Agli studenti verrà chiesto di proporre argomenti di approfondimento nei quali loro stessi dovranno scegliere i sistemi cui applicare le tecniche apprese. In questo modo, potranno dimostrare di saper estendere l’applicabilità dei metodi ad una classe più generale di problemi che potranno incontrare nella loro vita professionale.

Assessment criteria of behaviors

Students will be asked to propose topics to be studied in detail in which they will have to choose which  learned technique is more suitable to be applied. In this way, they will be able to demonstrate how to extend the applicability of the methods to a more general class of problems they may encounter in their professional life.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)
  • Teoria dei sistemi lineari;
  • Tecniche di controllo dei sistemi lineari;
  • Capacità di utilizzo di software di analisi e simulazione (e.g. Matlab, Simulink)

 

Prerequisites
  • Theory of linear systems;
  • Linear Systems Control Techniques;
  • Ability to use analysis and simulation software (e.g. Matlab, Simulink)

 

Corequisiti

Nessuno

Co-requisites

N/A

Prerequisiti per studi successivi

Nessuno

Prerequisites for further study

N/A

Indicazioni metodologiche

Le lezioni vengono svolte alla lavagna con l'eventuale uso di supporti multimediali per la visione di immagini e video.

Modalità di apprendimento:

  • Partecipazione alle lezioni
  • Partecipazione a seminari
  • Partecipazione alle discussioni
  • Studio individuale
  • Lavoro di gruppo
  • Lavoro di laboratorio

Metodologia di insegnamento:

  • Lezioni
  • Seminari
  • Tutorato

 

Teaching methods

Lessons are performed on the blackboard with the possible use of multimedia media for viewing images and videos.

 

Learning modality:

  • Participation in lessons
  • Participation in seminars
  • Participation in discussions
  • Individual studio
  • Teamwork
  • Laboratory work

Teaching methodology:

  • Lessons
  • Seminars
  • Tutoring

 

Programma (contenuti dell'insegnamento)

 

  1. Presentazione del corso. Problematiche di controllo di sistemi lineari ottenuti per  linearizzazione da sistemi non lineari. Esempi delle limitazioni connesse alla progettazione classica (ingresso-uscita) del controllo.
    (L:2; E:0)
  2. Stabilità. Stabilità di un movimento e di un punto di equilibrio. Stabilità semplice ed asintotica. Stabilità di sistemi lineari. Metodo diretto ed indiretto di Lyapunov. Teoremi di Lasalle e Krasovskii. Cicli limite ed insiemi invarianti. Dominio di attrazione di un equilibrio. Globale asintotica attrattività. Velocità di convergenza. Equazione matriciale di Lyapunov e stabilità di sistemi lineari. Analisi della stabilità di un sistema non lineare mediante linearizzazione.
    (L: 10; E: 5)
  3. Raggiungibilità e Controllabilità. Proprietà strutturali di un sistema dinamico. Insieme raggiungibile di sistemi lineari tempo invarianti ( TC e TD ).  Matrice di raggiungibilità in funzione del tempo. Raggiungibilità e cambiamenti di coordinate lineari. Controllabilità all’origine. Pianificazione ottima, pseudoinversa di Moore-Penrose e decomposizione ai valori singolari di una matrice. Raggiungibilità di sistemi lineari tempo varianti. Definizione di sottospazi invarianti e forma standard di controllabilità. Ripartizione degli autovalori della matrice di aggiornamento dello stato tra sottospazio raggiungibile e non. Verifiche dirette di raggiungibilità.  Raggiungibilità di sistemi SISO. Lemma P.B.H.. Forma canonica di controllo. Raggiungibilità di sistemi MIMO.
    (L: 10; E: 5)
  4. Retroazione degli stati. Controllo di sistemi lineari mediante retroazione degli stati. Invarianza delle proprietà di raggiungibilità di un sistema rispetto alla retroazione degli stati. Autovalori fissi e autovalori modificabili dalla retroazione. Algoritmi di allocazione degli autovalori. Invarianza degli zeri di trasmissione. Sistemi a più ingressi. Stabilizzabilità di un sistema lineare.
    (L:3; E: 2).
  5. Osservabilità e Ricostruibilità. Osservabilità di sistemi lineari tempo invarianti ( TC e TD ). Insieme indistinguibile in funzione del tempo. Osservabilità e cambiamenti di coordinate lineari. Ricostruibilità dello stato. Sottospazi invarianti e forma standard di osservabilità. Stima Ottima. Osservabilità di sistemi lineari tempo varianti. Ripartizione degli autovalori della matrice di aggiornamento dello stato tra sottospazio inosservabile e non. Funzione di trasferimento e sottospazio inosservabile. Verifiche dirette di osservabilità. Osservabilità di sistemi SISO. Lemma P.B.H. di osservabilità. Forma canonica di osservazione. Scomposizione di Kalman.
    (L: 9; E: 4)

Regolazione di sistemi e retroazione delle usciteRetroazione statica delle uscite. Retroazione dinamica delle uscite. Osservatore asintotico dello stato. Realizzazione di sistemi. Regolatore.
(L: 3; E:2)

 

Syllabus

Contents: 1) - Introduction. problems in the control of linear systems obtained by linearization of non linear systems. Examples of the limitations of the classical (input-output) approach to control - Stability - Attainability and controllability - State feedback - Observability and rebuildability - System regulation and output feedback

Bibliografia e materiale didattico

P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di Controlli Automatici”, McGraw Hill - E. Fornasini, G. Marchesini: “Appunti di Teoria dei Sistemi” -Notes of the lecturer (available on the course website)

Bibliography

 P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di Controlli Automatici”, McGraw Hill - E. Fornasini, G. Marchesini: “Appunti di Teoria dei Sistemi” -Notes of the lecturer (available on the course website)

Indicazioni per non frequentanti

Nessuna differenza di programma o di valutazione

Non-attending students info

No changes n content or assessment

Modalità d'esame

L’esame consiste in prove scritte ed orali sulle parti del corso. Entrambe sono articolate in uno o più esercizi da svolgere autonomamente, con l’uso del materiale del corso e di ogni altro materiale ritenuto utile; ed in una o più domande cui rispondere oralmente interagendo con la commissione.

In aggiunta o in alternativa alla prova orale, l’esame consiste nella valutazione dei risultati di approfondimento mediante esposizione di  tavole o di progetti proposti e svolti dai candidati.

 

Assessment methods

The final exam consists of two written and/or oral exams on the parts of the course. Both are articulated in one or more exercises to be performed independently, using the material of the course and any other material deemed useful; and in one or more questions to answer orally interacting with the commission.

In addition or as an alternative to the oral examination, the examination consists in evaluating the results of the topics chosen by the student and analyzed in detail applying the tools learned.

 

Stage e tirocini

Possibili su iniziativa indipendente dello studente

Work placement

Possible on stdent's own proposal

Altri riferimenti web

Nessuna

Additional web pages

N/A

Updated: 25/07/2018 14:19