ECTS - University of Pisa
Scheda programma d'esame
PROCESS CONTROL
ALBERTO LANDI
Academic year2018/19
CourseROBOTICS AND AUTOMATION ENGINEERING
Code713II
Credits12
PeriodSemester 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
CIBERNETICA FISIOLOGICAING-INF/04LEZIONI60
MATTEO BIANCHI unimap
ALBERTO LANDI unimap
CONTROLLO DEI PROCESSI TECNOLOGICIING-INF/04LEZIONI60
ALBERTO LANDI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso si suddivide in due moduli tra loro complementari.

Nel primo modulo (Cibernetica fisiologica, ovvero Controllo dei processi fisiologici) l’insegnamento è volto a fornire le conoscenze di base per

  • modellare, attraverso gli strumenti matematici propri della teoria dei sistemi e del controllo, i processi fisici e chimici degli organismi viventi, al fine di interpretarne e prevederne il comportamento
  • colloquiare con i medici sviluppando un linguaggio e un metodo comprensibile e interdisciplinare
  • imparare a dimensionare il controllo per applicazioni cliniche in termini di dosaggio dei farmaci e/o della definizione di nuovi protocolli terapeutici 

Nel secondo modulo (Controllo dei processi tecnologici) l’insegnamento è volto a fornire le conoscenze di base per

  • poter comprendere il funzionamento dei processi in presenza di nonlinearità
  • poter dimensionare controllori avanzati di processo
  • poter affrontare l'analisi e la sintesi di sistemi di controllo per processi complessi con più ingressi e più uscite (MIMO)
  • poter applicare la teoria studiata ad esempi di interesse ingegneristico, quali il controllo applicato agli azionamenti di motori elettrici 
Knowledge

The course is divided in two parts: Physiological Cybernetics (or Physiological Process Control) and Industrial Process Control.

Physiological Cybernetics: the student who completes the course successfully will be able to

  • understand and develop models able to emulate physiological systems based on the feedback theory and/or on the system theory (in literature this field is known as system biology).
  • communicate and cooperate with physicians, in terms of a clear and reciprocal comprehension of the objectives of the study and of the research activity between groups with different competences
  • apply  a mathematical framework for helping medical diagnostic techniques and for testing new therapeutic protocols.

Industrial Process Control: the student who completes the course successfully will be able to

  • acquire ability to treat nonlinear systems
  • acquire a general knowledge for a correct design of advanced process controllers
  • acquire the ability to treat complex multivariable systems (MIMO processes)
  • adapt their knowledge to practical applications: e.g., the case of control of electrical machines

 
Modalità di verifica delle conoscenze

Lo studente deve mostrare di aver avere assimilato e capito i principali concetti presentati durante il corso, in un colloquio orale su entrambi i moduli e/o con lo sviluppo di un progetto specifico non obbligatorio

 
Assessment criteria of knowledge

The student must demonstrate the ability to explain correctly the main topics presented during the course in an oral exam on both teaching modules and/or with the presentation of an oral report (not mandatory)

 
Capacità

Lo studente al termine dell'insegnamento dovrà conoscere e saper applicare:

nel modulo di Cibernetica Fisiologica

  • la modellazione matematica e la capacità di simulare processi fisiologici 
  • l'estrazione dai dati clinici dei parametri per una corretta simulazione del modello
  • il dimensionamento del controllo per applicazioni cliniche in termini di dosaggio dei farmaci 

nel modulo di Controllo dei processi tecnologici

  • essere capace di scegliere e dimensionare un controllore di processo per sistemi MIMO che comprendano anche nonlinearità statiche
  • essere capace di scegliere gli ingressi di controllo più opportuni per processi MIMO
  • poter scegliere i motori elettrici più opportuni per applicazioni specifiche nel controllo del moto
Skills

The student who completes the course successfully will be able to:

 Physiological Cybernetics: 

  • develop models able to emulate physiological systems 
  • extract from experimental set points and coefficients for in silico models
  • design control systems for for helping physicians in the selection of an optimal therapy, based on the patients' responses  

Industrial Process Control: the student who completes the course successfully will be able to

  • design advanced process controllers for MIMO and/or non linear processes
  • select suitable control inputs for MIMO processes
  • select suitable electrical motors for motion control

 

 
Modalità di verifica delle capacità

Sono proposti allo studente, in occasione della prova orale finale, esercizi che richiedono soluzione analitica su tutte le capacità oggetto del corso.
Assessment criteria of skills

The student will be assessed on his/her demonstrated ability in analytically solving problems
related to the capabilities regarding the main topics presented during the course.
Comportamenti

L’allievo al termine del corso dovrà essere in grado di analizzare criticamente le specifiche richieste
a un sistema complesso di modellazione e controllo per applicazioni biomediche e per applicazioni di automazione industriale
Behaviors

