ECTS - University of Pisa
Scheda programma d'esame
AUTOMATIC CONTROL
ANDREA CAITI
Academic year2019/20
CourseENGINEERING MANAGEMENT
Code926II
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
CONTROLLI AUTOMATICIING-INF/04LEZIONI60
ANDREA CAITI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso si propone di fornire agli studenti:

  • conoscenze di base inerenti i sistemi di regolazione e controllo per l’automazione industriale;
  • conoscenze sulle metodologie di modellazione, analisi e progetto di sistemi di regolazione automatica.
Knowledge

The course has the goal of giving the students:

  • base knowledge of automatic control systems for industrial automation;
  • base knowledge on methodologies for modeling, analysis and design of automatic control systems.
Modalità di verifica delle conoscenze

La verifica delle conoscenze avviene attraverso discussione durante l'esame orale.
Assessment criteria of knowledge

Discussion within the final oral examination.
Capacità

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

  • Conoscere il significato fisico delle equazioni di stato per un sistema dinamico lineare stazionario, e saper analizzare le principali proprietà strutturali del sistema (stabilità, controllabilità, osservabilità);
  • Saper analizzare la risposta ad ingressi tipici di un sistema lineare;
  • Saper analizzare le caratteristiche di comportamento in frequenza di un sistema, tramite la trasformata di Laplace e la risposta armonica, e saper legare tali caratteristiche all’evoluzione del sistema nel tempo;
  • Saper determinare le proprietà di stabilità in ciclo chiuso di un sistema dall' analisi del suo comportamento in ciclo aperto;
  • Conoscere le specifiche tipiche di un sistema di regolazione automatica in campo industriale (precisione, robustezza, sensitività), e saper analizzare le prestazioni di regolatori industriali standard (PID, reti correttrici) in relazione alle specifiche;
  • Saper progettare sistemi di regolazione elementari per sistemi dinamici lineari soddisfacenti un insieme di specifiche date, avvalendosi anche di strutture di regolazione standard (PID, reti corretrici);
  • Saper impiegare il metodo del luogo delle radici per analizzare il comportamento dinamico di sistemi in ciclo chiuso e come guida alla sintesi
Skills

The student who completes the course succesfully will be able:

  • to use state equations for the analysis of linear stationary systems and of their structural properties;
  • to predict the system response;
  • to analyze the system behaviour in the frequency domain through the Laplace transformand the transfer function;
  • to link frequency and time system behaviours and properties;
  • to determine stability properties of closed loop systems from the open loop frequency properties.
  • to demonstrate knowledge of the performance indicators of automatic control systems(stability, steadystate precision, transient behaviour, robustness, disturbance rejection), and to analyze the performance of standard industrial automation systems (PID) vis-a-vis the design requirements.
  • to design basic industrial automation systems for linear dynamic plants respecting a set of design specifications and requirements.
  • to employ the root-locus method to analyze the closed loop behaviour of industrial automation systems and as a guidance to control system design.
Modalità di verifica delle capacità

Sono proposti allo studente, attraverso test periodici durante il corso, ed in sede di esame 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
Comportamenti

L’allievo al termine del corso dovrà essere in grado di analizzare criticamente le specifiche richieste
ad un sistema di automazione industriale, i vincoli derivanti nel progetto di un controllore, e la
complessità del progetto nel suo insieme.
Behaviors

At the end of the course, the student will be able to critically analyze the requirements and
specifications of an industrial automation system, the consequent constraints in the automatic control
system design, and the complexity of the design as a whole.
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)
  • sistemi di equazioni differenziali lineari;
  • algebra delle matrici ed interpretazione geometrica degli operatori algebrici lineari;
  • integrali di Riemann;
  • Cinematica e dinamica di sistemi fisici elementari, cinematica e dinamica di sistemi rigidi di punti materiali
Prerequisites
  • systems of linear differential equations;
  • matrix algebra and its corresponding geometric interpretation;
  • Riemann integrals;
  • Kinematic and Dynamics of elementary physical systems, kinematic and dynamics of rigid systems of concentrated mass points
Indicazioni metodologiche

Lezioni ed esercitazioni frontali in aula con uso di lavagna standard e gessetti, occasionale proiezione
di lucidi o filmati. Le attività di apprendimento avvengono seguendo le lezioni e partecipando alle
discussioni in aula.
Teaching methods

Delivery: face to face

Learning activities:

  • attending lectures
  • participation in discussions

Attendance: Not mandatory

Teaching methods:

