Academic year2023/24
CourseELECTRONIC ENGINEERING
Code093II
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) |
| AUTOMATICA | ING-INF/04 | LEZIONI | 60 | |
Obiettivi di apprendimento
Conoscenze
L’insegnamento è volto a fornire le conoscenze di base della teoria dei controlli automatici. In dettaglio dovrà:
1 conoscere la trasformata di Laplace e la Z trasformata
2 modellare processi nel dominio tempo e in frequenza
3 distinguere le principali differenze tra sistemi continui e discreti
4 saper studiare la stabilita in catena chiusa
5 saper progettare un sistema di controllo.
Knowledge
The student who completes the course successfully will be able to demonstrate a solid knowledge of the main principles of automatic control theory. In detail:
1 Understanding the relevance of Laplace and Z transforms for control engineers
2 Modelling physical processes in the frequency and time domain
3 Distinguishing between continuous and discrete systems
4 Applying methods for stability analysis in feedback systems
5 Designing simple closed loop controllers
Modalità di verifica delle conoscenze
Lo studente deve mostrare di saper risolvere correttamente semplici esercizi attraverso una prova scritta di ammissione all'esame orale, in cui dovrà mostrare di avere assimilato e capito i principali concetti presentati durante il corso.
La seconda fase è costituita dalla prova orale.
Assessment criteria of knowledge
The student must demonstrate to correctly solve simple written exercises, for the oral exam admission. During the oral exam, the student's ability to explain correctly the main topics presented during the course will be assessed.
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, con 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
- Saper progettare sistemi di regolazione elementari per sistemi dinamici lineari soddisfacenti un insieme di specifiche
- Saper impiegare il metodo del luogo delle radici e il criterio di Nyquist per analizzare il comportamento dinamico di sistemi in ciclo chiuso e come guida alla sintesi
- Saper discretizzare il controllore con l'uso della Z trasformata ed essere in grado di scegliere il tempo di campionamento
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 transform and the transfer function and 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 industrial controllers (stability, steady state precision, transient behaviour, disturbance rejection)
- to design basic industrial automation systems for linear dynamic plants respecting a set of design specifications and requirements
- to employ the root-locus method and the Nyquist criterion to analyze the closed loop behaviour of industrial automation systems and as a guidance to control system design
- to design discrete controllers through the Z-transform and to choose the sampling time
Modalità di verifica delle capacità
Sono proposti allo studente, attraverso test periodici durante il corso, ed in sede di esame scritto e 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 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;
Prerequisites
- systems of linear differential equations;
- matrix algebra and its corresponding geometric interpretation;
- Riemann integrals
Indicazioni metodologiche
Lezioni ed esercitazioni in aula.
Teaching methods
Delivery: distance (streaming via Microsoft Teams) only in case of Covid emergency.
Learning activities:
- attending lectures
- individual study
Attendance: Advised
Teaching methods:
Programma (contenuti dell'insegnamento)
- Teoria dei sistemi: equazioni ingresso-stato-uscita, equilibri, stabilità, linearizzazione;
- Trasformata di Laplace, funzione di trasferimento, risposta in frequenza, diagrammi di Bode
- Risposte tipiche dei sistemi del primo e del secondo ordine
- Fondamenti di controlli automatici: sistemi ad anello aperto e ad anello chiuso (retroazione)
- Specifiche di progetto: comportamento a regime e in transitorio, reiezione dei disturbi, calcolo della banda passante;
- Stabilità in ciclo chiuso: criterio di Routh, teorema di Nyquist, margine di guadagno, margine di fase
- Luogo delle radici
- sintesi di controllori semplici
- Z trasformata e criterio di Jury
- Discretizzazione del controllore con l'uso della Z trasformata
- Scelta del tempo di campionamento
Syllabus
- System theory: input-state-output equations, equilibria, stability, linearization.
- Laplace transform, transfer functions, frequency response, Bode diagrams.
- Time response of first and second order systems.
- Automatic control foundations: open loop and closed loop (feedback) systems.
- Design specifications: steady state, transient, disturbance rejection, bandwidth.
- Closed loop stability: Routh criterion, Nyquist theorem, Gain and phase margins.
- Root locus.
- Simple controllers.
- Z transform and Jury criterion
- Design of simple discrete controllers
- Choice of the sampling time
Bibliografia e materiale didattico
Appunti dettagliati delle lezioni (resi disponibili a tutti gli iscritti su Microsoft Teams)
Testo suggerito per consultazione: P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di controlli automatici”, McGraw Hill Italia
Bibliography
Lecture notes and video-channel of lessons (available from Microsoft teams in Italian).
Recommended reading: P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di controlli automatici”, McGraw Hill Italia (in Italian). Any other basic text of Automatic Control in English explains the topics covered in class
Indicazioni per non frequentanti
In caso di difficoltà nell'apprendimento contattare i docenti, anche usando il canale Teams per agevolare gli studenti fuori sede.
Non-attending students info
If the Lecture notes seems difficult to understand, please contact the teachers (also using the Teams channel)
Modalità d'esame
Esercizio scritto di durata un ora, che, se superato, porta all'ammissione alla prova orale.
Assessment methods
Methods:
- Final written exam
- Final oral exam
Students have to solve simple exercises and questions about the course content.
Updated: 30/08/2023 09:05