At the end of the course, the student will be able to critically analyze the requirements and
specifications of a complex control system for biomedical applications and for industrial automation
Modalità di verifica dei comportamenti

La verifica dei comportamenti avviene attraverso discussione durante l'esame orale
Assessment criteria of behaviors

Verification through discussion in the final oral exam
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di base di controlli automatici 
Prerequisites

Basic knowlege of automatic control theory
Indicazioni metodologiche

Lezioni ed esercitazioni frontali in aula con uso di presentazioni in Power Point. Le attività di apprendimento avvengono seguendo le lezioni, partecipando alle discussioni in aula e studiando.
Teaching methods

Delivery: face to face and Power Point presentations

Learning activities:

  • attending lectures
  • individual study

Attendance: Advised

Teaching methods:

  • Lectures
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Cibernetica Fisiologica: 

  • Controllori embedded fisiologici
  • Regolazione zucchero-insulina
  • Modello cardiaco e circolatorio
  • Modello respiratorio
  • Modellistica dell'epatite
  • Modelli del sistema immunitario
  • Modellistica e controllo di HIV
  • Modelli di popolazione per vaccini
  • Controllo predittivo: applicazione al caso di HIV
  • Controllori Fuzzy
  • Controllori PID e autosintonia 
  • Teoria della funzione descrittiva

Industrial Process Control: 

  • Criteri del cerchio e di Popov 
  • Teoria IMC 
  • Teoria dello Sliding mode 
  • Controllori per sistemi MIMO
  • Controllori BLT
  • Controllo scalare e vettoriale di motori elettrici
Syllabus

Physiological Cybernetics: 

  • Feedback embedded controllers in humans
  • Regolation of glucose
  • Mathematical modelling of Heart and Systemic Circulation
  • Mathematical modelling of Respiratory system
  • Mathematical modelling of Hepatitis
  • Mathematical model of immune system
  • Mathematical modelling and control of HIV
  • Vaccine population control
  • Predictive control for HIV therapy
  • Fuzzy control
  • PID and autotuning 
  • Describing function

Industrial Process Control: 

  • Popov and circle criteria
  • IMC metodology
  • Sliding mode theory
  • MIMO controllers
  • BLT controllers
  • Scalar and vector control of electrical machines
Bibliografia e materiale didattico

Appunti dettagliati delle lezioni (scaricabili da:

http://www.dsea.unipi.it/Members/landiw/dispense/  (PW: cibfis) 

http://www.dsea.unipi.it/Members/landiw/controllo-digitale-e-dei-processi) (PW: conpro)

 

Testi suggeriti per consultazione:

J,M. Khoo, Phisiological Control Systems, 1999, Wiley-IEEE Press

J,M. Maciejowski Multivariable Feedback Design, Addison Wesley, 1989
Bibliography

Lecture notes (available from http://www.dsea.unipi.it/Members/landiw/dispense/)  (PW: cibfis) are strongly advised (PW: cibfis) (in Italian and partially in English).

Recommended reading: J,M. Khoo, Phisiological Control Systems, 1999, Wiley-IEEE Press.

Lecture notes (available from http://www.dsea.unipi.it/Members/landiw/controllo-digitale-e-dei-processi) are strongly advised (PW: conpro) (in Italian and partially in English).

Recommended reading: J,M. Maciejowski Multivariable Feedback Design, Addison Wesley, 1989
Indicazioni per non frequentanti

In caso di difficoltà nell'apprendimento contattare il docente
Non-attending students info

If the Lecture notes seems difficult to understand, please contact the teacher
Modalità d'esame

Esercizi da svolgere all'orale. Eventuale progetto di approfondimento

 
Assessment methods

Methods:

  • Final oral exam
  • Discussion on individual projects (not mandatory)

 
Altri riferimenti web

http://www.dsea.unipi.it/Members/landiw/controllo-digitale-e-dei-processi

http://www.dsea.unipi.it/Members/landiw/dispense/

http://unimap.unipi.it/registri/registri.php?ri=007749&tmplt=principale.tpl&aa=2017
Additional web pages

http://www.dsea.unipi.it/Members/landiw/controllo-digitale-e-dei-processi

http://www.dsea.unipi.it/Members/landiw/dispense/

http://unimap.unipi.it/registri/registri.php?ri=007749&tmplt=principale.tpl&aa=2016
Note

L'intero corso è tenuto per gli studenti della Laurea Magistrale in Ingegneria Robotica e dell'Automazione. Il modulo di Cibernetica Fisiologica è fruibile a scelta dagli studenti della laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica, con codice esame autonomo
Notes

The section of Physiological Cybernetics can be chosen also from students in Biomedical Engineering
Updated: 24/07/2018 12:34