  • Lectures
Programma (contenuti dell'insegnamento)
  • Sistemi dinamici, sistemi in retroazione, concetto di stato, equazioni di ingresso-stato-uscita
  • Stati di equilibrio, stabilità
  • Linearizzazione
  • Sistemi dinamici lineari, forma di stato, forma canonica di controllo
  • Soluzione sistemi dinamici lineari, evoluzione libera ed evoluzione forzata
  • Esponenziale di matrice, matrici in forma di Jordan, modi di un sistema dinamico lineare
  • Trasformata di Laplace, funzione di trasferimento, risposta armonica
  • Da forma di stato a funzione di trasferimento, e realizzazione di una funzione di trasferimento in forma di stato
  • Da equazioni differenziali a forme di stato e a funzioni di trasferimento (e viceversa)
  • Equilibri e Stabilità dei sistemi lineari, Criterio di Routh
  • Controllo in retroazione, Criterio di Nyquist per la stabilità
  • Specifiche di controllo:
  •     o Errori a regime a segnali come gradino e rampa
  •     o Sovraelongazione e tempo di assestamento
  •     o Attenuazione di disturbi agenti in varie parti dell’anello di controllo (disturbo su uscite, su attuazione, rumori di misura)
  •     o Attenuazione di effetti dovuti ad incertezze parametriche
  • Progetto del controllore: loop-shaping. Reti correttrici, controllori PID
  • Luogo delle radici e progettazione controllori per sistemi instabili
Syllabus
  • Dynamic systems, feed-back systems, state of a system; input-state-output equations
  • equilibria states, stability
  • Linearization
  • Linear systems, state equations, canonical forms.
  • Solution for linear dynamic systems, free evolution, forced evolution
  • Matrix exponential, Jordan form of a matrix, modes of a linear dynamic system
  • Laplace transform, transfer function, frequency response
  • From state equations to transfer function; realization of a transfer function in state equation form. 
  • From differential equations to state equations and transfer functiona and back
  • Equilibria and stability in linear systems, Routh criterium
  • Feedback systems, Nyquist criterion for stability
  • Control systems requirements:
  •     o Steady-state error of the forced response to step and ramp input signals
  •     o Overshoot and settling time
  •     o Disturbance rejection
  •     o Robustness to parametric uncertainties
  • Controller design: loop shaping, lead-lag/lag-lead networks, PID controllers
  • Root locus and controller design for open-loop unstable systems
Bibliografia e materiale didattico

Testo consigliato: P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di controlli automatici”, McGraw
Hill Italia (in Italiano).
Bibliography

Recommended reading: P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di controlli automatici”, McGraw Hill Italia (in Italian).
Indicazioni per non frequentanti

nessuna
Non-attending students info

none
Modalità d'esame

L'esame per il superamento del corso è orale; nel corso dell' anno verranno proposti test di apprendimento (facoltativi) che, se superati positivamente, possono contribuire alla valutazione finale.

La prova orale consiste in un colloquio tra il candidato e la commissione. Durante la prova orale viene richiesto al candidato di risolvere analiticamente problemi/esercizi proposti dalla commissione. Successivamente, oltre alla correttezza delle soluzioni proposte, viene verificata la conoscenza del candidato riguardo le basi metodologiche su cui ha impostato la soluzione degli esercizi. In tal modo si verifica non solo come lo studente risolve un problema, ma anche perché.

La prova orale è non superata in una qualsiasi delle seguenti circostanze, valutate dala commissione di esame:
- il candidato non è ripetutamente in grado di motivare razionalmente il proprio approccio alla soluzione di esercizi;
- il candidato non è in grado di risolvere gli esercizi proposti;
- il candidato mostra di non essere in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta richiesta dalla materia d’esame;
- il candidato mostra ripetutamente l'incapacità di mettere in relazione parti del programma e nozioni che deve usare in modo congiunto per rispondere in modo corretto ad una domanda;
- il candidato non è in grado di definire o utilizzare correttamente proprietà di fondamentale importanza (equazioni di stato, stabilità interna, stabilità ingresso-uscita, trasformata di Laplace, funzione di trasferimento, risposta armonica).
Assessment methods

The final exam is an oral discussion. Within the year, non-mandatory written test are proposed that, if succesfull, may contribute to the final evaluation.

Within the oral examination, the examination panel proposes problems/exercises that have to be solved analytically by the student. After verification of the correctness of the solution, the student has to show in the discussion her/his knowledge about the methodological basis for the solution proposed. This is to veryìify that the students knows not only how to solve a problem, but also why.

The final exam is failed under any of the following circumstances:

- the student is repeatedly not able of rationally motivating the approach to problem/exercise solving;

- the student is not able to solve the proposed problems/exercises;

- the student is not able to discuss clearly and using the correct technical terminology as required
by the subject matter;

- the student shows repeatedly her/his inability in relating notions and concepts of the course  program that he has to jointly use in the discussion;

- the student is not able to define or correctly use proprties of fundamental and paramount  importance (state equations, internal stability, input-output stability, Laplace transform, transfer function, frequency response).
Stage e tirocini

non previsti
Work placement

None
Note

nessuna
Notes

none
Updated: 16/10/2019 10:03